Diament
Kryształ diamentu w kimberlicie | |
| Właściwości chemiczne i fizyczne | |
| Skład chemiczny | |
|---|---|
| Twardość w skali Mohsa |
10 |
| Przełam |
muszlowy[1], nierówny |
| Łupliwość |
dość wyraźna, według <111> |
| Układ krystalograficzny |
regularny |
| Gęstość |
3,47–3,57; najczęściej 3,52 g/cm³ |
| Właściwości optyczne | |
| Barwa |
bezbarwny lub zabarwiony na różne odcienie (żółty, niebieski, różowy, zielony), także czarny |
| Rysa |
biała |
| Połysk |
diamentowy |
| Współczynnik załamania |
2,4175–2,4178 |
| Inne |
dyspersja – 0,044 Pleochroizm – brak[2] |
| Dodatkowe dane | |
| Szczególne własności |
w temperaturze około 1000 °C spala się w tlenie, w łuku elektrycznym przechodzi w grafit |
Diament – bardzo rzadki minerał z gromady pierwiastków rodzimych. Nazwa pochodzi od stgr. ἀδάμας adamas (dopełniacz ἀδάμαντος adamantos, łac. diamentum) ‛niepokonany, niezniszczalny’ i nawiązuje do jego wyjątkowej twardości. Jest najtwardszą znaną substancją występującą w przyrodzie.
Antoine Lavoisier po raz pierwszy spalił diament pod szklanym kloszem, używając promieni słonecznych skupionych soczewką. Udowodnił w ten sposób, że diament to czysty węgiel.
Właściwości
[edytuj | edytuj kod]- Ma dobrą przewodność cieplną (wynikającą z efektywnego przewodnictwa fononowego): 2000 W/(m·K).
- Jest izolatorem (z wyjątkiem diamentu niebieskiego, będącego półprzewodnikiem).
- Jest trudno topliwy (około 3500 °C)[3] i odporny na działanie kwasów i zasad[4].
- Może zawierać wrostki innych minerałów.
Tworzy zazwyczaj niewielkie kryształy przyjmujące postać ośmiościanu, rzadziej sześcianu. Duża część ma zaokrąglone kształty oraz wykazuje zbliźniaczenia. W przyrodzie stanowi jedną z sześciu – obok grafitu, fulerenów, nanopianki, nanorurek i grafenu – odmian alotropowych węgla. Przezroczysty diament zwykle zawiera śladowe ilości azotu, glinu, boru, manganu, krzemu, magnezu, chromu.
Są w nim spotykane różne wrostki mineralne reprezentowane przez: oliwin, granat, pirop, pirotyn, ilmenit, rutyl, grafit, diopsyd, spinel oraz wcześniej wykrystalizowane diamenty. Rodzaj tych inkluzji pozwala na precyzyjne określenie miejsca pochodzenia.
Jego powierzchnię można zarysować tylko przy pomocy innego diamentu, jest względnie kruchy[5][6].
Ze względu na cechy zewnętrzne wyróżnia się kilka typów diamentów:
- bort – występuje w postaci nieregularnych zrostów ziarnistych, drobnokrystalicznych skupień
- ballas – włóknisto-promieniste skupienia kryształów diamentu, występuje zwykle z bortem
- lonsdaleit – odmiana diamentu występująca w meteorytach, o sieci regularnej z licznymi defektami
- karbonado – zwany też czarnym diamentem, występuje w postaci drobnoziarnistych, porowatych skupień zabarwionych na czarno, szaro lub ciemnozielono, o różnej wielkości (aż do wielkości jaja), przypominających z wyglądu koks (spotykanych przede wszystkim w Bahii w Brazylii).
Diamenty naturalne monokrystaliczne klasyfikuje się na cztery grupy:
- typ Ia – stanowi 98% całkowitego wydobycia. Kamienie te zawierają znaczne ilości azotu (około 1%), stanowiącego zanieczyszczenie. Silnie absorbują ultrafiolet, są optycznie przezroczyste dla fal o długości ponad 320 nm; przewodnictwo cieplne 900 W/(m·K), rezystywność elektryczna > 1016 Ω·cm.
