היהלומים הצבעוניים מקבלים את צבעיהם המיוחדים בזכות אטומים זרים שנלכדו בתוכם במהלך התגבשותו של היהלום בטבע או בזכות דפורמציות מבניות בסריג היהלום: הצהוב, הכתום והחום מתקבלים בזכות אטומי חנקן שחדרו ליהלום במהלך התגבשותו, הכחול מתקבל מחדירת הבורון, הקרנות רדיואקטיביות טבעיות במעבה כדור הארץ מייצרות יהלומים ירוקים, תוספת של גרפיט מייצרת יהלומים שחורים, ודפורמציות מבניות בסריג היהלום אחראיות לצבעי הוורוד והאדום.
מחירי היהלומים הגולמיים נקבעים לפי קטגוריות המיון השונות המתייחסות לצורה, גודל, צבע וניקיון. מחיריהם של היהלומים המלוטשים נקבע גם לפי איכות הליטוש. דירוג היהלומים המלוטשים ידוע כארבעת ה-Cs - ארבע מילים המתחילות באות האנגלית C ומגדירות את מאפייני היהלום המלוטש כפי שהם מופיעים בתעודות הדירוג הגמולוגיות - Carat (משקל בקרטים), Color (צבע), Clarity (ניקיון), Cut (עיבוד - פרופורציות, סימטריה ורמת הגימור).
החלוקה לארבעת ה-Cs פותחה בסוף שנות השלושים על ידי מייסד המעבדה הגמולוגית האמריקאנית המובילה ה-GIA, רוברט מ. שיפלי.
היהלום הוא הקשה והמבריק שבמינרלים: דרגת הקושי שלו היא 10 בסולם מוס (Mohs' Scale) - דרגת הקושי הגבוהה ביותר של חומרים בטבע. משקלו הסגולי של היהלום 3.52. מקדם שבירת קרני האור שלו - 2.417 יוצר את הזוהר והברק, המקנים ליהלום את יופיו המיוחד לאחר ליטושו.
איכותם של רוב היהלומים המופקים בעולם אינה מאפשרת עיבודם כיהלומי נוי (Gem Quality) בין אם משום ריבוי התכלילים (Inclusions) או בעיות מבניות קשות. לאורך שנים היוו יהלומי התעשייה כ-80% מתפוקת היהלומים הטבעיים. ב-1967, פיצל קונגלומרט היהלומים דה בירס, שהיה הערוץ הבלעדי לאספקת יהלומי גלם באותם הימים, את קטגוריית יהלומי התעשייה, ויצר קטגוריה נוספת - יהלומי כמעט נוי (Near Gem Quality). על פי החלוקה החדשה: כ-20% מוגדרים כיהלומי נוי, כ-45% מוגדרים כיהלומי כמעט נוי וכ-35% מוגדרים כיהלומי תעשייה. המניע למהלך של דה בירס היה הירידה ברווחיות של יהלומי התעשייה בעקבות כניסתו של יהלום התעשייה הסינתטי, שנמצא עדיף על יהלום התעשייה הטבעי. במקביל, גילה תאגיד דה בירס את הודו כארץ האפשרויות הבלתי מוגבלות להפיכת גלם תעשייתי לגלם באיכות של כמעט נוי בזכות שכר עבודה זול, שאיפשר עיבוד של כמויות גדולות של יהלומים קטנים באיכויות נמוכות.
יהלומי התעשייה נקראים בורט (Boart) או קרבונדו (Carbonado). חלקם נגרס ומשמש כאבקה לליטוש יהלומים (שכן בגלל דרגת הקשיות רק יהלום יכול ללטוש יהלום) וחלקם מנותב לתעשייה: שיבוץ בראשי מקדחים לקידוח סלעים ובטון, ליטוש עדשות זכוכית, מקדחי שיניים ועוד. כיום קיימות מכונות לייצור יהלומים באופן מלאכותי, אם כי לא ניתן להפיק בצורה זו יהלומים לבנים, משתמשים ביהלומים אלו בעיקר בתעשייה האווירית. בנוסף קיימות מכונות לחיתוך וליטוש יהלומים, המאפשרים חיתוך יהלום גולמי בצורה האופטימלית ביותר, תוך הוכחת אמיתות היהלום, כך שיופקו מספר היהלומים עם מידת הניקיון הגבוהה ביותר ובגדלים האופטימליים והרווחיים ביותר.
מבנה היהלום.
