다이아몬드는 인류 역사상 최고의 보석으로 치부(置簿)되어 왔다. 오래전부터 다이아몬드는 그의 희귀성, 견고성, 영롱한 색채 등으로 인하여 귀한 돌로서 여겨져 왔고, 오늘날에도 부와 위신의 상징으로 남아 있다. 다이아몬드는 4,000여 년 전 인도에서 채굴되기 시작했다고 알려져 있고, 남아프리카에서 거대한 매장량이 발견된 1867년부터 현대의 다이아몬드 역사는 시작된다. 그 뒤 다이아몬드 광맥을 찾기 위한 대규모 탐험이 시작되었고 유럽 각국이 각축을 벌이면서 아프리카 대륙의 운명을 바꿔 놓았다.
다이아몬드는 감람석(橄欖石)이 많은 반암(斑岩)(olivine-rich porphyry)으로 이루어진 암석 내부에 흩어져 있는 결정 형태로 발견된다. 이러한 암석을 kimberlite라고 부르는데, 지질학적으로 3,500피트 이상의 깊이와 직경 2,800피트 이하의 당근 모양의 'pipe'라고 부르는 암석 덩어리 안에서 발견된다. 남아프리카 공화국에 많은 kimberlite pipe가 발견되었지만 채굴할 만큼 충분한 양의 다이아몬드를 포함하고 있는 광산은 몇 안 된다. 1 톤의 kimberlite 암석에 0.1~0.35 캐럿(carat)의 다이아몬드를 얻을 수 있으면 경제성 있는 pipe라고 평가한다. 남아프리카 Pretoria에 있는 Premier Mine 광산에서 채굴한 1억 톤의 암석으로부터 얻은 다이아몬드 양은 5.5 톤이다. 즉 다이아몬드 수율이 0.0000055% 정도 된다. 이 중에서 이 광산에서 cullinan이라는 다이아몬드 원석으로 출하되는 양은 커팅 전의 무게로 3,106캐럿이다.
다이아몬드는 강이나 해변의 자갈 속에서도 발견된다. 실제로 오늘날 다이아몬드 생산량의 90% 이상이 사금(砂金)의 형태로 얻어진다. 보석으로 가공할 수 있는 고품위 원석은 채광량에 대한 비율로 보면 월등히 떨어진다. 전 세계에서 1년 동안 채광되는 다이아몬드의 약 50%는 산업적 이용으로밖에는 쓸 수 없는 ‘bort’ 급이다. 연간 생산량의 단지 5% 정도만이 1캐럿 이상의 보석 커트용 다이아몬드 원석이다. 참고로 bort 혹은 ‘bortz’라는 말은 ‘하급 다이아몬드’ 혹은 ‘연마용 금강석’이라고 사전에 번역되어 있다. 금강석(金剛石)은 다이아몬드의 한자식 표현이다.
1730년 이전에는 세계적으로 인도가 유일한 다이아몬드 공급지였다. 1867년 남아프리카에서 kimberlite pipe가 발견되기까지는 브라질이 다이아몬드의 주요 공급지였다. 남아프리카에서 최초로 다이아몬드가 발견된 곳은 Vaal강의 모래에서였다. 이 지역으로 광산업자들이 모이면서 근처의 콩고, 앙골라, 가나, 탄자니아 등에서도 pipe 광맥과 사금이 발견되었다. 사금 다이아몬드는 호주와 북미에서도 발견된다. 미국 아칸소주에서도 kimberlite 암석이 발견되어 수천 개의 양질의 다이아몬드가 채굴되었다.
가공한 다이아몬드 보석의 품질을 결정하는 요소로 4C를 꼽고 있다. 4C는 color, cut, clarity, carat의 첫 글자이다. Color는 다이아몬드가 얼마나 무색(colorless)에 가까운가의 척도이다. 순수한 다이아몬드는 탄소 원자로 되어 있는 결정으로 에너지 밴드 갭이 6eV로써 상당히 커서 1.7~3.3eV 수준의 에너지를 갖는 가시광선에는 투명하여 무색이다. 따라서 다이아몬드의 색깔은 불순물로 인한 컬러 센터 때문이다. 보통 다이아몬드의 색은 황색(yellow)이 주이며 이외에 청색, 적색, 갈색 등이 있다. 자외선에 비쳤을 때 나오는 형광색도 중요한 다이아몬드 평가 요소이다. 보통 자외선 형광으로 청색을 띠며, 황색, 녹색, 핑크 등이 있다. Cut는 보석을 가공한 기하학적인 모양을 이야기한다. 보통 ‘heart and arrow' cut는 중량 손실을 어느 정도 감수하면서 예쁜 모양과 완벽한 대칭성을 유지하면서 연마된 다이아몬드 보석이며, 전체 다이아몬드의 1% 정도만이 이런 프리미엄급으로 연마되어 팔리고 있다. Clarity는 색깔이 얼마나 고우냐의 척도로서 확대경 아래에서 흠(결함)의 양에 의해 결정된다. Carat은 다이아몬드의 무게로서 다이아몬드의 크기를 결정한다고 볼 수 있다.