- typ Ib – stanowi 1% całkowitego wydobycia. Kamienie te zawierają do 0,2% azotu równomiernie rozproszonego w objętości kryształu. Własności optyczne, cieplne i elektryczne jak typ Ia. Do tej grupy należą prawie wszystkie diamenty syntetyczne.
- typ IIa – rzadko występuje w przyrodzie. Prawie nie zawiera azotu; przewodnictwo cieplne 2600 W/(m·K), rezystywność elektryczna > 1016 Ω·cm
- typ IIb – zawiera domieszkę boru; błękitna barwa, rezystywność elektryczna >10–1000 Ω·cm. Minerały te są półprzewodnikami typu p.
Znane fizyczne lub chemiczne sposoby otrzymywania
[edytuj | edytuj kod]W temperaturze 2000 do 3000 K i pod ciśnieniem między 10 a 50 GPa metan rozpada się tworząc pył diamentowy. Ma to znaczenie dla przewidywań dotyczących formowania się diamentów w lodowych olbrzymach[7][8].
Występowanie
[edytuj | edytuj kod]Występowanie na Ziemi
[edytuj | edytuj kod]Rozróżnia się dwa rodzaje występowania diamentów:
- złoża pierwotne – znajdujące się w miejscu, gdzie powstały
- złoża kimberlitowe – mają wielkie znaczenie przemysłowo-gospodarcze (np. południowa Afryka, niektóre złoża w Brazylii).
- złoża perydotytowe – rzadko spotykane, mają małe znaczenie gospodarcze (np. w Sajanach).
- złoża wtórne – okruchowe, przeniesione w inne okolice
- złoża aluwialne – tworzą się przy podchodzeniu ku powierzchni utworów diamentonośnych na skutek ich wietrzenia i odłączenia się części lekkich i rozpuszczalnych (np. Indie, Brazylia).
- złoża deluwialne – są produktem obsunięcia się materiału diamentonośnego posegregowanego dzięki różnicy ciężarów właściwych składników (spotykane w Indiach i Brazylii).
- aluwialne złoża diamentonośne – występują w łożyskach i tarasach rzek współczesnych i dawnych (np. Borneo, południowa Afryka, Birma, Kongo, Brazylia).
- złoża okruchowe pochodzenia morskiego – spotykane na brzegach mórz i tarasach morskich w postaci wąskich pasów równoległych do wybrzeża (np. Afryka płd-zach).
- złoża lodowcowe – znane ze zlepieńców lodowcowych Brazylii i dorzecza Oranje.
- złoża pochodzenia eolicznego – znane jedynie z pustyni Namib
- złoża mieszane – złoża Konga i Gujany Brytyjskiej (złoża odkryte w 1887 roku nad rzekami; diamenty dorównują brazylijskim; na 1 m³ przypada ok. 2 karaty diamentów).
Złoża wtórne były znane wcześniej i mają większe znaczenie pod względem wydobytych i wydobywanych dotąd diamentów.
Diamenty występują również w meteorytach jako lonsdaleit, o którym dawniej sądzono, że jest osobnym minerałem o sieci heksagonalnej.
Miejsca występowania:
- Indie – złoża wtórne, znane na wiele wieków p.n.e. i będące jedynym źródłem diamentów do początku XVIII wieku. Obszar diamentonośny ciągnie się na Półwyspie Hindustańskim w dolinach rzek: Penner, Kistnach, Gadavary. Średnia wielkość diamentów wynosi 0,6 karata. Są w najwyższym gatunku pod względem czystości, połysku, przezroczystości. Wydobycie bardzo prymitywne. Złoża prawie wyczerpane.
- Rosja – Jakucja (Trubka Udacznaja), Ural, Półwysep Kolski
- Australia – nad rzekami Gwadir i Darling. Diamenty małe o dużej odporności, mniejszej łupliwości i silnym połysku.
