Дијамант — цврста форма на елементот јаглерод со неговите атоми распоредени во кристална структура наречена дијамантски коцкест дијамант. Дијамантот е безвкусен, без мирис, силен, кршлив, безбоен во чиста форма, слаб спроводник на електрична енергија и нерастворлив во вода. Друга цврста форма на јаглерод позната како графит е хемиски стабилна форма на јаглерод на собна температура и притисок, но дијамантот е метастабилен и се претвора во него со занемарлива брзина под тие услови. Дијамантот има највисока тврдост и топлинска спроводливост од кој било природен материјал, својства што се користат во главните индустриски употреби како што се алатките за сечење и полирање.
Бидејќи распоредот на атомите во дијамантот е екстремно крут, малку видови нечистотии можат да го контаминираат (два исклучоци се бор и азот). Мал број дефекти или нечистотии (околу еден на милион атоми на решетка) можат да го обојат дијамантот во сина (бор), жолта (азот), кафеава (дефекти), зелена (изложеност на зрачење), виолетова, розова, портокалова или црвена боја. Дијамантот, исто така, има многу висок показател на прекршување и релативно високо оптичко расејување.
Поголемиот број на природни дијаманти имаат возраст помеѓу 1 милијарди и 3,5 милијарди години. Поголемиот дел од нив формирале на длабочини помеѓу 150 до 250 километри во Земјината обвивка, иако неколку дошле од длабочина од дури 800 километри. Под висок притисок и температура, течностите што содржат јаглерод раствориле разни минерали и ги замениле со дијаманти. Многу поскоро (пред стотици до десетици милиони години), тие биле однесени на површината преку вулкански избуви и таложени во магматски карпи познати како кимберлити и лампроити.
Синтетичките дијаманти можат да се одгледуваат од јаглерод со висока чистота под висок притисок и температури или од јаглеводородни гасови со хемиско таложење на пареа (CVD). Природните и синтетичките дијаманти најчесто се разликуваат со употреба на оптички техники или мерења на топлинска спроводливост.
Мерна единица за маса на дијамантот е каратот. Еден карат = 0,2 грама.
Етимологија, најрана употреба и откривање на составот Името дијамант е изведено од (adámas), „правилен, непроменлив, нескршлив, нескротлив“, од ἀ- (a-), „не“ + (дамао), „да се надвладее, да се скроти“. Се смета дека дијамантите првпат биле препознаени и ископани во Индија, каде што значајни алувијални наслаги од каменот можеле да се најдат пред многу векови покрај реките Пенер, Кришна и Годавари. Дијамантите се познати во Индија најмалку 3.000 годин, но најверојатно 6.000години.
Дијамантите се ценети како скапоцени камења уште од нивната употреба како религиозни икони во древна Индија. Нивната употреба во алатките за гравирање, исто така, датира од раната човечка историја. Популарноста на дијамантите се зголемила во текот на 19 век поради зголемената понуда, подобрените техники на сечење и полирање, растот на светската економија и иновативните и успешни рекламни кампањи.
Во 1772 година, францускиот научник Антоан Лавоазје употребил леќа за да ги концентрира сончевите зраци врз дијамант во атмосфера со кислород и покажал дека единствениот производ од согорувањето е јаглерод диоксид, докажувајќи дека дијамантот е составен од јаглерод.See: Подоцна, во 1797 година, англискиот хемичар Смитсон Тенант го повторил и проширил тој експеримент.. Демонстрирајќи дека согорувањето на дијамантот и графитот ослободуваат иста количина гас, тој ја утврдил хемиската еквивалентност на овие супстанции.