בדומה לגרפיט, היהלום בנוי מיסוד יחיד, פחמן, אך צורות הגביש של שני חומרים אלה שונות מאוד זו מזו. התופעה מכונה "פולימורפיזם" (רב-צורתיות) והיא תכונתה של תרכובת כימית קבועה המופיעה בכמה צורות גבישיות.
היהלום הוא סריג אטומרי. אטומי הפחמן בגבישו מסודרים כך שכל אטום יוצר קשרים קוולנטיים עם ארבעה אטומים נוספים הנמצאים בקרבתו, כך שסביב כל אטום נוצר מבנה של ארבעה אטומי פחמן המסודרים בקדקודיו של ארבעון (טטרהדר). מבנה זה הוא יציב ביותר (בעל רמה אנרגטית נמוכה), מפני שזוגות האלקטרונים המעורבים בקשרים הקוולנטיים המושלמים מרוחקים זה מזה במידה המרבית. יציבותו של המבנה היא המעניקה ליהלום את חוזקו וקשיותו.
היווצרות.
יהלומים טבעיים.
היהלום התגבש לפני מאות מיליוני שנים לגביש קריסטלי בלחץ של כ-60 אלף אטמוספירות בטמפרטורה של כ-1,200–1,600 מעלות צלזיוס בעומק של כ-200–250 קילומטרים מתחת לקליפת כדור הארץ. תנאים אלה שוררים מתחת למעטפת כדור הארץ מתחת ליבשות העתיקות ביותר, למשל בדרום אפריקה, סיביר, מערב קנדה או ברזיל. ככל הנראה נוצרים היהלומים ממאגמות עשירות בפחמה (קרבונט). בתהליך התקררות אטי התמצק הפחמן והתגבש ליהלום, כשהוא סופח חומרים מסביבתו, שיקבעו את צבעו, ויהיו אחד הגורמים שיקבעו את דרגת הניקיון שלו.
היהלומים נוצרו משני סוגי סלעים: סלע אקולוגיטי וסלע פרידוטי. עם התזוזות של הלוחות הטקטוניים ופעולות הקונוונציה (הסעת חום) הקשות, נוצרו לעיתים חדירות של נוזל המאגמה אל פני השטח, כשהן נושאות בקרבן גבישי יהלומים. כשהחדירות התפרצו אל פני השטח פירקה הארוזיה את סלע החדירה, שהוא רך יחסית ליהלום, היהלומים נשטפו, שקעו בנחלים, ולעיתים אף הגיעו לים. אלה הם מקורות הכרייה המשניים. החדירה שלא הגיעה לפני השטח הופכת למקור כרייה ראשוני, הנמצא בסלעי קימברליט או למפרואיט.
היהלומים עשו דרכם לעבר פני כדור הארץ באמצעות סלעים מסוגים שונים, בעיקר סלעי קימברליט (שקיבלו את שמם בהשראת העיר קימברלי, שהוקמה ליד מכרה היהלומים הראשון שנבנה בדרום אפריקה בשנות השבעים של המאה ה-19), וסלעי למפרואיט. הקימברליט, סלע רך יחסית, המתרומם מהר יותר מהסלעים הסובבים אותו, פרץ מעומק של 150–200 ק"מ בצורה של ארובה (דמוית גזר), דייק או אדן. לשם איתורם של סלעי הקימברליט, המכוסים בדרך כלל בשכבות אדמה וסלע, נדרשת עבודת בילוש מורכבת, ההולכת ומשתכללת הודות לפיתוח עזרים חדשניים מתוחכמים. כ-10% מסלעי הקימברליט בעולם מכילים יהלומים, ורק פחות מאחוז אחד נחשב לקימברליט כלכלי (בעל תכולת יהלומים מסחרית בכמותה ובערכה הכספי).
יהלומים מלאכותיים.