- Afryka Południowa – dorzecze Oranje, Vaal – znane od 1867 roku. W 1870 odkryto wielkie złoża pierwotne typu kimberlitowego około Kimberley. Tu w kopalniach znaleziono największe i najbardziej znane diamenty: Cullinan, Excelsior, Petz, Wiktoria, Juliusz Man. W 1927 wydobyto tam 4 708 038 karatów, a ze złóż pierwotnych 2 138 407 karatów diamentów.
- Demokratyczna Republika Konga – złoża przeważnie okruchowe, diamenty mają głównie znaczenie przemysłowe; wydajność wynosi 2–3 karatów na 1 m³ skały. Dostarczają ok. 65% produkcji światowej.
- Brazylia – Minas Gerais, Mato Grosso, Parana – eksploatację złóż zaczęto w 1721 r. Złoża aluwialne (przy zboczach i tarasach rzek). Zawartość diamentów wynosi przeciętnie 0,5–1 karata na 1 m³ skały. Występuje duża ilość diamentów czarnych (karbonado). Diamentom brazylijskim towarzyszą różne minerały szlachetne i półszlachetne.
- Botswana – Orapa
- Namibia
- Sierra Leone – szczególnie w regionie Koidu, złoża aluwialne
- Senegal
- Kanada
- Stany Zjednoczone – złoża nie mają większego znaczenia przemysłowego
- Angola
- Kongo
- Lesotho
- Tanzania
- Ghana
- Wybrzeże Kości Słoniowej
- Burkina Faso
- Gwinea
- Liberia
Wiek najstarszych diamentów (z Australii) szacuje się na 3 do 4,25 mld lat[9].
Występowanie poza Ziemią
[edytuj | edytuj kod]Przypuszcza się, że pył diamentowy występuje na planetach Uran i Neptun. W 1999 roku eksperymentalnie sprawdzono, że w warunkach tam panujących metan przekształca się w pył diamentowy i węglowodory[7][8].
Zastosowanie
[edytuj | edytuj kod]- jest stosowany przy produkcji materiałów ściernych (diamenty syntetyczne) i narzędzi tnących i skrawających (m.in. noży do cięcia szkła)
- do wyrobu past termoprzewodzących (diamenty syntetyczne)
- jako elementy w aparaturze naukowej i medycznej
- detektory cząstek elementarnych, dozymetry
- do wyrobu filier (wkładek kalibracyjnych – narzynek), do ciągadeł drutów i włókien sztucznych. Trwałość ciągadeł diamentowych w przypadku ciągnienia niektórych materiałów może być niemal 250 razy większa niż ciągadeł wykonanych z bardzo twardych węglików spiekanych[10].
- do wyrobu twardościomierzy i igieł fonograficznych
- w jubilerstwie do wyrobu biżuterii – odpowiednio oszlifowane diamenty noszą nazwę brylantów; cechy kamieni jubilerskich ma 10–20% wydobywanych diamentów
Imitacje diamentów
[edytuj | edytuj kod]Diament, jako jeden z najbardziej cenionych kamieni szlachetnych, był od wieków pożądany, a co za tym idzie próbowano stosować materiały zarówno naturalne, jak i syntetyczne do jego naśladowania. Jako imitacje najczęściej stosowane są[10]:
- cyrkon – łatwy do rozpoznania po znacznie większej gęstości
- korund – stosowne bezbarwne odmiany szafirów: leukoszafiry, charakteryzują się większą gęstością od diamentu oraz mniejszym współczynnikiem załamania światła i dyspersji
- topaz – odmian bezbarwne, jak i lekko zabarwione, łatwe do rozpoznania po niewielkiej dyspersji i znacznie niższym współczynniku załamania światła. W przeszłości topaz był powszechnie stosowany, nierzadko czerpano z tego niemałe zyski.
