Pochodzi z głębin czerwonych gwiezdnych olbrzymów, jest częścią niezbędnych tłuszczów, aminokwasów i węglowodanów, może tworzyć miliony związków z różnymi pierwiastkami chemicznymi i, w zależności od struktury, ma zupełnie inne właściwości mechaniczne. Miękki i kruchy trzonek ołówka oraz najtwardszy diament mineralny są wykonane z tego samego materiału budowlanego – węgla. Co sprawia, że diament jest tak wyjątkowy? Gdzie jest używany? Jaka jest jego wartość?
Niezniszczalny przewodnik ciepła
W tłumaczeniu ze starożytnej greki słowo "diament" oznacza "niezniszczalny". Jeszcze przed starożytnością ludzie znali niesamowitą siłę tego kamienia. W starożytności diamenty były przedmiotem powszechnego handlu w Indiach i Egipcie. I ten minerał dotarł na europejskie przestrzenie po agresywnych kampaniach Aleksandra Wielkiego. Przyniósł kamienie jako magiczne artefakty. Starożytni Grecy nazywali ten najtwardszy minerał łzami bogów, które spadły na ziemię.
Ale sekret niezwyciężoności kamienia leży,na pewno nie w mistyce i nie w związku ze światem duchowym. Największą wytrzymałość zapewnia przejrzysta struktura sieciowa pierwiastka w postaci czworościanów oraz silne wiązanie między atomami węgla. Ze względu na tę samą strukturę diament jest doskonałym przewodnikiem ciepła. Na przykład, gdyby można było zrobić łyżeczkę z jednego kawałka diamentu, nie byłbyś w stanie wmieszać nim cukru do gorącej herbaty, ponieważ poparzyłbyś się w momencie, gdy łyżka zetknie się z wrzącą wodą.
Porównanie twardości mineralnej
Jak określić, który minerał jest najtrudniejszy? Utalentowany niemiecki mineralog Karl Friedrich Moos zmierzył się z tym problemem w XIX wieku. W 1811 roku naukowiec zaproponował zastosowanie skali porównawczej do określenia twardości różnych minerałów. Składa się z dziesięciu punktów, z których każdy odpowiada określonemu minerałowi. Pierwszy (talk) jest najdelikatniejszy, a ostatni, odpowiednio, najtwardszy. Weryfikacja przeprowadzana jest eksperymentalnie. Jeśli próbka (np. srebro) jest porysowana fluorytem, który znajduje się na czwartej linii skali, ale nie jest uszkodzona przez gips (standard skali numer dwa), to srebro ma twardość 3 w skali Mohsa.
Najtwardszym minerałem jest diament. Zajmuje dziesiąte miejsce. I choć stół Mohsa został wprowadzony do obiegu na początku XIX wieku, nadal ma szerokie zastosowanie. Warto jednak pamiętać, że ta tabela nie jest liniowa. Oznacza to, że diament numer dziesięć nie będzie dokładnie dwa razy twardszy.apatyt, który zajmuje piąte miejsce w tabeli. Inne metody są używane do określenia bezwzględnej wartości twardości.
Od królów do robotników
Przez długi czas diamenty były wyłączną własnością mistrzów biżuterii. Jednak wraz z rozwojem przemysłu ten najtwardszy minerał był coraz częściej rozważany nie tylko ze zwykłej strony estetycznej, ale także z punktu widzenia jego unikalnych właściwości fizycznych. Początkowo w produkcji narzędzi używano naturalnych diamentów, których nie można było wyciąć. Są to kamienie, które miały takie wady, że jubilera nie dało się wyeliminować. Stały się znane jako diamenty techniczne.
Z biegiem czasu wzrosło zapotrzebowanie na narzędzia z diamentowymi krawędziami tnącymi i wiertniczymi. Na przykład w branży budowlanej wiertła diamentowe są bardzo poszukiwane. Ich przewaga nad odpowiednikami wykonanymi z twardych stopów metali polega na tym, że podczas pracy wiertłem diamentowym w materiale nie tworzą się mikropęknięcia. Diament łatwo i czysto tnie każdy materiał, czy to kamień, beton czy metal. A brak mikropęknięć jest kluczem do trwałości konstrukcji. Ponadto sam proces pracy jest znacznie szybszy, zauważalnie łatwiejszy i znacznie cichszy.
Na tej podstawie nie dziwi fakt, że według danych za 2016 r. tylko Rosja produkuje 1200 rodzajów różnych narzędzi i sprzętu, z których główną częścią roboczą jest diament.
Zastosowania medyczne
Najtwardszy minerał w przyrodzie nadaje się nie tylko do stosowania w obróbce szorstkiej i twardejrasy. Diament jest również niezbędny w instrumentach medycznych. W końcu im cieńsze i dokładniejsze nacięcie tkanek, tym organizm lepiej radzi sobie z regeneracją. A w przypadku skomplikowanych operacji na ważnych narządach, szerokość nacięcia odgrywa jeszcze większą rolę.
Ponadto skalpel z cienką warstwą diamentu na ostrzu pozostaje ostry przez długi czas.
Perspektywy w elektronice
Rozwój diamentowych układów scalonych jest również aktywnie promowany. W nich jako podkład stosuje się maleńkie diamenty. Urządzenia produkowane tą metodą są bardziej odporne na zmiany temperatury i duże przepięcia. Diamenty mogą być również wykorzystywane do przesyłania danych w telekomunikacji. Cechy tych kryształów pozwalają na jednoczesne przesyłanie sygnałów o różnych częstotliwościach na tym samym kablu.
Najtwardszy minerał na Ziemi pomaga w eksploracji kosmosu
Ponadto diament jest poszukiwany w przemyśle chemicznym. Agresywne środowisko, które łatwo niszczy szkło, absolutnie nie jest straszne dla diamentu. Fizycy używają kryształów do przeprowadzania eksperymentów z fizyki kwantowej i eksploracji kosmosu.
Przy tworzeniu optyki teleskopu wymagania dotyczące dokładności i niezawodności materiałów stają się krytyczne. Tutaj do gry wchodzi najtwardszy naturalny minerał, który ma doskonałe parametry fizykochemiczne.
Syntetyczne diamenty
Przy tak dużym zapotrzebowaniu nanajtwardszy cenny minerał, gwałtownie pojawiła się kwestia jego sztucznej syntezy. Należy pamiętać, że żadne zapasy kamieni nie są w stanie zaspokoić stale rosnącego zapotrzebowania. A po długich eksperymentach naukowcom udało się stworzyć analog naturalnego diamentu, który ma wszystkie niezbędne cechy. Do tej pory produkcja sztucznych diamentów na potrzeby przemysłu stała się już powszechną praktyką.
Istnieje kilka metod syntezy tego minerału. Pierwsza jest najbliższa jej powstawaniu w środowisku naturalnym. Synteza odbywa się przy użyciu ultrawysokiej temperatury i ogromnego ciśnienia. Druga technika pozwala wydobyć diament z pary. Znajduje zastosowanie w technologii folii - kryształy nanoszone są jako cienka warstwa na krawędzie tnące narzędzi. Ta metoda jest szczególnie pożądana w produkcji narzędzi chirurgicznych. A trzecia powoduje rozproszenie małych kryształów za pomocą detonacji i szybkiego chłodzenia.
Kontynuowano eksperymenty i zsyntetyzowano azotek boru, który jest o 20% twardszy niż naturalny diament. Jednak chociaż ta substancja jest tak mała, że diament jest tradycyjnie uważany za najtwardszy minerał.
