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El diamante es carbono cristalino, de transparente a opaco, 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 embargo, se han observado resistencias de hasta 60 GPa, y la tensión máxima teórica podría situarse entre 90 y 225 GPa, dependiendo de la orientación del cristal.
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.
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.
El diamante tiene una densidad media de 3,52. Esta cifra puede variar con arreglo a su contenido en elementos extraños y en inclusiones. Así, la densidad de los diamantes australianos puede ser 3,54, la densidad de ciertos diamantes amarillos de África puede ser 3,524 y ciertos diamantes marrones de Brasil pueden tener una densidad de 3,60.
La dureza puede definirse como la resistencia que ofrece un material a ser rayado. Este procedimiento ya casi no se emplea hoy día más que por coleccionistas de minerales porque no es lo suficiente preciso para la gemología. Para medir esta dureza nos basamos pues en la escala de Mohs que tiene 10 grados, de 1 a 10. Las piedras de grado 1 y 2 pasan por blandas, las que están entre 3 y 6 tienen una dureza media, más allá de 6 se dice que son duras. La prueba de dureza se realiza con la ayuda de punzones de diferentes durezas que se pasan sobre una faceta de la parte inferior de la gema comenzando con el punzón menos duro, hasta que uno de los punzones raye la gema