O diamante é um cristal sob uma forma alotrópica do carbono, de fórmula química C. É a forma triangular estável do carbono em pressões acima de 6 GPa (60 kbar). Comercializados como pedras preciosas, os diamantes possuem um alto valor agregado. Normalmente, o diamante cristaliza com estrutura cúbica e pode ser sintetizado industrialmente. Outra forma de cristalização do diamante é a hexagonal, menos comum na natureza e com dureza menor (9,5 na escala de Mohs). A característica que difere os diamantes de outras formas alotrópicas, é o fato de cada átomo de carbono estar hibridizado em sp³, e encontrar-se ligado a outros 4 átomos de carbono por meio de ligações covalentes em um arranjo tridimensional tetraédrico. O diamante pode ser convertido em grafite, o alótropo termodinamicamente estável em baixas pressões, aplicando-se temperaturas acima de 1 500 °C sob vácuo ou atmosfera inerte. Em condições ambientes, essa conversão é extremamente lenta, tornando-se negligenciada.
Cristaliza no sistema cúbico, geralmente em cristais com forma octaédrica (8 faces) ou hexaquisoctaédrica (48 faces), frequentemente com superfícies curvas, arredondadas, incolores ou coradas. Os diamantes de cor escura são pouco conhecidos e o seu valor como gema é menor devido ao seu aspecto pouco atrativo. Diferente do que se pensou durante anos, os diamantes não são eternos, pois o carbono definha com o tempo, mas os diamantes duram mais que qualquer ser humano.
Sendo carbono puro, o diamante arde quando exposto a uma chama, transformando-se em dióxido de carbono. É solúvel em diversos ácidos e infusível, exceto a altas pressões.
O diamante é o mais duro material de ocorrência natural que se conhece. Sua dureza é superada pelos também compostos (sintéticos) de carbono, grafeno e carbono acetilênico linear (conhecido também como carbino). Isto significa que não pode ser riscado por nenhum outro mineral ou substância, exceto o próprio diamante, funcionando como um importante material abrasivo. No entanto, é muito frágil, e isso deve-se à clivagem octaédrica perfeita segundo (2o). Estas duas características fizeram com que o diamante não fosse talhado durante muitos anos. A maior jazida do mundo, revelada pela Rússia ao mundo em 2012, porém de conhecimento do Kremlin desde 1970, tem capacidade para suprir diamantes, mesmo para uso industrial, pelos próximos 3000 anos.
A jazida conta com trilhões de quilates, e conta com 10 vezes mais diamantes do que todas as jazidas conhecidas existentes no mundo hoje, juntas. Ela situa-se numa cratera com extensão de 100 km entre a região de Krasnoiarsk e da República de Sakha na Sibéria, Rússia. Tal cratera teve origem há 35 milhões de anos, com a queda de um asteroide, e seus diamantes são duas vezes mais resistentes, duros, do que os encontrados em outros lugares. A sua origem é decorrente da pressão e do calor gerado no impacto. Tal durabilidade é do interesse de certos setores industriais, pois é ótimo e de extrema utilidade para confecção de equipamentos das indústrias eletrônica e ótica, assim como em equipamentos para perfuração do solo. Outras jazidas no mundo são da África do Sul. Outras jazidas importantes situam-se na Rússia (segundo maior produtor) e na Austrália (terceiro maior produtor), entre outras de menor importância.
Em outubro de 2019, um dos diamantes mais raros do mundo foi descoberto na República de Sakha da Sibéria; ele foi designado de “diamante Matryoshka”, em homenagem às icônicas bonecas russas. O diamante mede apenas 4,8 mm x 4,9 mm x 2,8 mm, e dentro dele existe uma cavidade interna que contém outro diamante medindo apenas 1,6 milímetro cúbico. Ainda não foi estimado o valor da pedra, mas a empresa que a descobriu (ALROSA) disse que suas características a tornará uma das mais valiosas do mundo.
A densidade é de 3,48. O brilho é adamantino, derivado do elevadíssimo índice de refração (2,42). Recorde-se que todos os minerais com índice de refracção maior ou igual a 1,9 possuem este brilho. No entanto, os cristais não cortados podem apresentar um brilho gorduroso. Pode apresentar fluorescência, ou seja, a incidência dos raios ultravioleta produzem luminescência com cores variadas originando colorações azul, rosa, amarela ou verde.