1캐럿(ct, carat)은 0.2g(그램)이다. 저울이 없던 시절에 지중해나 인도 지방에서 채취한 캐럽 나무의 열매의 크기가 일정해서 그 열매의 중량이 다이아몬드의 크기를 나타내는 단위가 되었다고 전해진다. 그런데 우리 일상생활에서 몇 캐럿짜리 다이아몬드라고 하면 커다랗고 아주 비싸고 귀한 보석이라고 생각되고, 우리 서민들의 예물에 쓰이는 금반지의 다이아몬드는 2부나 비싸면 5부라는 말이 있다. 여기서 부는 다이아몬드 보석을 정면이나 위쪽에서 보았을 때, 원형의 지름을 말한다. 보통 1캐럿짜리 다이아몬드의 지름이 6.5mm로서 6부 5리라고 부른다. 원형 컷일 때, 0.5캐럿이 5mm 정도 되어 5부라고 보면 된다. 1부는 0.1캐럿(ct)으로 지름 3mm이고, 2부는 0.2ct에 지름 3.8mm, 3부는 0.33ct에 지름 4.4mm이다. 다이아몬드는 무거울수록 즉 크기가 클수록 가격이 기하급수적으로 늘어난다고 한다. 2캐럿짜리 다이아몬드 가격이 1캐럿짜리보다 단순히 2배가 아니라 엄청나게 올라간다고 들었다.
다이아몬드는 내부의 질소 원자 함유율에 따라 Ⅰ형과 Ⅱ형으로 분류된다. 두 형태(type)는 다시 a와 b의 두 종류로 구별된다. 대부분의 자연산 다이아몬드는 '타입 Ⅰa'에 속하고 질소 원자들이 불순물로 덩어리를 형성하고 있고, 보통 색깔은 갈색(brown)을 띤다. '타입 Ⅰb'는 질소 농도가 훨씬 낮고 고온고압 법으로 제조된 인조 다이아몬드가 여기에 속하며, 질소 원자가 탄소 자리에 치환되어 존재하고 색깔은 갈색이다. '타입 Ⅱ'는 질소 농도가 아주 작으며 자연산에서 2% 미만으로 발견된다. 이 타입의 다이아몬드는 질소보다 붕소를 많이 함유하며 푸른색이나 회색빛이 돈다. '타입 Ⅱb'의 원석에는 결정을 형성하는 탄소 원자 몇 개가 ‘붕소(B, boron)’ 원자로 치환되어 있다. 이에 따라 '타입 Ⅱb' 다이아몬드는 전도성을 띠어 p형 반도체의 성질을 보인다.
세계에서 가장 아름답다고 알려진 ‘Hope Diamond’는 인도에서 채굴되어 유럽을 거쳐 현재는 미국의 스미소니언 박물관에 전시되어 있다. '호프 다이아몬드‘는 위 분류에 따르면 아주 진귀한 '타입 Ⅱb'에 속한다. 이 푸른색 다이아몬드는 상처 하나 없고 그 반짝임은 마력의 아름다움을 발한다. 사파이어와 비슷하게 어두운 푸른색을 띠는 이 다이아몬드의 원석은 인도의 고르콘다에서 캐냈다고 알려져 있다. 인도의 어떤 힌두교 신전에 있던 라마 신상에서 훔쳐냈다는 설도 있다. 이 푸른색 다이아몬드를 1642년에 입수하여 1669년 맨 처음 유럽으로 갖고 들어온 사람은 보석상 장 바티스트 타베르니에(1605∼1689)였다. 이 보석은 처음에는 소유자의 이름을 따서 한동안 '타베르니에 블루'라고 불렸다. 1669년에 루이 14세의 소유물이 된 이 다이아몬드는 약 110.50캐럿이었지만, 루이 14세가 1673년에 커트했다. 그리하여 ‘타베르니에 블루’는 광채는 좋아졌지만 작아져서 약 69캐럿이 되었다. 루이 15세에 이어서 루이 16세와 왕비 마리 앙투아네트가 푸른 다이아몬드의 소유자가 되었다. 프랑스혁명 후 프랑스 왕실은 자치 정부의 관리하에 놓이는데, 푸른 다이아몬드는 1792년 도둑맞아서 이후 20년 동안 세상의 관심에서 멀어져 갔다. 1800년대가 되어 네덜란드 암스테르담에 푸른 다이아몬드와 똑같은 보석이 모습을 드러냈다. 윌리엄 펄스라는 보석상이 푸른 다이아몬드를 새롭게 커트했는데, 보석을 아들 헨드릭이 훔쳐 갔다. 