Slovo „diamant“ je odvozeno z řeckého slova „adamao, „což znamená„ skrotuji “nebo„ podvolím se “nebo související slovo“adamas, „což znamená„ nejtvrdší ocel “nebo„ nejtvrdší látka “.
Každý ví diamanty jsou tvrdé a krásné, ale věděli jste, že diamant může být nejstarším materiálem, který můžete vlastnit? Zatímco skála, ve které se nacházejí diamanty, může být stará 50 až 1600 milionů let, samotné diamanty jsou přibližně 3,3 miliarda let. Tento rozpor vychází ze skutečnosti, že vulkanické magma, které tuhne do skály, kde jsou diamanty se nalézají nevytvořil je, ale jen transportoval diamanty ze zemského pláště do povrch. Diamanty se také mohou tvořit za vysokých tlaků a teplot v místě meteorit dopady. Diamanty vytvořené během nárazu mohou být relativně „mladé“, ale některé meteority obsahují stardust - trosky po smrti hvězdy - které mohou zahrnovat krystaly diamantu. O jednom takovém meteoritu je známo, že obsahuje drobné diamanty starší než 5 miliard let. Tyto diamanty jsou starší než naše Sluneční Soustava.
Začněte uhlíkem
Pochopení chemie diamantu vyžaduje základní znalost prvku uhlík. Neutrální uhlík atom má ve svém jádru šest protonů a šest neutronů, vyvážených šesti elektrony. Konfigurace uhlíkové elektronové skořápky je 1 s22s22p2. Uhlík má mocenství čtyř, protože čtyři elektrony mohou být přijaty k vyplnění 2p orbitalu. Diamant se skládá z opakujících se jednotek atomů uhlíku spojených se čtyřmi dalšími atomy uhlíku prostřednictvím nejsilnější chemické vazby, kovalentní vazby. Každý atom uhlíku je v pevné čtyřstěnné síti, kde je stejně vzdálený od sousedních atomů uhlíku. Strukturální jednotka diamantu se skládá z osmi atomů, zásadně uspořádaných v krychli. Tato síť je velmi stabilní a tuhá, proto jsou diamanty tak tvrdé a mají vysokou teplotu tání.
Prakticky veškerý uhlík na Zemi pochází z hvězd. Studium izotopového poměru uhlíku v diamantu umožňuje sledovat historii uhlíku. Například na zemském povrchu je poměr izotopy uhlík-12 a uhlík-13 se mírně liší od stardustu. Také některé biologické procesy aktivně třídí uhlíkové izotopy podle hmotnosti, takže izotopový poměr uhlíku, který byl v živých věcech, je odlišný od poměru Země nebo hvězd. Proto je známo, že uhlík pro většinu přírodních diamantů pochází naposledy z pláště, ale uhlík pro několik diamantů je recyklovaný uhlík mikroorganismů, který se díky zemské kůře formuje do diamantů přes tektonika desek. Některé drobné diamanty, které jsou vytvářeny meteority, jsou z uhlíku dostupného v místě nárazu; některé diamantové krystaly uvnitř meteoritů jsou z hvězd stále čerstvé.
Krystalická struktura
Krystalová struktura diamantu je kubická mřížka zaměřená na obličej nebo mřížka FCC. Každý atom uhlíku spojuje čtyři další atomy uhlíku v pravidelných čtyřstěnech (trojúhelníkové hranoly). Na základě krychlové formy a jejího vysoce symetrického uspořádání atomů se mohou diamantové krystaly vyvinout do několika různých tvarů, známých jako „krystalové návyky“. Nejběžnějším zvykem krystalu je osmistěnný osmistěn nebo kosočtverec. Diamantové krystaly mohou také tvořit kostky, dodecahedru a kombinace těchto tvarů. Kromě dvou tříd tvarů jsou tyto struktury projevem kubického krystalového systému. Jednou výjimkou je plochý tvar zvaný macle, který je opravdu složeným krystalem, a druhou výjimkou je třída leptaných krystalů, které mají zaoblené povrchy a mohou mít podlouhlé tvary. Skutečné diamantové krystaly nemají úplně hladké tváře, ale mohou mít zvýšené nebo odsazené trojúhelníkové výrůstky zvané „trigonky“. Diamanty mají dokonalé štěpení ve čtyřech různých směrech, což znamená, že se diamant úhledně oddělí podél těchto směrů, než aby se rozlomil. Linie štěpení jsou výsledkem diamantového krystalu majícího méně chemických vazeb podél roviny jeho osmihranné tváře než v jiných směrech. Diamantové frézy využívají linií štěpení k fazetám drahokamy.
Grafit je jen několik elektron voltů stabilnější než diamant, ale aktivační bariéra pro konverzi vyžaduje téměř tolik energie, jako zničení celé mříže a její přestavba. Jakmile je tedy diamant vytvořen, nebude se převádět zpět na grafit, protože bariéra je příliš vysoká. Diamanty jsou považovány za metastabilní, protože jsou spíše kineticky než termodynamicky stabilní. Za podmínek vysokého tlaku a teploty potřebných k vytvoření diamantu je jeho forma ve skutečnosti více stabilní než grafit, a tak se v průběhu milionů let mohou uhlíkaté usazeniny pomalu vykrystalovat diamanty.