Alguns diamantes azuis são semicondutores naturais, em contraste com a maioria dos diamantes, que são excelentes isolantes elétricos. Substancial condutividade é comumente observada em diamantes não dopados crescidos por deposição química a vapor, podendo ser removida usando certos tratamentos para a superfície.
Apresenta uma dureza de 10 (valor máximo da escala de Mohs). Uma dureza de 70-150 GPa no teste de dureza Vickers. Esta dureza é herdada de sua forte estrutura de cristal. No entanto, a dureza do diamante varia materialmente, o que é do conhecimento comum dos lapidadores. Infelizmente, declarações errôneas sobre a variação da dureza do diamante encontraram seu caminho na literatura mineralógica. Contribuições significativas para o nosso conhecimento da dureza do diamante e sua relação com a estrutura do cristal e com o corte para gemas e propósitos industriais foram feitas por W. Fr. Eppler, H. Rose, K. Schlossmacher e H. Bergheimer.
O mecanismo de formação de impressão de microdureza em cristais de estrutura de diamante é considerado o resultado de uma transição de fase local sob o indentador com a formação de uma fase metálica devido à alta pressão hidrostática. De acordo com o efeito Hall-Petch, a dureza do diamante pode ser aumentada por nanoestruturação (por meio de microestruturas nano-geminadas e nano-geminadas).
Todos os materiais têm estados quânticos específicos que são extremamente frágeis. Eles devem ser isolados de tudo a ser medido, mas mesmo a medição pode alterá-los. No entanto, os diamantes, devido à sua estrutura, podem manter estados quânticos por tempo suficiente para medições. Especificamente, defeitos de escala atômica no diamante, um átomo de nitrogênio onde um átomo de carbono deveria estar, podem ser medidos e usados para aplicações de mecânica quântica. Um defeito específico na estrutura cristalina que seria indesejável em uma aliança de casamento, mas excelente para aplicações físicas, é a vacância de nitrogênio. Os números quânticos de spin do defeito NV podem ser medidos iluminando comprimentos de onda específicos de luz verde no defeito. A quantidade de luz emitida pelo defeito depende do spin do estado fundamental. Além disso, quando a luz verde é aplicada, os elétrons passam pelo estado de spin e, eventualmente, alcançam ms = 0 e podem ser manipulados em outros experimentos. Onde a maioria dos materiais exibe estados quânticos fugazes, os diamantes os mantêm.
Os diamantes são lipofílicos e hidrofóbicos, o que significa que a superfície de um diamante não pode ser molhada por água mas pode facilmente perder o brilho ou ser molhada por óleo.
Sob temperatura ambiente os diamantes não reagem com a maioria dos reagentes químicos, incluindo vários tipos de ácidos e álcalis. Assim, ácidos e álcalis podem ser usados para refinar diamantes sintéticos. Pode-se contudo se incendiar o diamante no ar.
Os diamantes são extremamente raros, com concentrações de, no máximo, partes por mil milhões na rocha-mãe. Antes do século XX, a maioria dos diamantes era encontrada em depósitos aluviais. Diamantes soltos também são encontrados ao longo de linhas de costa atuais e antigas, onde tendem a acumular-se devido ao seu tamanho e densidade. Raramente, foram encontrados em till glacial (notavelmente em Wisconsin e Indiana), mas estes depósitos não têm qualidade comercial. Estes tipos de depósito derivaram de intrusões ígneas localizadas através de meteorização e transporte pelo vento ou pela água.
A maioria dos diamantes provém do manto da Terra, no entanto, existem outras fontes. Alguns blocos da crosta, ou terrenos, foram enterrados a profundidades altas o suficiente, à medida que a crosta espessava, para que sofram metamorfismo de ultra-alta pressão. Estes apresentam microdiamantes uniformemente distribuídos que não mostram sinais de transporte por magma. Além disso, quando meteoritos atingem o solo, a onda de choque pode produzir temperaturas e pressões suficientemente elevadas para a formação de microdiamantes e nanodiamantes. Microdiamantes do tipo impacto podem ser usados como indicadores de antigas crateras de impacto. A Estrutura de impacto de Popigai na Rússia pode ter o maior depósito de diamantes do mundo, estimado em biliões de quilates, formado pelo impacto de um asteroide.