헨드릭에게서 푸른 다이아몬드를 산 프랑소와 보뤼라는 프랑스인은 보석상 엘리어슨을 통해 런던의 은행가 헨리 필립 호프에게 푸른 다이아몬드를 매각했다. 이때부터 이 푸른 다이아몬드는 ‘호프 다이아몬드’라고 불리게 되었다. 필립이 죽고 조카 헨리 토머스 호프가 ‘호프’를 사들였다. 토머스가 죽은 후, 그의 미망인은 손자 프랜시스에게 ‘호프’를 남겼다. 하지만 프랜시스는 파산하고 호프는 매각되어 이름의 유래가 된 호프 가와 이별하게 되었다. 프랜시스에게서 호프를 산 프랑스인 중개인 자크 코로로부터 1908년에 호프를 손에 넣은 러시아 귀족 이안 카니토우스키를 거쳐 그리스인 보석상 시몬 몬탈리데스는 터키의 술탄인 압둘 하미트 3세에게 이 보석을 팔았다. 하미트 3세는 호프를 손에 넣고 곧 반란으로 인해 폐위당했다. 1909년, 하미트 3세의 보석 컬렉션이 파리에서 경매에 붙여져서 호프는 피에르 카르티에의 것이 되었다. 카르티에는 호프를 미국의 신문왕의 아들 에드워드 빌 매클린의 아내 에버린에게 팔았다. 호프를 개인적으로 소유한 마지막 인물은 뉴욕의 보석상 할리 윈스턴이었다. 1958년 할리는 전설의 푸른 다이아몬드를 스미소니언 박물관에 기증했다. 특별 금고실 안에 놓여 있는 호프는 두께 2cm 이상의 유리 상자 안에 보호되어 있다.
다이아몬드가 흑연(黑鉛)과 같이 거의 100% 탄소로 이루어져 있다고 알려진 것은 200여 년 전이다. 당시 사람들은 단단하고 영롱한 다이아몬드가 시커먼 숯덩이와 같은 원소로 되어 있다는 것을 발견하고 상당히 놀랐을 것이다. 우리는 이렇게 같은 물질이지만 모양이나 구조가 다른 것을 동소체(同素體, allotrope)라고 부른다. 탄소는 원자의 배열 방법에 따라 다이아몬드가 되기도 하고 흑연이 되기도 한다. 2차원으로 된 육각형 탄소 그물을 그래핀 박판(graphene sheet)이라고 부른다. 그래핀의 각 탄소 원자는 하나의 전자를 이웃한 탄소 원자와의 공유결합에 참여시킨다. 그래핀 박판이 쌓여 있는 3차원 구조를 갖는 탄소 덩어리를 우리는 흑연(黑鉛, graphite)이라고 부른다. 그래핀의 각 탄소 원자마다 네 개의 외각 전자 중 한 개의 전자가 자유롭게 되어 전 그물에 걸쳐서 순회한다. 한 개의 층에서 자유롭게 된 전자는 위층의 자유롭게 된 전자와 반 데르 발스 힘(van der Waals force)으로 결합되어 있다. 흑연은 금속에 가까운 광택과 전기전도도를 보인다. 하나의 그래핀 층 안의 탄소 원자들은 공유결합으로 연결되어 있어 상당히 강하나 층 간에는 약한 반 데르 발스 힘으로 결합되어 있다. 그러므로 흑연에 힘을 가하면, 각 층들은 엇갈려서 잘 미끄러지고 또 잘 벗겨져 나가기 때문에 연필이나 윤활제로 흑연이 유용하게 쓰이고 있다.
탄소는 동소체에 따라 매우 다른 물리적인 특성들을 보여준다. 흑연은 투명하지 않은 검은색이며, 경도가 1로 매운 무른 물질이다. 또한 전기가 잘 통하는 도체이다. 흑연은 그래핀 판이 착착 쌓인 구조로서 판 내의 탄소 원자끼리는 강한 힘으로 결합으로 되어 있으나, 판과 판 사이에는 약한 결합력을 유지하고 있다. 연필심을 문지르면 글씨가 쓰이는 까닭은 그래핀 판 사이의 결합이 끊어져 흑연 가루가 종이에 묻어나기 때문이다. 한편 다이아몬드는 무색에 투명하며, 원자구조가 3차원적으로 결합력이 강한 입방체로 되어 있어서 경도가 지구상에서 가장 높은 10인 물질이다. 또한 순수한 다이아몬드는 전기가 통하지 않는 부도체이지만, 열은 다이아몬드가 흑연보다 잘 전달한다.
