Diament — definicja, właściwości, zastosowania i rodzaje
Diament — definicja, właściwości, zastosowania i rodzaje: poznaj twardość, barwy, zastosowania przemysłowe i jubilerskie oraz rzadkie odmiany i porady przy wyborze kamienia.
Diament (z greckiego αδάμας - adámas "niełamliwy") jest układem atomów węgla (tzw. alotropów).
Budowa krystaliczna i właściwości fizyczne
Diament ma strukturę krystaliczną typu sieci regularnej sześciennej (krystaliczna struktura diamentu jest oparta na tetraedrycznym wiązaniu sp3 między atomami węgla). To usieciowanie powoduje wyjątkową twardość i sztywność materiału. Diament:
- ma najwyższą twardość spośród naturalnych minerałów — w skali twardości minerałów Mohsa oceniany jest na 10,
- posiada bardzo wysoką przewodność cieplną (w najlepszych próbkach rzędu kilku tysięcy W/(m·K)), dlatego świetnie odprowadza ciepło,
- jest dobrym izolatorem elektrycznym w stanie czystym, ale staje się przewodnikiem, gdy jest domieszkowany np. borowcami,
- ma dużą gęstość właściwą około 3,51 g/cm³,
- odznacza się wysokim współczynnikiem załamania światła (~2,42) i znaczną dyspersją (~0,044), co przyczynia się do charakterystycznego blasku i "ognia" brylantów,
- ma połysk diamentowy (adamantynowy), wykazuje często fluorescencję pod promieniowaniem UV,
- ma charakterystyczny sposób łupliwości (łupina regularna w płaszczyznach ośmiościennych) i kruchy przebieg łamania (łupina muszlowata).
Diament jest termodynamicznie metastabilny w warunkach normalnych w stosunku do grafitu — przemiana w grafit jest możliwa, lecz przebiega bardzo wolno w typowych warunkach atmosferycznych.
Kolor, inkluzje i ocena kamieni
Wiele diamentów jest bezbarwnych, ale niektóre wykazują barwy: żółtą, brązową, niebieską, zieloną, różową, czerwoną i inne. Diamenty o wyraźnych, nietypowych barwach nazywa się "fancies". Barwa może wynikać z obecności domieszek lub defektów sieci krystalicznej, np.:
- azot — powoduje odcień żółty,
- bor — odpowiada za barwę niebieską,
- uszkodzenia sieci i defekty punktowe — mogą dawać różowe i czerwone odcienie,
- promieniowanie naturalne — bywa przyczyną zielonego zabarwienia.
Ocena wartości kamienia jubilerskiego opiera się głównie na tzw. 4C: Carat (masa), Cut (szlif), Color (barwa) i Clarity (czystość, czyli inkluzje i defekty). Tylko około 20% wydobywanych diamentów nadaje się do zastosowań w jubilerstwie; pozostałe stanowią surowiec przemysłowy.
Powstawanie i występowanie
Naturalne diamenty powstają głównie w głębszych partiach płaszcza Ziemi, w warunkach bardzo wysokich ciśnień i temperatur, a następnie dostają się bliżej powierzchni podczas erupcji magmowych w rurach kimberlitowych i lamproitowych. Główne regiony wydobycia to m.in. Republika Południowej Afryki, Botswana, Rosja, Kanada i Australia.
Rodzaje diamentów
- Diamenty jubilerskie — wysokiej jakości, przeznaczone do wyrobu biżuterii.
- Diamenty przemysłowe — niższej jakości (często z inkluzjami i bez idealnej przejrzystości), wykorzystywane w narzędziach skrawających, wiertłach i tarczach; terminem tym określa się również tzw. bort.
- Carbonado (diament czarny) — polikrystaliczne, bardzo twarde, o porowatej strukturze, spotykane m.in. w Brazylii i Afryce; używane głównie przemysłowo.
- Diamenty syntetyczne — wytwarzane metodami HPHT (High Pressure High Temperature) oraz CVD (Chemical Vapor Deposition); stosowane w jubilerstwie i przemyśle. Rosnący udział na rynku kamieni szlachetnych i technicznych.
Zastosowania
Diamenty znajdują szerokie zastosowanie dzięki połączeniu twardości, wysokiej przewodności cieplnej i unikalnych właściwości optycznych:
- jubilerstwo — szlifowane i fasetowane diamenty są cenione za blask i trwałość,
- narzędzia skrawające i abrazyjne — tarcze, wiertła, frezy i pady polerskie z ziarnem diamentowym lub powłokami diamentowymi,
- przemysł elektroniczny i optyczny — diamenty stosuje się jako elementy odprowadzające ciepło (np. w układach wysokowydajnych), okienka laserowe i soczewki w specjalistycznych zastosowaniach,
- nauka i technika wysokich ciśnień — w tzw. komórkach diamentowych (diamond anvil cell) do badań materiałów w ekstremalnych warunkach,
- zaawansowane technologie kwantowe — centra NV w diamentach służą jako czujniki magnetyczne i kandydaci do realizacji kubitów w badaniach nad komputerami kwantowymi,
- precyzyjne narzędzia pomiarowe — np. matryce do przeciągania drutów.
