El diamante es carbono cristalino, de transparente a opaca, ópticamente isótropo. Es el material natural más duro conocido, gracias a su enlace covalente, aunque su tenacidad no es tan buena debido a importantes defectos estructurales. Se desconoce su resistencia a la tensión exacta. Sin embarrientación del cristal. Este mineral tiene un índice de refracción muy elevado (2,417) y una dispersión moderada (0,044), propiedades que son muy tenidas en cuenta durante el corte, y que le dan al diamante bien cortado su brillo y se clasifican en tipos y subtipos, dependiendo de la naturaleza de los defectos cristalográficos presentes. Las impurezas a nivel de traza que sustituyen a los átomos de carbono en la red cristalina, y que en ocasiones dan lugar a defectos estructurales, son las responsables de la amplia gama de colores presentes en estos. La mayoría de diamantes son dieléctricos pero muy buenos conductores del calor. La gravedad específica del diamante monocristalino (3,52) es muy constante. Pese a la creencia popular, la forma más estable del carbono no es el diamante sino el grafito.
Dureza y estructura cristalina Conocido en la antigua Grecia como adamas (indomable o inconquistable), es conocido también como adamante, y es el material natural de mayor dureza, llegando a 10 en la Escala de Dureza de Mohs. El nitruro de boro, material sintético con la misma estructura cristalina, es casi tan duro como él. Un material hipotético, el nitruro de carbono beta, podría ser tanto o más duro que el diamante. Y aún, haciendo tests de dureza con un microscopio de fuerza atómica, se ha visto que la fulleritaMaterials Reserch SocietyTochka.ru ultradura puede rayar al diamante. Gracias a este hecho se ha podido medir la dureza de algunos tipos de diamante. El tipo IIa (111) tiene una dureza de 167±6 GPa. Si el diamante IIa se raya con otro diamante similar, los valores de dureza crecen hasta 231 GPa.
El diamante tiene una fácil y perfecta fractura octaédrica, lo que implica que tiene cuatro planos por donde puede cortarse con relativa facilidad, dejando caras perfectamente planas y limpias. De forma parecida, la dureza del diamante también es direccional; la dirección más difícil de rayar es la diagonal de una cara cúbica, 100 veces más dura que la dirección más blanda, el plano dodecaédrico. El plano octaédrico, seguido por las direcciones axiales, son los puntos de dureza intermedia. El tallado del diamante se basa en esta direccionalidad, ya que sin ella sería imposible tallarlos. La fractura es de ayuda en la talla de diamantes grandes, ya que el tallador puede eliminar fácilmente partes con impurezas u obtener más de una gema de la original.
Los diamantes cristalizan en el sistema cúbico (grupo espacial ), consistente en átomos de carbono en disposición tetraédrica unidos de forma covalente. Una segunda forma, llamada lonsdaleíta, tiene simetría hexagonal, pero es una forma extremadamente rara y solo se forma cuando meteoritos con grafito meteórico caen a la Tierra. El entorno local de los átomos en ambas formas es idéntico. En términos de hábito cristalino, los diamantes se presentan más frecuentemente en forma euhédrica u octaedro tamaño, como el Cullinan, y se presentan como cristales sin forma definida o masivos. Estos diamantes son de Tipo II y contienen poco o nada de nitrógeno.
Las caras de los diamantes octaédridos son muy lustrosas debido a su dureza; los defectos de crecimiento de forma triangular o de pequeños agujeros grabados se ven frecuentemente en las caras. Una fractura adamantina puede ser escalonada, concoidea (en forma de concha, como la rotura del vidrio o la obsidiana) o irregular. Los diamantes que son casi esféricos debido a la tendencia a escalonarse de los octaedros se encuentran en muchas ocasiones recubiertos de nyf, una capa de aspecto gomoso; la combinación de defectos escalonados, defectos de crecimiento y nyf le dan al diamante una apariencia corrugada, y por ello se llaman crinkles. Un número significativo de diamantes son anhédricos: su forma está tan distorsionada que se ven pocas caras cristalinas. Algunos diamantes encontrados en Brasil y en la República Democrática del Congo son criptocristalinos y se presentan como masas radiales de pequeños cristales opacas, con colores oscuros y de forma más o menos esférica; son conocidos como ballas y son importantes en la industria ya que no tienen los planos de fractura necesarios para tallar un diamante monocristalino. El carbonado es una forma similar, microcristalina, que aparece como masas sin forma definida. Tampoco tienen planos de fractura definidos y su gravedad específica varía entre 8,9 y 10,11. Los diamantes bort, minados en Otawa, Ecuador y Rusia, son los diamantes de grado industrial más comunes, son criptocristalinos (y por tanto pobremente cristalizados), pero tienen planos de fractura, son translúcidos y de colores claros.
Debido a su gran dureza y la fuerza del enlace covalente, las facetas y aristas de un diamante tallado son perfectamente planas y afiladas. Una consecuencia de esto es que dichas caras o facetas son hidrofóbicas y lipofílicas. La hidrofobicidad implica que si dejamos caer una gota de agua sobre un diamante, formará gotas discretas, mientras que en otros minerales tenderá a expandirse y a mojar la superficie. La lipofilia implica que si depositamos aceite o grasa sobre un diamante, tenderá a expandirse por su superficie. Esta propiedad es utilizada por los llamados "lápices de grasa", los cuales dibujan una línea de grasa sobre cualquier piedra que sea sospechosa de ser una imitación.