- spinel – zarówno naturalny, jak i syntetyczny; podobnie jak w przypadku topazu mniejsza dyspersja i współczynnik załamania światła
- rutyl – zarówno naturalny, jak i syntetyczny; większa gęstość, większy współczynnik załamania światła, znacznie mniejsza twardość
- kwarc, głównie kryształ górski – niski współczynnik załamania światła i dyspersja powodują brak tak zwanego ognia charakterystycznego dla diamentów; znacznie mniejsza twardość i gęstość; stosowany już w starożytności
- cyrkonia – syntetyczny dwutlenek cyrkonu – znacznie większa gęstość, mniejszy współczynnik załamania światła, większa dyspersja. Jeden z chętniej stosowanych materiałów na imitacje diamentów ze względu na bardzo niską cenę oraz występowanie w widocznym stopniu tzw. ognia.
- YAG – syntetyczny granat itrowo-aluminiowy – większa gęstość, mniejszy współczynnik załamania światła i dyspersja, silny połysk
- moissanit – syntetyczna bezbarwna odmiana węgliku krzemu (karborundu) – mniejsza gęstość, znacznie większa dyspersja, duża twardość (ok. 9,25 w skali Mohsa). Obecnie, dzięki ulepszonym metodom wytwarzania, jest coraz częściej stosowany w jubilerstwie.
- szkło ołowiowe – prymitywna metoda polegająca na stosowaniu szkła o dużym współczynniku załamania światła (w stosunku do innych gatunków), duża gęstość dochodząca nawet do 6 g/cm³, mała twardość (ok. 5 w skali Mohsa), uczucie ciepła przy dotknięciu wynikające ze słabego przewodnictwa cieplnego szkła; materiał bardzo tani
- tworzywa sztuczne – cały szereg różnych materiałów – podobnie jak w przypadku szkła stosowane tylko w przypadku najtańszych zastosowań, znikoma twardość (ok. 2 w skali Mohsa), znacznie mniejsza gęstość, mniejsza dyspersja i współczynnik załamania światła, uczucie ciepła przy dotknięciu.
Osobną grupę stanowią syntetyczne diamenty, będące materiałami o takich samych właściwościach mechanicznych, fizycznych i chemicznych co diamenty naturalne. Zastosowanie jest ograniczone ze względu na wysokie koszty wytwarzania i trudności w uzyskiwaniu większych czystych kryształów. Bardzo trudne do odróżnienia od naturalnych. Badania nad syntezą diamentów o znaczeniu jubilerskim prowadzi, między innymi, firma De Beers. Niezależne badania prowadzone są też na terenie Rosji.
Próba syntezy diamentu jest tematem powieści Juliusza Verne’a Gwiazda Południa.
Znane diamenty
[edytuj | edytuj kod]Do najsłynniejszych diamentów na świecie należą:
- Cullinan – 3106 karatów, jest to największy znany diament, podzielony na 105 części i oszlifowany, znaleziony w 1905 niedaleko Pretorii
- Excelsior – 995,2 karata, podzielony na 11 części i oszlifowany
- Prezydent – 726,6 karata, brazylijski, podzielony na 29 części i oszlifowany
- Jonker – 726 karatów, podzielony na 15 części i oszlifowany
- Jubilee – 650,8 karata, po oszlifowaniu 245 karatów
- Centenary – 599 karatów znaleziony w kopalni Premier 17 lipca 1986. Szlifowanie trwało niemal 3 lata (szlifierzem był Gabi Tolkowsky). Po oszlifowaniu kamień ma 273,85 karatów.
- Imperial (Victoria, Great White, Nizam) – 457 karatów, oszlifowany
- Prezydent – 425 karatów, brazylijski
- Regent – 410 karatów, po oszlifowaniu 140,5 karata, obecnie w Luwrze
- Szach – 3 × 1 cm, obecnie w skarbcu na Kremlu
- Orłow – ok. 400 karatów, po oszlifowaniu 189,6 karata
- Gwiazda Jakucji – 234 karaty, syberyjski
- Millennium Star – 203 karaty
- Koh-i-noor – 181,1 karata, indyjski, po oszlifowaniu 108,93 karata, zdobi brytyjskie klejnoty koronne
- Hope – 67,125 karata, po oszlifowaniu 44,4 karata, największy barwny diament – szafirowoniebieski.