Својства
Дијамантот има цврста форма на чист јаглерод со атоми распоредени во кристал. Цврстиот јаглерод се јавува во различни форми познати како алотропи, во зависност од видот на хемиската врска. Двата најчести алотропи на чист јаглерод се дијамантот и графитот. Кај графитот, врските се sp2 орбитални хибриди и атомите се формираат во рамнини, при што секоја е врзана за три најблиски соседи, на растојание од 120 степени. Кај дијамантот, тие се sp3 и атомите формираат тетраедарски, при што секоја е врзана за четири најблиски соседи. . Тетраедрите се крути, врските се силни и, од сите познати супстанции, дијамантот има најголем број атоми по единица волумен, поради што е и најтврд и најмалку компресибилен. Исто така, има висока густина, која се движи од 3150 до 3530 килограми на кубен метар (над три пати поголема од густината на водата) кај природните дијаманти и 3520 kg/ во чист дијамант. Кај графитот, врските помеѓу најблиските соседи се уште посилни, но врските меѓу паралелните соседни рамнини се слаби, па рамнините лесно се лизгаат една покрај друга. Така, графитот е многу помек од дијамантот. Сепак, посилните врски го прават графитот помалку запалив.
Дијамантите се употребуваат за многу намени поради исклучителните физички карактеристики на материјалот. Има највисока топлинска спроводливост и највисока брзина на звукот. Има ниска адхезија и триење, а коефициентот на топлинско ширење е исклучително низок. Неговата оптичка провидност се протега од далечното инфрацрвено до длабокото ултравиолетово зрачење и има високо оптичко расејување. Исто така, има висок електричен отпор. Хемиски е инертен, не реагира со повеќето корозивни супстанции и има одлична биолошка компатибилност.
Термодинамика мини|Теоретски предвиден фазен дијаграм на јаглерод Рамнотежниот притисок и температурните услови за премин помеѓу графит и дијамант се теоретски и експериментално добро утврдени. Рамнотежниот притисок варира линеарно со температурата, помеѓу на и на оценки (тројна точка дијамант/графит/течност). Сепак, фазите имаат широк регион околу оваа линија каде што можат да коегзистираат. При стандардна температура и притисок, и , стабилната фаза на јаглеродот е графит, но дијамантот е метастабилен, со значајна кинетичка енергетска бариера што атомите мора да ја надминат за да ја достигнат пониската енергетска состојба, и неговата стапка на конверзија во графит е занемарлива, со временска скала од милиони до милијарди години. Сепак, на температури над околу , дијамантот брзо се претвора во графит. Експериментите покажале дека дијамантот, во присуство на поминува низ средна линеарна јаглеродна фаза.
Брзата замена на графит во дијамант бара притисоци далеку над линијата на рамнотежа: на , притисок од 35 GPa (околу 350.000 стандардни атмосфери).
Над тројната точка на графит-дијамант-течен јаглерод, точката на топење на дијамантот полека се зголемува со зголемување на притисокот, но при притисоци од стотици GPa, истата се намалува. При високи притисоци, силициумот и германиумот имаат BC8 коцкеста кристална структура центрирана на телото, а слична структура е предвидена и за јаглеродот при високи притисоци. На , се предвидува дека преминот ќе се случи во ..
Резултатите објавени во Nature Physics во 2010 година покажале дека, при ултра-високи притисоци и температури (околу 10 милион атмосфери или 1 TPa и 50.000 °C), дијамантот се топи во метална течност. Екстремните услови потребни за да се случи ова се присутни кај ледените џиновски планети Нептун и Уран, кои се составени од приближно 10% јаглерод и хипотетички би можеле да содржат океани од течен јаглерод. Бидејќи големи количини на метална течност можат да влијаат на магнетното поле, ова би можело да објасни зошто географските и магнетните полови на двете планети не се порамнети.
Кристална структура мини|Дијамантска единична ќелија, која ја покажува тетраедарската структура
Најчестата кристална структура на дијамантот се нарекува дијамантска коцкеста структура. Формирана е од единични ќелии (погледнете ја сликата) наредени заедно. Иако на сликата има 18 атоми, секој атом на аголот е поделен со осум единични ќелии, а секој атом во средината на површината е поделен со два, така што има вкупно осум атоми по единична ќелија. Должината на секоја страна на единичната ќелија е означена со a и е 3,567. ангстреми.
