Propiedades físicas del diamante

Diamante
Un cristal de diamante octaédrico en la matriz
General
Categoría	Nativo del no metal, Mineral
Fórmula (Unidad de repetición)	Carbono (C)
Identificación
Color	Muy a menudo incoloro a amarillo o marrón. Raramente rosa, naranja, verde o azul.
Hábito cristalino	Octaédrica, esférica o masiva
Sistema cristalino	Isométrico
Escisión	Octaédrica; perfecta y fácil
Fractura	Concoidea
Escala de Mohs de dureza	10
Lustre	Diamantinas de grasienta
Racha	Ninguno
Diafanidad	Claro que no
Gravedad específica	3,516-3,525
Índice de refracción	2,417
Pleocroísmo	Ninguno
Fusibilidad	Quemaduras por encima de 800 ° C, en la calefacción de más de 2000 grados Celsius se descompone en estado sólido sin derretirse.
Solubilidad	Resistente a los ácidos, pero se disuelve de manera irreversible en caliente de acero
Las principales variedades
Ballas	Esférico, estructura radial, cryptocrystalline, negro opaco
Bort	Mal formado, cryptocrystalline, sin forma, translúcido
Carbonado	Massive, microcristalina, negro opaco

El diamante es transparente a opaco, isotrópico ópticamente, 3D- cristalina de carbono . Es el material más duro de origen natural conocido por su fuerte unión covalente-sin embargo, su dureza es sólo regular a buena debido a importantes deficiencias estructurales. La precisa resistencia a la tracción de diamante es desconocido. Sin embargo, la fuerza de hasta 60 GPa se ha observado, y su fuerza intrínseca teórica se ha calculado para estar entre 90 y 225 GPa, dependiendo de la orientación de los cristales. El diamante tiene un alto índice de refracción (2.417) y moderada dispersión (0.044), propiedades que se consideran cuidadosamente durante tratamiento de diamantes y que (junto con su dureza) dar diamantes corte su brillantez y el fuego. Los científicos clasifican los diamantes en dos tipos principales y varios subtipos, dependiendo de la naturaleza de defectos cristalográficos presentes. Impurezas trazas reemplazar sustitucionalmente átomos de carbono en un diamante de red cristalina, y en algunos casos defectos estructurales, son responsables de la amplia gama de colores que se observan en el diamante. La mayoría de los diamantes son eléctricos aisladores, pero extremadamente eficiente conductores térmicos. La peso específico de diamante de cristal único (3.52) es bastante constante. Contrariamente a una idea falsa común, el diamante no es la forma más estable del carbono sólido; grafito tiene esa distinción.

La dureza y estructura cristalina

Diamante y el grafito son dos alótropos de carbono: formas puras del mismo elemento que difieren en su estructura.

Conocido por los antiguos griegos como adamas ("tame'sles" o "sin brida") y, a veces llamada inflexible, el diamante es el material natural más duro conocido, anotando 10 en el viejo escala de Mohs de dureza mineral . El material nitruro de boro, cuando en una forma estructuralmente idéntico al diamante, es casi tan duro como el diamante; un material actualmente hipotético, nitruro de carbono beta, también puede ser tan duro o más difícil en una forma. Además, se ha demostrado 1 2 que ultradura fullerite (C ⁶⁰⁾ (que no debe confundirse con P-SWNT fullerite) al probar la dureza del diamante con un de fuerza atómica microscopio puede rayar el diamante. A su vez, el uso de mediciones más precisas, estos valores son ahora conocidos para la dureza de diamante. Un diamante tipo IIa (111) tiene un valor de dureza de 167 GPa (± 6) cuando se rascó con un ultradura punta fullerite, mientras que una muestra fullerite ultradura tiene un valor de 310 GPa cuando se prueba con una punta fullerite. Sin embargo, la prueba sólo funciona correctamente con una punta hecha de un material más duro que la muestra se está probando. Esto significa que es probable que algo inferior a 310 GPa el verdadero valor de fullerite ultradura.