Wydobycie, etyka i rynek
Duże, czyste diamenty są rzadkie i osiągają bardzo wysokie ceny. Istnieją jednak kwestie etyczne związane z wydobyciem — tzw. "konfliktowe diamenty" (blood diamonds), które finansują działania zbrojne lub łamią prawa człowieka. Aby ograniczać handel takimi kamieniami, wprowadzono międzynarodowe mechanizmy kontroli, np. Kimberley Process. Rosnące znaczenie mają też diamenty laboratoryjne, które są tańsze i nie niosą tych samych problemów etycznych co niektóre wydobywane surowce.
Pielęgnacja i trwałość
Diamenty są bardzo trwałe i odporne na codzienne zużycie, ale nie są niezniszczalne — mogą ulegać odpryskom przy silnym uderzeniu wzdłuż płaszczyzn łupliwości. Do czyszczenia biżuterii z diamentami zwykle wystarcza łagodny roztwór mydła i woda z miękką szczoteczką; profesjonalne czyszczenie i certyfikacja pomagają zachować wartość kamienia.
Ciekawe fakty
- Nazwa "diament" pochodzi od greckiego słowa oznaczającego "niełamliwy".
- Diament bywa nazywany "królem kamieni szlachetnych" ze względu na rzadkość i cechy optyczne.
- Nowoczesne badania wykorzystują diamenty w sensorach medycznych, technologii kosmicznej i badaniach materiałowych.
Podsumowując: diament to wyjątkowy materiał — zarówno ceniony w jubilerstwie za blask i trwałość, jak i niezastąpiony w wielu zastosowaniach przemysłowych i naukowych ze względu na unikalne właściwości fizyczne.
Formacja diamentów
Istnieją naturalne i syntetyczne diamenty. Ziemia wytwarza naturalne diamenty, a ludzie wytwarzają diamenty syntetyczne. Diamenty są najtwardszą naturalną substancją znaną człowiekowi. Diamenty są wykonane z czystego węgla, tego samego pierwiastka chemicznego co grafit, fulleren i węgiel. Ale diamenty są bardzo twarde i w postaci krystalicznej. Powszechnie uważa się, że diamenty powstają z węgla, ale to nieprawda.
Diamenty powstają głęboko w Ziemi, gdzie panuje intensywne ciśnienie i ciepło. Tworzenie się naturalnych diamentów wymaga specyficznych warunków. Są to narażenie materiałów węglonośnych na wysokie ciśnienie, pomiędzy 45 a 60 kilobarów (4,5 a 6 GPa), ale w stosunkowo niskiej temperaturze, pomiędzy około 900 a 1300 °C (1650 a 2370 °F). Takie warunki występują w dwóch miejscach na Ziemi: w płaszczu litosferycznym pod względnie stabilnymi płytami kontynentalnymi oraz w miejscu uderzenia meteorytu.
Ludzie znajdują diamenty tam, gdzie dawno temu były wulkany. Czasami znajdują drobne w miejscu uderzenia meteorytu. Czasami ludzie znajdują diamenty na powierzchni ziemi. Ale w miejscach takich jak RPA, muszą kopać głęboko w dół w kopalni diamentów, aby uzyskać diamenty. Diamenty zostały po raz pierwszy znalezione w Indiach.
Małe syntetyczne diamenty są wykonane dla materiałów ściernych. Duże syntetyczne diamenty są jeszcze droższe do wykonania niż do znalezienia i wykopania, więc ludzie nie robią dużych syntetycznych diamentów.
Handel diamentami
Przez wiele dziesięcioleci handel diamentami był kontrolowany przez grupę firm De Beers, która kontrolowała większość bogatych kopalni diamentów w Afryce. Jednak pod koniec lat 80-tych i na początku lat 90-tych w Kanadzie i Australii otworzyły się nowe kopalnie diamentów, których De Beers nie był w stanie kontrolować. Kiedy w 1991 roku rozpadł się ZSRR, na rynek trafiło wiele tanich rosyjskich diamentów, które przytłoczyły De Beers i ich wysiłki, aby je kontrolować. De Beers nadal posiada większość kopalni diamentów w Afryce, ale ich kopalnie produkują już tylko około jednej trzeciej światowych diamentów.
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest diament?
O: Diament to układ atomów węgla, który jest rodzajem alotropu.
P: Dlaczego diamenty są wykorzystywane w wielu ważnych gałęziach przemysłu?
A: Diamenty są używane w wielu ważnych gałęziach przemysłu jako narzędzia do cięcia i polerowania rzeczy, ponieważ mają najwyższą twardość ze wszystkich materiałów sypkich.
P: Co to są "fanaberie" w odniesieniu do diamentów?
O: "Wachlarze" to diamenty o kolorze innym niż czysty, np. żółty, czerwony, niebieski, zielony i różowy.
P: Jaka jest wartość diamentów przemysłowych?
A: Diamenty przemysłowe są nadal cenne, ponieważ są bardzo twarde i służą do produkcji takich rzeczy jak wiertła i piły diamentowe.
P: Dlaczego tylko 20% diamentów nadaje się do biżuterii?
O: Tylko 20% diamentów nadaje się do biżuterii, ponieważ jakość diamentów określa się na podstawie ich czystości, koloru, szlifu i masy karatowej.
P: Jaką najwyższą ocenę może otrzymać diament w skali Mohsa?
O: Najwyższa ocena, jaką może otrzymać diament w skali Mohsa to 10.
P: Czy diamenty są dobrymi izolatorami elektrycznymi?
O: Tak, diamenty są bardzo skutecznymi izolatorami elektrycznymi, ale są również bardzo dobrymi przewodnikami ciepła.
Przeszukaj encyklopedię