Растојанието на најблискиот сосед во дијамантската решетка е 1,732 a/4 каде што a е константата на решетката, обично дадена во ангстремови како a = 3,567 Å, што е 0,3567 nm.
Дијамантската коцкеста решетка може да се смета за две меѓусебно проникливи коцкести решетки при што едната е поместена со од дијагоналата по должината на коцкестата ќелија, или како една решетка со два атома поврзани со секоја точка на решетката. Гледано од кристалографска насока , таа е формирана од слоеви наредени во повторувачки ABCABC ... модели. Дијамантите исто така можат да формираат ABAB ... структура, која е позната како шестаголен дијамант или лонсдалеит, но ова е многу поретко и се формира под различни услови од коцкестиот јаглерод..
Кристална навика
Дијамантите најчесто се јавуваат како еуедарски или заоблени октаедри и двојни октаедри познати како макли. Бидејќи кристалната структура на дијамантот има коцкест распоред на атомите, тие имаат многу фасети што припаѓаат на коцка, октаедар, ромбикосидодекаедар, тетракис хексаедар или дисдијакис додекаедар. Кристалите можат да имаат заоблени и неискажливи рабови и можат да бидат издолжени. Дијамантите (особено оние со заоблени кристални површини) најчесто се наоѓаат обложени со nyf, непроѕирна обвивка слична на гума. .
Некои дијаманти содржат непроѕирни влакна. Тие се нарекуваат непроѕирни доколку влакната растат од проѕирна подлога или фиброзни доколку го зафаќаат целиот кристал. Нивните бои се движат од жолта до зелена или сива, понекогаш со бели до сиви слични на облак. Нивната најчеста форма е коцкестата, но тие исто така можат да формираат октаедри, додекаедри или комбинирани форми. Структурата е резултат на бројни нечистотии со големини помеѓу 1 и 5 микрони. Овие дијаманти веројатно се формирале во кимберлитна магма и земале примероци од испарливите материи.
Дијамантите можат да формираат и поликристални агрегати. Имало неколку обиди да се класифицираат во групи со имиња како што се боарт, балас, стевартит и фрамезит, но не постои широко прифатен збир на критериуми.. Карбонадо, тип во кој зрната дијамант биле синтерувани (споени без топење со примена на топлина и притисок), е црн по боја и поцврст од монокристалниот дијамант. Никогаш не е забележан во вулканска карпа. Постојат многу теории за неговото потекло, вклучително и формирање во ѕвезда, но нема консензус..
Својства Тврдост мини|Екстремната тврдост на дијамантот во одредени ориентации го прави корисен во науката за материјали, како што е овој пирамидален дијамант вграден во работната површина на Викерсовиот тестер на тврдост . Дијамантот е најтврдиот материјал на квалитативната Мосова скала. За да се спроведе квантитативниот Викерсов тест за тврдост, примероци од материјали се удираат со пирамида со стандардизирани димензии со користење на позната сила - дијамантски кристал се употребува за пирамидата за да се овозможи тестирање на широк спектар на материјали. Од големината на добиената вдлабнатина, може да се одреди вредноста на Викерсовата тврдост за материјалот. Големата тврдост на дијамантот во однос на другите материјали е позната уште од старо време и претставува извор на неговото име. Ова не значи дека е бесконечно тврд, неуништлив или негребан. Всушност, дијамантите можат да бидат изгребани од други дијаманти и да се истрошат со текот на времето дури и од помеки материјали, како што се винил грамофони.
Тврдоста на дијамантот зависи од неговата чистота, кристална совршеност и ориентација: тврдоста е поголема за беспрекорните, чисти кристали кои се ориентирани во насоката <111> (по најдолгата дијагонала на коцкестата дијамантска решетка). Затоа, иако е можно да се изгребат некои дијаманти со други материјали, како што е бор нитрид, најтврдите дијаманти можат да се изгребат единствено од други дијаманти и нанокристални дијамантски агрегати.