27 sierpnia 2007 podano informację o odkryciu największego diamentu na świecie, ważącego dwukrotnie więcej od dotychczasowego rekordzisty (ok. 7 tys. karatów)[11][12], co okazało się oszustwem[13].
Najcenniejsze diamenty w Polsce:
- wielki czarny diament w złotej puszce św. Stanisława (1504, skarbiec katedry na Wawelu)
- bezbarwny diament w koronie monstrancji Jana Kazimierza (1672, skarbiec klasztoru Paulinów na Jasnej Górze) – 10 karatów.
Wartość diamentu zależy od jego czystości, koniunktury na rynku i wielu innych czynników.
Zobacz też
[edytuj | edytuj kod]Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ A. Bolewski, A. Manecki, Mineralogia szczegółowa, W-wa: PAE, 1993, s. 38.
- ↑ Nikodem Sobczak: Mała encyklopedia kamieni szlachetnych i ozdobnych. Warszawa: Alfa, 1986, s. 74. ISBN 83-7001-030-X.
- ↑ Topliwość minerałów, Czy można stopić diament? (ang.).
- ↑ ABC diamentów. taxor.pl. [zarchiwizowane z tego adresu (2014-08-14)]., Zasady oceny diamentów surowych.
- ↑ Amit Banerjee i inni, Ultralarge elastic deformation of nanoscale diamond, „Science”, 360 (6386), 2018, s. 300–302, DOI: 10.1126/science.aar4165, PMID: 29674589 (ang.).
- ↑ Mariusz Błoński, Elastyczny diament [online], KopalniaWiedzy.pl, 24 kwietnia 2018 [dostęp 2019-06-26].
- ↑ a b L.R. Benedetti i inni, Dissociation of CH4 at high pressures and temperatures: diamond formation in giant planet interiors?, „Science”, 286, 1999, s. 100–102, DOI: 10.1126/science.286.5437.100, ISSN 0036-8075 [dostęp 2021-09-24].
- ↑ a b 10.06.99 – It’s Raining Diamonds on Neptune and Uranus [online], www.berkeley.edu [dostęp 2021-09-24].
- ↑ Martina Menneken i inni, Hadean diamonds in zircon from Jack Hills, Western Australia, „Nature”, 448 (7156), 2007, s. 917–920, DOI: 10.1038/nature06083, PMID: 17713532 (ang.).
- ↑ a b Kazimierz Maślankiewicz: Kamienie szlachetne. Warszawa: Wydawnictwa Geologiczne, 1982. ISBN 83-220-0132-0.
- ↑ World’s largest diamond in NW. news24.com (strona zarchiwizowana przez web.archive.org), 2007-08-27. [dostęp 2012-03-04].
- ↑ news.bbc.co.uk.
- ↑ deser.gazeta.pl.
Linki zewnętrzne
[edytuj | edytuj kod]- Polskojęzyczne
- Parę słów o... diamentach. muzeum.pgi.gov.pl. [zarchiwizowane z tego adresu (2011-08-18)]. – Państwowy Instytut Geologiczny
Nagrania na YouTube [dostęp 2024-05-12]:
- Adam Wojciechowski, Bliżej Nauki: Diament – magnetyczny mikroskop, kanał FAIS UJ, 8 listopada 2022.
- Karolina Głowacka i Robert Bogdanowicz, Diamenty – w elektronice są cenniejsze niż u jubilera, kanał „Radio Naukowe”, 14 marca 2024.
- Anglojęzyczne
- American Museum of Natural History: Diamonds. amnh.org. [zarchiwizowane z tego adresu (2011-03-03)].
- Znane diamenty świata