Kan een diamant eeuwig meegaan?

Diamanten gaan niet eeuwig mee. Diamanten worden afgebroken tot grafiet, omdat grafiet onder normale omstandigheden een configuratie met een lagere energie is. Diamant (de spullen in trouwringen) en grafiet (de spullen in potloden) zijn beide kristallijne vormen van pure koolstof. Het enige verschil is de manier waarop de koolstofatomen zijn gerangschikt en gebonden in het kristallijne rooster. In diamant, elk koolstofatoom is gebonden aan vier naburige koolstofatomen in een dicht opeengepakt driedimensionaal raster. In grafiet, elk koolstofatoom is sterk gebonden aan drie naburige koolstofatomen in een vlak en de vlakken van atomen zijn losjes aan elkaar gebonden. De degradatie van diamant tot grafiet is een eenvoudig geval van de atomen die zich intern herschikken en ontspannen naar een lagere energietoestand. Dit proces vereist geen chemische reactie met een extern materiaal. Hoewel grafiet onder normale omstandigheden een stabielere vorm van kristallijne koolstof is dan diamant, er is een aanzienlijke kinetische energiebarrière die de atomen moeten overwinnen om de lagere energietoestand te bereiken. Diamant is dus een metastabiele toestand. Zoals altijd in de chemie, energie moet worden ingevoerd om chemische bindingen te verbreken en nieuwe bindingen te laten vormen.

De situatie is een beetje alsof je op de bodem van een klein gaatje staat. Naast je gat is een nog dieper gat, maar een muur scheidt je van het diepere gat. Je valt niet zomaar in het diepere gat, omdat er een muur in de weg staat. Maar als je genoeg energie krijgt om over de muur te springen, je valt in het diepere gat. Het eerste gat is als de energietoestand van diamant en het diepere gat is de energietoestand van grafiet. Wanneer je diamant verhit of bombardeert met ionen, de atomen krijgen genoeg energie om over de energiebarrière te springen en zich om te vormen tot grafiet. Onder normale omstandigheden, de kinetische energie van de atomen is klein in vergelijking met de energiebarrière, zodat de degradatie van diamant tot grafiet zo langzaam is dat deze vrijwel niet bestaat. Met andere woorden, als je alleen een diamant aan je vinger gaat dragen bij temperaturen die comfortabel zijn voor mensen, weg van hoge ionenbronnen, dan gaat de diamant miljoenen tot miljarden jaren mee. Op een menselijke tijdschaal en voor alledaags menselijk gebruik, de zin “diamanten zijn voor altijd” is een zeer goede benadering van de werkelijkheid.

Bij hogere temperaturen of onder intens ionenbombardement, de afbraak van diamant tot grafiet gaat veel sneller. De degradatie van diamant kan belangrijke praktische implicaties hebben. Bijvoorbeeld, de hardheid van diamant maakt het een bruikbaar materiaal om snijkanten en slijpgruis te vormen. Maar als de temperatuur te hoog wordt bij het snijden of slijpen, de diamant zal degraderen tot grafiet en afschilferen, vooral in aanwezigheid van ijzer. Merk op dat er diep in de aarde een veel hogere druk is dan aan de oppervlakte. Bij hoge druk, diamant is de meest stabiele configuratie van pure koolstof en niet van grafiet. Om deze reden vormt diamant zich spontaan en wordt diep onder de grond niet afgebroken tot grafiet. Merk ook op dat diamant is gemaakt van koolstof, diamant kan net als steenkool branden. daarom, als er voldoende zuurstof aanwezig is, diamant bij hoge temperatuur zal verbranden om koolstofdioxide te vormen in plaats van te transformeren in grafiet.

Referentie:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/12/17/why-do-diamonds-last-forever/