Dimantu ķīmija un struktūra
Džefrijs Hamiltons / Getty Images
Vārds 'dimants' ir cēlies no grieķu vārda ' adamao ,' nozīmē 'es pieradinu' vai 'es pakļauju' vai ar to saistīto vārdu ' Ādams ”, kas nozīmē “cietākais tērauds” vai “cietākā viela”.
Visi zina dimanti ir cietas un skaistas, bet vai zinājāt, ka dimants varētu būt vecākais materiāls, kas jums varētu piederēt? Lai gan iezis, kurā atrodami dimanti, var būt 50 līdz 1600 miljonus gadu veca, paši dimanti ir aptuveni 3,3 miljardu gadus vecs. Šī neatbilstība izriet no fakta, ka vulkāniskā magma, kas sacietē klintī, kur tiek atrasti dimanti, tos neradīja, bet tikai nogādāja dimantus no Zemes mantijas uz virsmu. Dimanti var veidoties arī zem augsta spiediena un temperatūras vietā meteorīts ietekmes. Trieciena laikā izveidotie dimanti var būt salīdzinoši “jauni”, taču daži meteorīti satur zvaigžņu putekļus — zvaigznes nāves atlūzas, kas var ietvert dimanta kristālus. Ir zināms, ka vienā no šādiem meteorītiem ir mazi dimanti, kas ir vecāki par 5 miljardiem gadu. Šie dimanti ir vecāki par mums Saules sistēma .
Sāciet ar oglekli
Lai izprastu dimanta ķīmiju, ir nepieciešamas pamatzināšanas par elementu ogleklis . Neitrāls ogleklis atoms Tā kodolā ir seši protoni un seši neitroni, ko līdzsvaro seši elektroni. Oglekļa elektronu apvalka konfigurācija ir 1sdivi2sdivi2pdivi. Ogleklim ir a valence no četriem, jo četrus elektronus var pieņemt, lai aizpildītu 2p orbitāli. Dimants sastāv no atkārtotām oglekļa atomu vienībām, kas savienotas ar četriem citiem oglekļa atomiem, izmantojot spēcīgāko ķīmisko savienojumu, kovalentās saites . Katrs oglekļa atoms atrodas stingrā tetraedriskā tīklā, kur tas atrodas vienādā attālumā no blakus esošajiem oglekļa atomiem. Dimanta struktūrvienība sastāv no astoņiem atomiem, kas pamatā ir sakārtoti kubā. Šis tīkls ir ļoti stabils un stingrs, tāpēc dimanti ir tik ļoti cieti un tiem ir augsta kušanas temperatūra.
Praktiski viss ogleklis uz Zemes nāk no zvaigznēm. Oglekļa izotopu attiecības izpēte dimantā ļauj izsekot oglekļa vēsturei. Piemēram, uz zemes virsmas attiecība izotopi ogleklis-12 un ogleklis-13 nedaudz atšķiras no zvaigžņu putekļiem. Arī atsevišķi bioloģiskie procesi aktīvi šķiro oglekļa izotopus pēc masas, tāpēc oglekļa izotopu attiecība, kas bijusi dzīvās būtnēs, atšķiras no Zemes vai zvaigznēm. Tāpēc ir zināms, ka ogleklis lielākajai daļai dabisko dimantu nāk no mantijas, bet dažu dimantu ogleklis ir mikroorganismu pārstrādāts ogleklis, ko zemes garoza veido dimantos. plātņu tektonika . Daži sīki meteorītu radītie dimanti ir no trieciena vietā pieejamā oglekļa; daži dimanta kristāli meteorītos joprojām ir svaigi no zvaigznēm.
Kristāla struktūra
Dimanta kristāla struktūra ir uz seju centrēta kubiskā vai FCC režģis. Katrs oglekļa atoms savienojas ar četriem citiem oglekļa atomiem regulāros tetraedros (trīsstūrveida prizmās). Pamatojoties uz kubisko formu un ļoti simetrisko atomu izvietojumu, dimanta kristāli var attīstīties vairākās dažādās formās, kas pazīstamas kā 'kristālu paradumi'. Visizplatītākais kristāla ieradums ir astoņu malu oktaedra vai rombveida forma. Dimanta kristāli var veidot arī kubus, dodekaedrus un šo formu kombinācijas. Izņemot divas formu klases, šīs struktūras ir kubisko kristālu sistēmas izpausmes. Viens izņēmums ir plakana forma, ko sauc par macle, kas patiešām ir salikts kristāls, un otrs izņēmums ir iegravētu kristālu klase, kuriem ir noapaļotas virsmas un var būt iegarenas formas. Īstiem dimanta kristāliem nav pilnīgi gludu virsmu, bet tajos var būt izvirzīti vai ievilkti trīsstūrveida izaugumi, ko sauc par “trigoniem”. Dimantiem ir ideāls šķelšanās četros dažādos virzienos, kas nozīmē, ka dimants šajos virzienos glīti atdalīsies, nevis saplīsīs robaini.Šķelšanās līnijas izriet no tā, ka dimanta kristālam ir mazāk ķīmisko saišu gar tā oktaedriskās virsmas plakni nekā citos virzienos. Dimanta griezēji izmanto šķelšanās līniju priekšrocības dārgakmeņi .
Grafīts ir tikai dažus elektronvoltus stabilāks nekā dimants, taču pārvēršanas aktivizācijas barjera prasa gandrīz tikpat daudz enerģijas kā visa režģa iznīcināšana un tā atjaunošana. Tāpēc, tiklīdz dimants ir izveidots, tas vairs nepārvērsīsies par grafītu, jo barjera ir pārāk augsta. Tiek uzskatīts, ka dimanti ir metastabili, jo tie ir kinētiski, nevis termodinamiski stabili. Augsta spiediena un temperatūras apstākļos, kas nepieciešami dimanta veidošanai, tā forma faktiski ir stabilāka nekā grafīts, un tāpēc miljoniem gadu oglekļa nogulsnes var lēnām kristalizēties dimantos.