Słowo „diament” pochodzi od greckiego słowa „adamao, „oznacza„ oswajam ”lub„ poddaję się ”lub powiązane słowo„adamas, co oznacza „najtwardszą stal” lub „najtwardszą substancję”.
Wszyscy wiedzą diamenty są twarde i piękne, ale czy wiesz, że diament może być najstarszym materiałem, jaki możesz posiadać? Chociaż skała, w której znajdują się diamenty, może mieć od 50 do 1 600 milionów lat, same diamenty mają około 3,3 miliard lat. Ta rozbieżność wynika z faktu, że magma wulkaniczna zestala się w skałę, w której znajdują się diamenty znaleziono, że ich nie stworzył, a jedynie przetransportował diamenty z płaszcza Ziemi do powierzchnia. Diamenty mogą również tworzyć się pod wysokimi ciśnieniami i temperaturami w miejscu meteoryt uderzenia. Diamenty powstałe podczas zderzenia mogą być stosunkowo „młode”, ale niektóre meteoryty zawierają pył gwiezdny - szczątki po śmierci gwiazdy - które mogą zawierać kryształy diamentów. Jeden z takich meteorytów zawiera małe diamenty mające ponad 5 miliardów lat. Te diamenty są starsze niż nasze Układ Słoneczny.
Zacznij od węgla
Zrozumienie chemii diamentu wymaga podstawowej wiedzy o tym pierwiastku węgiel. Neutralny węgiel atom ma sześć protonów i sześć neutronów w jądrze, zrównoważonych przez sześć elektronów. Konfiguracja powłoki elektronowej węgla wynosi 1s22s22szt2. Węgiel ma wartościowość czterech, ponieważ cztery elektrony mogą zostać przyjęte do wypełnienia orbitalu 2p. Diament składa się z powtarzających się jednostek atomów węgla połączonych z czterema innymi atomami węgla za pomocą najsilniejszego wiązania chemicznego, wiązania kowalencyjne. Każdy atom węgla jest w sztywnej sieci czworościennej, w której jest w równej odległości od sąsiednich atomów węgla. Diamentowa jednostka strukturalna składa się z ośmiu atomów, zasadniczo ułożonych w sześcian. Ta sieć jest bardzo stabilna i sztywna, dlatego diamenty są tak bardzo twarde i mają wysoką temperaturę topnienia.
Praktycznie cały węgiel na Ziemi pochodzi z gwiazd. Badanie stosunku izotopowego węgla w diamentie umożliwia prześledzenie historii węgla. Na przykład na powierzchni ziemi stosunek izotopy węgiel-12 i węgiel-13 nieznacznie różnią się od pyłu gwiezdnego. Ponadto niektóre procesy biologiczne aktywnie sortują izotopy węgla według masy, więc stosunek izotopowy węgla, który był w żywych organizmach, jest inny niż na Ziemi lub gwiazdach. Dlatego wiadomo, że węgiel do większości naturalnych diamentów pochodzi ostatnio z płaszcza, ale węgiel dla kilku diamentów to węgiel pochodzący z recyklingu mikroorganizmów, uformowany w diamenty przez skorupę ziemską przez Płyty tektoniczne. Niektóre maleńkie diamenty wytwarzane przez meteoryty pochodzą z węgla dostępnego w miejscu uderzenia; niektóre kryształy diamentów w meteorytach są wciąż świeże od gwiazd.
Struktura krystaliczna
Struktura krystaliczna diamentu to sieciowa sześcienna lub FCC kratka. Każdy atom węgla łączy cztery inne atomy węgla w regularnych czworościanach (trójkątne pryzmaty). Opierając się na formie sześciennej i wysoce symetrycznym układzie atomów, kryształy diamentu mogą rozwinąć się w kilka różnych kształtów, zwanych „nawykami kryształowymi”. Najczęstszym pokrojem krystalicznym jest ośmioboczny kształt ośmiościanu lub diamentu. Diamentowe kryształy mogą również tworzyć kostki, dwunastościany i kombinacje tych kształtów. Z wyjątkiem dwóch klas kształtów, struktury te są przejawami sześciennego systemu kryształów. Jednym wyjątkiem jest płaska forma zwana macle, która tak naprawdę jest kryształem kompozytowym, a drugim wyjątkiem jest klasa trawionych kryształów, które mają zaokrąglone powierzchnie i mogą mieć wydłużone kształty. Prawdziwe kryształy diamentowe nie mają całkowicie gładkich powierzchni, ale mogą mieć podwyższone lub wcięte trójkątne narośla zwane „trygonami”. Diamenty mają idealne rozszczepienie w czterech różnych kierunkach, co oznacza, że diament będzie się starannie rozdzielał wzdłuż tych kierunków, zamiast pękać w postrzępiony sposób. Linie rozszczepiania wynikają z tego, że kryształ diamentu ma mniej wiązań chemicznych wzdłuż płaszczyzny ośmiościennej powierzchni niż w innych kierunkach. Frezy diamentowe wykorzystują linie cięcia do fasety kamienie szlachetne.
Grafit jest tylko kilkoma woltami elektronowymi bardziej stabilnymi niż diament, ale bariera aktywacyjna do konwersji wymaga prawie tyle samo energii, co zniszczenie całej sieci i jej odbudowanie. Dlatego po uformowaniu diament nie zmieni się ponownie w grafit, ponieważ bariera jest zbyt wysoka. Mówi się, że diamenty są metastabilne, ponieważ są raczej kinetyczne niż termodynamicznie stabilne. W warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury potrzebnych do utworzenia diamentu jego forma jest w rzeczywistości większa stabilne niż grafit, a więc przez miliony lat osady węglowe mogą powoli krystalizować diamenty.