Diamantes cúbicos tienen una perfecta y fácil octaédrica escote, lo que significa que tienen cuatro aviones-direcciones siguientes las caras del octaedro donde hay menos bonos y por lo tanto los puntos de debilidad estructural-largo de la cual diamante puede fácilmente dividir (a raíz de un impacto contundente), dejando las superficies lisas. Del mismo modo, la dureza del diamante es marcadamente direccional: la dirección más dura es la diagonal en el cubo de la cara, 100 veces más duro que la dirección más suave, que es el plano dodecaedro. El plano octaédrico, seguido por las direcciones axiales en el plano del cubo, son intermedios entre los dos extremos. La proceso de corte de diamantes se apoya fuertemente en esta dureza direccional, ya que sin ella un diamante sería casi imposible a la moda. La escisión también juega un papel útil, especialmente en las grandes piedras donde el cortador desea eliminar el material defectuoso o de producir más de un cálculo de la misma pieza de diamantes en bruto.

Diamantes típicamente cristalizan en el cúbico sistema cristalino ( grupo espacial ) Y consisten en tetraédricamente , unido covalentemente átomos de carbono. Una segunda forma llamada lonsdaleíta con simetría hexagonal también se encuentra, pero es extremadamente raro y se cree que forma sólo cuando meteórica grafito cae a la Tierra . El entorno local de cada átomo es idéntico en las dos estructuras. En términos de hábito cristalino, los diamantes se presentan con mayor frecuencia euhedral (bien formada) o octaedros redondeado y hermanado, octaedros aplanados conocido como maclas (con un contorno triangular). Otras formas incluyen dodecaedros y (raramente) cubos. Hay alguna evidencia de que intersticiales de nitrógeno impurezas juegan un papel importante en la formación de cristales de euhedrales los diamantes más grandes encontradas, tales como la Cullinan Diamond, han sido sin forma o masiva. Estos diamantes son de tipo II y, por tanto, contienen poco o nada de nitrógeno (véase la composición y el color).

Los rostros de octaedros de diamantes son muy brillante debido a su dureza; defectos de crecimiento en la forma de trígonos o pozos de grabado están a menudo presentes en las caras, siendo los primeros hoyos triangulares cuyos puntos están alineados con las caras del octaedro. De un diamante fractura puede ser escalonada, conchoidal (shell-como, similar al vidrio ) o irregular. Los diamantes que son casi por asalto a la tendencia escalonamiento de octaedros comúnmente se encuentran revestidos en nyf, una piel gomosa; la combinación de caras escalonadas, defectos de crecimiento, y nyf produce un "escamosa" o apariencia corrugada, y esos diamantes se llaman arrugas. Un número significativo de diamantes cristalizan anhedrally: es decir, sus formas son tan distorsionados que pocas caras del cristal son discernibles. Algunos diamantes se encuentran en Brasil y la República Democrática del Congo son cryptocrystalline y ocurrir como opacas de color oscuro, esféricas, misas, radiales de cristales diminutos; estos son conocidos como Ballas y son importantes para la industria ya que carecen de los planos de corte de diamante de cristal único. Carbonado es un opaca similares forma microcristalina que se presenta en masas informes. Como Ballas diamante, carbonado carece de escote y su peso específico varía ampliamente, desde 2,9 hasta 3,5. Diamantes Bort, que se encuentra en Brasil, Venezuela y Guyana , son el tipo más común de diamantes de grado industrial, también criptocristalina o de otra manera mal cristalizado, pero que poseen escote, translucidez, y los colores más claros.

Debido a su gran dureza y una fuerte unión molecular, un diamante de corte de facetas y aristas de faceta son visiblemente el más plano y más nítida. Un curioso efecto secundario de la perfección de la superficie de diamante es la hidrofobia combinado con lipofilia. La primera propiedad significa una gota de agua colocada sobre un diamante se forma una gotita coherente, mientras que en la mayoría de los otros minerales del agua se extendería hacia fuera para cubrir la superficie. Del mismo modo, el diamante es inusualmente lipófilo, es decir, grasa y aceite de recoger fácilmente en la superficie de un diamante. Mientras que en otros minerales formaría gotas de aceite coherentes, en un diamante se extendería el aceite. Esta propiedad se explota en el uso de los llamados "plumas de grasa", que se aplican una línea de grasa a la superficie de un sospechoso simulador del diamante.

El diamante es tan fuerte debido a la forma de los átomos de carbono hacen. Es una forma 3D muy fuerte, cada átomo de carbono con cuatro unió a ella con enlaces covalentes.

Tenacidad

A diferencia de dureza, que sólo denota resistencia al rayado, diamante de dureza o tenacidad es sólo regular a buena. La dureza se refiere a la capacidad de resistir la rotura por caídas o impactos: debido a la hendidura perfecta y fácil de diamante, es vulnerable a la rotura. Un diamante se romperá si es golpeada con un martillo ordinario.