יהלומים מלאכותיים, המכונים לעיתים "יהלומי מעבדה" או "יהלומים סינתטיים", הם יהלומים שנוצרו בתהליך לא טבעי באמצעים טכנולוגיים מעשה ידי אדם. מקורם בתחילת שנות ה-40 של המאה ה-20 כאשר חוקרים הסיקו כי ניתן לייצר באופן מלאכותי יהלומים באמצעות חימום גרפיט (שהרכבו הכימי זהה להרכב הפחמן הטהור ממנו עשוי היהלום הטבעי) בטמפרטורה ובתנאי לחץ הדומים לאלה השורר במעמקי כדור הארץ. המכשלה העיקרית הייתה היעדר כבשן המאפשר יצירת תנאים אלה. בשנת 1954 הצליחו מדעני חברת ג'נרל אלקטריק האמריקאית ליצור כלים שסיפקו לחץ של 70 אלף אטמוספירות וטמפרטורה של 3,000 מעלות צלזיוס, ולייצר את היהלום המלאכותי הראשון. ממדיו הקטנים ואיכותו הירודה מנעו את ליטושו כאבן חן וייעדו אותו לשימוש תעשייתי. ממועד זה ואילך, ייצרו ג'נרל אלקטריק ודה בירס כמויות גדולות של יהלומים מלאכותיים, המשמשים כאבקת ליטוש יהלומים, במקביל לאבקות הליטוש המופקות מיהלומים טבעיים כתושים.
כיום, את היהלומים הסינתטיים מגדלים במעבדות בשתי שיטות עיקריות: HPHT (ר"ת High Pressure High Temperature) – גידול יהלומים בתנאי לחץ אטמוספירי וטמפרטורה גבוהים; CVD (ר"ת Chemical Vapor Deposition) – שיטת הריבוד הפלזמתי (שיקוע כימי). מיון ראשוני של יהלומים בין טבעיים לסינתטיים יכול להתבצע באמצעים פשוטים וזמינים יחסית, למיון מדויק נדרשים כלים גמולוגיים משוכללים.
בתחילת המאה ה-21 שיטות הייצור השתכללו, הטכנולוגיה השתפרה, איכות האבנים המיוצרות עלתה, המכונות עצמן הוזלו והתפוקה הכוללת של היהלומים מלאכותיים עלתה בצורה משמעותית. המהפכה הטכנולוגית יצרה הצפה של היהלומים מלאכותיים ומחירם נמוך בחלק מהמקרים בכ-80% ממחירם של יהלומים טבעיים שמקורם בטבע. מומחים מערכים כי מחירי היהלומים המלאכותיים ימשיך לרדת ככל שהטכנולוגיה תשתפר ויותר יצרנים יאמצו את המכונות החדשות ואף יפתחו שיטות חדשות יותר.
איכות היהלום.
מדידה.
אין סטנדרט בינלאומי אחיד ומוחלט בקביעת איכות היהלום, והיא כרוכה בבדיקות שונות, שרובן נעשות על ידי בני אדם, ותוצאתן תלויה במידה רבה במומחיות שלהם. זהו אחד המאפיינים של ענף היהלומים העולמי, המתקשה מאוד ביצירת תקן אחיד להערכת יהלומים.
מעבדות גמולוגיות אחדות בעולם הנחשבות למובילות, מתעדות יהלומים. המעבדה הנחשבת לנוקשה וליוקרתית ביותר בעולם היא המעבדה הגמולוגית האמריקנית - GIA.
צלילות.
רמת הצלילות של היהלום, המכונה בעגה המסחרית ניקיון, מתייחסת לפגמים ולתכלילים של היהלום - בתוכו ועל שטח פניו. ציון הצלילות של היהלום ייקבע לפי סוג התכלילים או הפגמים, הגודל שלהם, מיקומם, נראותם לעין וכדומה. זהו הסולם ההיררכי בו משתמשת המעבדה האמריקנית GIA:
צבע היהלום.
נהוג לחלק את היהלומים לשתי קבוצות עיקריות - צבעים רגילים וצבעים מיוחדים (יהלומים צבעוניים). לכל קבוצה סולם דירוג משלה.
קבוצת הצבעים הרגילים.
בקבוצת הצבעים הרגילים נכללים היהלומים הצלולים, חסרי הצבע, המכונים לבנים, היהלומים בגוונים הצהובים בהירים ואף היהלומים החומים בהירים. הצהובים בהירים לגוניהם השונים הם הנפוצים ביותר בטבע עקב התנאים והתהליכים שהתקיימו בעת היווצרות היהלומים. סולם הצבעים הרגיל מסומן באותיות D - Z (משום שבתקופה בה נקבע כבר שמשו האותיות ABC לסימון צבעי יהלומים בסקטור המסחרי). האות D מסמנת יהלום חסר צבע לחלוטין. ככל שעולים במדרג האותיות צבע היהלום הוא יותר צהבהב. האות Z מסמלת יהלומים צהובים מאוד שעדיין אינם נחשבים ליהלומים צבעוניים. על פי רוב היהלומים בצבעים הנמוכים אינם מבוקשים ומחיריהם זולים.