Lonsdaleit
Lonsdaleit (lub lonsdejlit[1]) – odmiana diamentu znajdowana w meteorytach, dawniej uznawana za osobny minerał i osobną odmianę polimorficzną węgla. Nazwa pochodzi od nazwiska irlandzkiej krystalografki Kathleen Lonsdale (1903–1971)[2].
Występowanie
[edytuj | edytuj kod]Lonsdaleit występuje w postaci mikroskopijnych kryształów w meteorytach żelaznych i ureilitach, prawdopodobnie jako minerał szokowy powstający z grafitu w wyniku działania wysokiego ciśnienia i temperatury w chwili zderzenia meteorytu z Ziemią (szokmetamorfizmu). Rozpoznany i opisany został w pozostałości (ok. 200 mg) po rozpuszczeniu 5 kg meteorytu Canyon Diablo, który utworzył krater Barringera w Arizonie. Jego obecność stwierdzono także m.in. w żwirach i glebie w miejscu katastrofy tunguskiej.
Struktura
[edytuj | edytuj kod]Wśród naukowców nie było zgodności co do struktury lonsdaleitu, co wynikało m.in. z trudności w uzyskaniu próbek odpowiedniej jakości i czystości. Na podstawie niektórych badań sądzono, że jest on jednym z kilku możliwych politypów diamentu o symetrii heksagonalnej oznaczanej jako H2[3]. W roku 2014 zakwestionowano tę interpretację, wskazując, że może on mieć typową symetrię regularną diamentu, ale z licznymi defektami sieci krystalicznej, takimi jak uskoki i zbliźniaczenia. Złożona struktura defektów odpowiadać może za obraz dyfrakcyjny, który wcześniej uznano za dowodzący występowania heksagonalnej sieci atomów węgla[4][5].
W roku 2016 udało się otrzymać lonsdaleit w warunkach laboratoryjnych poprzez poddanie próbki węgla szklistego działaniu ciśnienia do 112 GPa (ok. 1,1 mln atm) w temperaturze 400 °C. Badania strukturalne wskazały, że uzyskany produkt zawierał >60% struktury heksagonalnej, co uznano za przesłankę wskazującą, że nie był to zdefektowany diament, lecz rzeczywisty heksagonalny lonsdaleit[6].
W 2017 r. przeprowadzono eksperymenty polegające na symulacji uderzeń meteorytów w specjalnej komorze do badania kolizji. Wykorzystywano pociski z fluorku litu o prędkości ok. 5,1 km/s, które uderzały w grafitową tarczę o grubości ok. 2 mm[7]. Stwierdzono, że lonsdaleity powstają bezpośrednio z grafitu w wyniku gwałtownego uderzenia, w czasie miliardowych części sekundy, przy ciśnieniu 500 tys. atmosfer. Uzyskane kryształy miały strukturę heksagonalną[8].
Przewidywane własności
[edytuj | edytuj kod]Bazując na założeniu, że lonsdaleit jest heksagonalną odmianą diamentu, prowadzono symulacje komputerowe jego zachowania przy ściskaniu w diamentowym twardościomierzu. Analizy Zichenga Pana z uniwersytetu Jiao Tong w Szanghaju wskazały, że lonsdaleit może być o 58% twardszy od zwykłego diamentu[9] (niższa twardość badanych rzeczywistych próbek lonsdaleitu wynikałaby z obecności zanieczyszczeń). Zatem lonsdaleit miał być najtwardszą znaną substancją[10][11]. Późniejsze badania próbek wskazały, że nie ma on przewidywanej struktury, niemniej złożoność jego struktury daje mu nietypowe własności mechaniczne[5].
Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ Andrzej R. Olszyna: Ceramika supertwarda. Warszawa: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2006, s. ?. ISBN 978-83-7207-920-6.
- ↑ Lonsdaleite. mindat.org. [dostęp 2019-02-18].
- ↑ A. Karczemska i inni, Extraterrestrial, terrestrial and laboratory diamonds – Differences and similarities, „Diamond and Related Materials”, 17 (7-10), 2008, s. 1179–1185, DOI: 10.1016/j.diamond.2008.02.021 (ang.).
- ↑ Péter Németh i inni, Lonsdaleite is faulted and twinned cubic diamond and does not exist as a discrete material, „Nature Communications”, 5 (1), 2014, DOI: 10.1038/ncomms6447 (ang.).
- ↑ a b Robert Burnham: Asteroid impacts on Earth make structurally bizarre diamonds. Phys.org, 2014-11-21. [dostęp 2019-02-18].
- ↑ Thomas. B. Shiell i inni, Nanocrystalline hexagonal diamond formed from glassy carbon, „Scientific Reports”, 6 (1), 2016, DOI: 10.1038/srep37232, PMID: 27897174, PMCID: PMC5126635 (ang.).
- ↑ Stefan J. Turneaure i inni, Transformation of shock-compressed graphite to hexagonal diamond in nanoseconds, „Science Advances”, 3 (10), 2017, eaao3561, DOI: 10.1126/sciadv.aao3561, PMID: 29098183, PMCID: PMC5659656 (ang.).
- ↑ Rachel Berkowitz, Diament bez tajemnic, „Świat Nauki”, 4/2018 (320), Warszawa: Prószyński Media, s. 15.
- ↑ Zicheng Pan i inni, Harder than Diamond: Superior Indentation Strength of Wurtzite BN and Lonsdaleite, „Physical Review Letters”, 102 (5), 2009, DOI: 10.1103/PhysRevLett.102.055503 (ang.).
- ↑ Superhard material knocks off diamond's crown [online], New Scientist [dostęp 2019-02-18] (ang.).
- ↑ Jessica Griggs, Diamond no longer nature's hardest material [online], New Scientist [dostęp 2019-02-18] (ang.).