Ballas y diamante carbonado son excepcionales, ya que son policristalino y por lo tanto mucho más duro que el diamante de cristal único; que se utilizan para los bits de profundidad de perforación de pozos y otras aplicaciones industriales exigentes. Cortes particulares de los diamantes son más propensos a la rotura-como marqués u otros cortes que ofrecen cónicos por puntos y por lo tanto pueden ser asegurables por las compañías de seguros de buena reputación. La culata es una faceta (paralelo a la mesa) dado al pabellón de los diamantes de corte diseñados específicamente para reducir la probabilidad de rotura o fragmentación. Fajas extremadamente delgada, o muy delgados también son propensos a la rotura mucho mayor.

Cristales sólidos extraños están comúnmente presentes en Diamond-estas y otras inclusiones, tales como fracturas internas o "plumas" -puede comprometer la integridad estructural de un diamante. Corte los diamantes que han sido mejorado para mejorar su claridad a través de llenura vaso de fracturas o cavidades son especialmente frágiles, como el vidrio no hará frente a limpieza por ultrasonidos o los rigores de la antorcha de la joyería. Diamantes fractura-llenado pueden romperse si se tratada de forma inadecuada.

Propiedades ópticas

La brillo de un diamante se describe como "diamantina", que simplemente significa tipo diamante. Es la más alta posible barra de brillo que del metal (metálico), y es debido a la dureza superlativa de diamante. Reflexiones sobre las facetas de un diamante bien cortado son sin distorsiones, por su planitud. La índice de refracción del diamante (como se mide a través de luz de sodio, 589,3 nm) es 2.417; porque es cúbica en la estructura, el diamante es también isotrópico. Su alto dispersión de 0,044 (intervalo BG) se manifiesta en el fuego perceptible de diamantes corte. Este fuego destellos de colores prismáticos visto en piedras transparentes, es tal vez más importante propiedad óptica de diamante desde la perspectiva de la joyería. La prominencia o cantidad de fuego visto en una piedra está fuertemente influenciado por la elección de corte de diamante y sus proporciones asociados (particularmente coronar altura), aunque el color de la carrocería de los diamantes de lujo puede ocultar su fuego en algún grado.

Algunos diamantes exhibición fluorescencia de varios colores e intensidades menores de onda larga (LW) de luz ultravioleta (365 nm): Piedras de la serie del Cabo (tipo Ia; véase la composición y el color) por lo general fluorescencia azul, y estas piedras también pueden fosforescencia amarilla. (Esta es una propiedad única entre las piedras preciosas). Otros colores de fluorescencia LW posibles son verdes (por lo general en piedras de color marrón), amarillo, malva o rojo (Tipo IIb). En los diamantes naturales por lo general hay poca o ninguna respuesta a la onda corta (SW) ultravioleta, pero lo contrario es cierto para los sintéticos. Algunos diamantes Tipo IIb naturales pueden fosforescencia azul después de la exposición a la SW ultravioleta. En Naturals, fluorescencia bajo Los rayos X es generalmente de color blanco azulado, amarillento o verdoso. Algunos diamantes, en particular los diamantes canadienses, no muestran fluorescencia.

Diamantes de la serie Cape tienen una visible espectro de absorción (como se ve a través de una visión directa espectroscopio) que consiste en una línea muy fina en el violeta en 415,5 nm-Sin embargo, esta línea es a menudo invisible hasta que el diamante se ha enfriado a temperaturas muy bajas. Asociado a esto son las líneas más débiles en 478 nm (a menudo sólo esta línea es visible), 465 nm, 452 nm, 435 nm y 423 nm. Otras piedras muestran bandas adicionales: marrón, verde, o los diamantes amarillos muestran una banda en el verde en 504 nm, a veces acompañado por dos bandas débiles adicionales a 537 nm y 495 nm. Escriba diamantes IIb pueden absorber en el rojo lejano, pero por lo demás no muestran el espectro de absorción visible observable.

Laboratorios gemológicos hacen uso de máquinas espectrofotómetro que pueden distinguir natural, artificial, y color- diamantes mejorados. Los espectrofotómetros analizan la infrarrojos, visible y ultravioleta espectros de absorción de diamantes enfriados con nitrógeno líquido para detectar reveladoras líneas de absorción que normalmente no son perceptibles.