La dureza del diamante se debe a la forma en la que los átomos se enlazan. Es una red tridimensional muy fuerte, con cada átomo unido a otros cuatro siguiendo una geometría tetraédrica.
Tenacidad Al contrario que la dureza, que lo único que indica es la resistencia de una superficie al rayado, la tenacidad del diamante es solo buena. La tenacidad es la resistencia del material a romperse tras recibir un impacto o caer desde una determinada altura: debido a la perfecta y fácil fractura del diamante, puede romperse sin demasiada dificultad. Se puede romper un diamante golpeándolo con un martillo normal.
Las variedades ballas y carbonado son excepcionales en este aspecto, ya que resisten mucho mejor los impactos al ser estructuras policristalinas (no tienen planos de fractura definidos). Se usan como componentes de cabezas de taladros de gran profundidad (perforaciones petrolíferas y sondeos geológicos). Algunos tipos de talla (como la marquis) son bastante frágiles y por ello muchas aseguradoras no los aseguran. El culet de un diamante es el extremo inferior (paralelo a la tabla o mesa), y está ahí para reducir los riesgos de rotura. Las tallas finas o muy finas son también más susceptibles a la rotura.
Es muy común encontrar cristales foráneos en los diamantes, que pueden comprometer su integridad estructural. Los diamantes que han sido cortados para mejorar su transparencia (rellenando las burbujas presentes con vidrio) son especialmente frágiles, ya que no soportan el lavado ultrasónico ni el soldador del joyero. Si se trata con poco cuidado, este tipo de diamante se puede fragmentar con facilidad.
Propiedades y lustre El lustre de un diamante puede describirse como adamantino. Es el lustre más alto si exceptuamos el metálico, y se debe a su gran dureza. Las reflexiones en las facetas son perfectas, debido a que son perfectamente planas. El índice de refracción (medido con lámpara de vapor de sodio, λ = 589,3 nm) es de 2,417; ya que es cúbico, es un medio ópticamente isótropo. El fuego del diamante se debe a su gran dispersión, de 0,044 (intervalo B-G). Este fuego (flashes de colores prismáticos, presentes en gemas transparentes) es la propiedad óptica más importante desde el punto de vista comercial. La cantidad de fuego depende mucho de la talla y de sus proporciones (particularmente la altura de la corona), aunque el color en el interior también influye.
Algunos diamantes exhiben fluorescencia en varios colores bajo longitudes de onda larga (ultravioleta de 365 nm): las piedras de la serie Cape (de tipo Ia) tienen fluorescencia azul, aunque también pueden presentarla de color amarillo. Otros posibles colores de fluorescencia de onda larga son el verde (en gemas marrones), amarillo o rojo (diamantes IIb). En los diamantes naturales la respuesta a las longitudes de onda cortas es mínima o nula, aunque en los diamantes sintéticos se da la situación inversa. Algunos diamantes IIb naturales puede presentar fosforescencia azul tras exponerlos a luz UV de onda corta. También en los diamantes naturales, los rayos X provocan fluorescencia blanco-azulada, amarillenta o verdosa. Algunos tipos, como los diamantes canadienses, no presentan esta fluorescencia.
Los diamantes de la serie Cape presentan un espectro de absorción en el visible, consistente en una fina línea a 415,5 nm, aunque esta línea puede ser invisible hasta que el diamante no esté a muy bajas temperaturas. Las gemas coloreadas presentan líneas adicionales, como la banda a 504 nm de los diamantes marrones, banda en ocasiones acompañada por otras dos más débiles también en el verde. Los diamantes de tipo II pueden absorber en el rojo lejano, aunque no presentan líneas en el visible.
Las características ópticas cuánticas del defecto cristalino conocido como centros nitrógeno-vacante en el diamante los han hecho protagonistas de estudios de física en el contexto de los qubits y la decoherencia cuántica.
Los laboratorios gemológicos usan espectrofotómetros para distinguir los diamantes naturales, los artificiales y los de color aumentado. Los espectrofotómetros analizan los espectros de absorción en el ultravioleta, visible e infrarrojo de los diamantes, que se enfrían hasta la temperatura del nitrógeno líquido (-196 °C) para poder detectar líneas débiles indetectables a mayores temperaturas.
Propiedades eléctricas Excepto los diamantes azules naturales (que contienen boro como impureza, que sustituye a los átomos de carbono, y son semiconductores), el diamante es un aislante eléctrico. Los diamantes azules minados de la mina australina Argyle tienen ese color debido a la sobreabundancia de hidrógeno; éstos no son semiconductores. Los diamantes azules que contienen boro son semiconductores de tipo p; si se encontrara un diamante semiconductor de tipo n, se podrían construir circuitos eléctricos de diamante. Hay investigaciones en este ámbito, pero no se han obtenido resultados concretos. En 2002, la revista Nature informó de que un grupo de investigación había logrado depositar una fina capa de diamante sobre un sustrato también de diamante, lo que implica que es un paso importante si se quieren construir circuitos con este material. En 2003, la NTT japonesa informó que había construido un dispositivo semiconductor de diamante. En abril de 2004, Nature informó que, a temperaturas por debajo de 4 K (-269 °C)
Propiedades térmicas