Czy diament może trwać wiecznie?

Diamenty nie trwają wiecznie. Diamenty degradują się do grafitu, ponieważ grafit jest konfiguracją o niższej energii w typowych warunkach. Diament (rzeczy w obrączkach) i grafit (rzeczy w ołówkach) to obie krystaliczne formy czystego węgla. Jedyną różnicą jest sposób, w jaki atomy węgla są ułożone i połączone w sieci krystalicznej. W diamentie, każdy atom węgla jest związany z czterema sąsiednimi atomami węgla w ściśle upakowanej trójwymiarowej siatce. w graficie, każdy atom węgla jest silnie związany z trzema sąsiednimi atomami węgla w płaszczyźnie, a płaszczyzny atomów są ze sobą luźno związane. Degradacja diamentu do grafitu jest prostym przypadkiem wewnętrznego przegrupowania atomów i rozluźnienia do niższego stanu energetycznego. Proces ten nie wymaga reakcji chemicznej z materiałem zewnętrznym. Chociaż grafit jest bardziej stabilną formą krystalicznego węgla niż diament w normalnych warunkach, istnieje znaczna bariera energii kinetycznej, którą atomy muszą pokonać, aby osiągnąć niższy stan energetyczny. Diament jest zatem stanem metastabilnym. Jak zawsze w chemii, należy wprowadzić energię, aby zerwać wiązania chemiczne i umożliwić utworzenie nowych wiązań.

Sytuacja jest trochę jak stanie na dnie małej dziury. Obok twojej dziury jest jeszcze głębsza dziura, ale ściana oddziela cię od głębszej dziury. Nie wpadasz po prostu w głębszą dziurę, bo na drodze jest ściana. Ale jeśli zdobędziesz wystarczająco dużo energii, by przeskoczyć mur, wpadniesz w głębszą dziurę. Pierwsza dziura jest jak stan energetyczny diamentu, a głębsza dziura to stan energetyczny grafitu. Kiedy diament rozgrzewasz lub bombardujesz go jonami, atomy uzyskują wystarczającą ilość energii, aby wyskoczyć przez barierę energetyczną i przekonfigurować się do grafitu. W normalnych warunkach, energia kinetyczna atomów jest niewielka w porównaniu z barierą energetyczną, dzięki czemu degradacja diamentu do grafitu jest tak powolna, że ​​praktycznie nie istnieje. Innymi słowy, jeśli masz zamiar nosić diament na palcu tylko w temperaturach wygodnych dla ludzi z dala od źródeł wysokich jonów, wtedy diament przetrwa miliony do miliardów lat. Na ludzką skalę czasową i do codziennych ludzkich zastosowań, fraza “diamenty są wieczne” jest bardzo dobrym przybliżeniem do rzeczywistości.

W wyższych temperaturach lub podczas intensywnego bombardowania jonami, degradacja diamentu do grafitu staje się znacznie szybsza. Degradacja diamentu może mieć ważne implikacje praktyczne. Na przykład, twardość diamentu sprawia, że ​​jest on użytecznym materiałem do formowania krawędzi tnących i ziarna ściernego. Ale jeśli temperatura jest zbyt wysoka podczas cięcia lub szlifowania, diament ulegnie degradacji do grafitu i odpadnie, szczególnie w obecności żelaza. Zwróć uwagę, że głęboko pod ziemią panuje znacznie wyższe ciśnienie niż na powierzchni. Pod wysokim ciśnieniem, diament jest najbardziej stabilną konfiguracją czystego węgla, a nie grafitu. Z tego powodu diament samoistnie formuje się i nie degraduje głęboko pod ziemią do grafitu. Należy również pamiętać, że ponieważ diament jest wykonany z węgla, diament może palić się jak węgiel. W związku z tym, jeśli obecna jest wystarczająca ilość tlenu, diament w wysokiej temperaturze będzie spalał się, tworząc dwutlenek węgla, zamiast przekształcać się w grafit.

Odniesienie:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/12/17/dlaczego-diamenty-trwają-wiecznie/