Propiedades eléctricas

A excepción de la mayoría de los diamantes azules naturales -que son semiconductores debido a substitutional boro impurezas que sustituyen átomos de carbono tipo diamante es un buen eléctrica aislador. Diamantes azules naturales recientemente recuperados de la mina de diamantes de Argyle en Australia han descubierto que deben su color a un exceso de hidrógeno átomos: estos diamantes no son semiconductores. Diamantes azules naturales que contienen boro y diamantes sintéticos dopado con boro son semiconductores de tipo p . Si un semiconductor de tipo n puede ser sintetizado, circuitos electrónicos podrían fabricarse a partir de diamante. La investigación mundial está en curso, con éxitos ocasionales informaron, pero nada definitivo. En 2002 se informó en la revista Naturaleza que los investigadores han logrado depositar una película delgada de diamante en una superficie de diamantes que es un gran paso hacia la fabricación de un chip de diamante. En 2003 se informó de que NTT desarrolló un dispositivo semiconductor de diamante. En 2005 llegaron informes de que el Instituto Nacional de Ciencia Industrial Avanzada y Tecnología (AIST) en Japón creado un semiconductor de diamante de tipo n Y un diodo emisor de luz ( LED) que produce la luz UV 235 nm.

En abril de 2004 Nature informó que por debajo de la temperatura de transición superconductora 4 K, diamante dopado con boro sintetizado a alta temperatura y alta presión es una granel, tipo-II superconductor . En octubre de 2004 la superconductividad fue encontrado a ocurrir en gran medida de microondas-boro dopados deposición química en fase vapor asistida por plasma (MPCVD) diamante debajo de la temperatura de transición superconductora de 7,4 K .

Propiedades térmicas

A diferencia de la mayoría de los aisladores eléctricos, el diamante es un buen conductor de calor debido a la fuerte unión covalente dentro del cristal. La mayoría de los diamantes azules naturales contienen boro átomos que reemplazar átomos de carbono en la matriz de cristal, y también tienen alta conductividad térmica. .999- ¹² C diamante sintético monocristalino tiene el mayor conductividad térmica de cualquier conocido sólido a temperatura ambiente: 2000-2500 W · m / m² · K (200-250 W · mm / cm² · K), cinco veces más que el cobre . Debido a que el diamante tiene tan alta conductividad térmica que ya se utiliza en la fabricación de semiconductores para evitar silicio y otros materiales semiconductores se sobrecaliente. En menor temperaturas de conductividad se hace aún mejor como su Electrones de Fermi pueden igualar la modo de transporte normal fonónicos cerca de la Punto de Debye, y el calor de transporte más rápido, para vencer la caída de calor específico con el menos quantal microestados, para llegar a 41 000 W · m / m · K a 104 K. El mismo diamante en .99999- ¹² C se prevé que 200.000 W · m / m · K (20 kW · mm / cm² · K).

Conductividad térmica del diamante se hace uso de los joyeros y gemólogos que puede emplear una sonda térmica electrónica para separar los diamantes de sus imitaciones. Estas sondas consisten en un par de a pilas termistores montados en una punta de cobre fino. Uno funciones termistor como un dispositivo de calentamiento, mientras que el otro mide la temperatura de la punta de cobre: si la piedra está probando es un diamante, que llevará a cabo la energía térmica de la punta con la rapidez suficiente para producir un descenso de la temperatura medible. Esta prueba tarda unos 2-3 segundos. Sin embargo, las sondas más antiguas se deje engañar por moissanite, una imitación de diamante introducido en 1998 , que tiene una conductividad térmica similar.

Siendo una forma de carbono, que pueden quemar en presencia de oxígeno si se calienta a más de 800 ° C (1500 ° F). En ausencia de oxígeno que pueden soportar temperaturas más altas, pero se convertirán en grafito con el tiempo.

Composición, color, y la estabilidad

Los diamantes se producen en una variedad limitada de colores negro, marrón, amarillo, gris, blanco, azul, naranja, púrpura a rosa, rojo, y verde pálido. Los diamantes coloreados contienen defectos cristalográficos, incluyendo impurezas de sustitución y defectos estructurales, que provocan la coloración. En teoría, los diamantes puros serían transparentes y sin color. Los diamantes son científicamente clasificar en dos tipos principales y varios subtipos, según la naturaleza de los defectos presentes y cómo afectan a la absorción de luz:

Tipo I diamante tiene de nitrógeno (N) como átomos de la impureza principal, a una concentración de 0,1 por ciento. Si los átomos de N están en pares que no afectan el color del diamante; estos son Tipo IaA. Si los átomos de N están en grandes agregados pares que imparten un color amarillo a color pardo (Escriba IAB). Alrededor del 98 por ciento de los diamantes de la gema son de tipo Ia, y la mayoría de estos son una mezcla de AIA y materiales cEi: estos diamantes pertenecen a la serie del Cabo, el nombre de la región rica en diamantes antes conocido como Provincia del Cabo en Sudáfrica , cuyos depósitos están en gran medida tipo Ia. Si los átomos de N están dispersos por todo el cristal en sitios aislados (no emparejados o en grupo), dan la piedra un intenso tinte amarillo u ocasionalmente marrón (tipo Ib); los diamantes canario raras pertenecen a este tipo, lo que representa sólo un Permille de diamantes naturales conocidos. Diamante sintético que contiene nitrógeno es Tipo Ib. Tipo I diamantes absorben tanto en el infrarrojos y ultravioleta región, desde 320 nm. También tienen una fluorescencia característica y el espectro de absorción visible (ver Propiedades ópticas ).

Tipo diamantes II tienen muy pocas o ninguna impurezas de nitrógeno. Tipo IIa diamante puede ser de color rosa, rojo o marrón debido a anomalías estructurales que surgen a través de la deformación plástica durante el crecimiento de los cristales, estos diamantes son raros (1.8 por ciento de los diamantes de la gema), sino que constituyen un gran porcentaje de la producción australiana. Escriba diamantes IIb, que representan el 0,1 por ciento de los diamantes de la gema, por lo general son de un azul acerado o gris debido al boro dispersado dentro de la matriz de cristal; estos diamantes son también los semiconductores , a diferencia de otros tipos de diamante (ver Propiedades eléctricas ). Sin embargo, un exceso de hidrógeno también puede impartir un color azul; estos no son necesariamente Tipo IIb. Tipo II diamantes absorben en una región diferente de la de infrarrojos, y transmiten en el ultravioleta por debajo de 225 nm, a diferencia de Tipo I diamantes. También tienen diferentes características de fluorescencia, pero no hay un espectro de absorción visible discernible.

Cierto técnicas de mejora de diamante se utilizan comúnmente para producir artificialmente una variedad de colores, incluyendo azul, verde, amarillo, rojo y negro. Técnicas de mejora de color por lo general implican irradiación, incluyendo protones y bombardeo deuterón vía ; ciclotrones neutrones bombardeo a través de las pilas de reactores nucleares; y de electrones a través de bombardeo Generadores de Van de Graaff. Estas partículas de alta energía alteran físicamente el diamante de red cristalina, golpeando átomos de carbono fuera de lugar y producir centros de color. La profundidad de penetración del color depende de la técnica y su duración, y en algunos casos el diamante se puede dejar radiactivo en algún grado.

Cabe señalar que algunos diamantes irradiados son completamente natural ejemplo famoso es el Dresde Diamante Verde. En estas piedras naturales el color es impartida por "quemaduras por radiación" en forma de parches pequeños, por lo general sólo superficial. Además, los diamantes de tipo IIa pueden tener sus deformaciones estructurales "repararse" a través de un proceso de alta temperatura, de alta presión (ATAP), la eliminación de gran parte o todo el color del diamante.

A finales del siglo 18 , los diamantes se demostraron estar hecha de carbono por el experimento más caro de encender un diamante (por medio de una la quema de vidrio) en una de oxígeno ambiente y demostrando que gas ácido carbónico ( dióxido de carbono ) fue el producto de la combustión. El hecho de que los diamantes son los osos combustibles examen más detenido, ya que se relaciona con un hecho interesante acerca de los diamantes. Los diamantes son carbono cristales que se forman en lo profundo de la tierra bajo altas temperaturas y presiones extremas. A la presión de aire de la superficie (una atmósfera), los diamantes no son tan estables como grafito, y así la decadencia de diamante es termodinámicamente favorable (δ H = -2 kJ / mol). Los diamantes habían demostrado previamente para quemar durante la época romana.

Así, a pesar de Campaña 1948 de anuncios de De Beers, diamantes definitivamente no son para siempre. Sin embargo, debido a una gran barrera de energía cinética, los diamantes son metaestable; no van a decaer en grafito bajo condiciones normales.