Propiedades materiales del diamante - Material properties of diamond

Diamante
Un cristal de diamante octaédrico en matriz
General
Categoría	Nativo No metal, Mineral
Fórmula (unidad de repetición)	Carbono (C)
Sistema de cristal	Diamante cúbico ( a = 3,56683 Å )
Identificación
Color	Más a menudo de incoloro a amarillo o marrón. Rara vez rosa, naranja, verde, azul, gris o rojo.
Hábito de cristal	Octaédrico, cubo-octaédrico, esférico o cúbico
Escote	Perfecto; paralelo a la cara octaédrica
Fractura	Irregular
Escala de Mohs de dureza	10
Racha	blanco
Diafanidad	Claro para no
Gravedad específica	3.516–3.525
Índice de refracción	2.417
Pleocroísmo	Ninguno
Fusibilidad	Se quema por encima de 700 ° C en el aire.
Solubilidad	Resistente a los ácidos, pero se disuelve irreversiblemente en acero caliente
Otras características	punto de ebullición = ninguno, presión de vapor muy baja antes de descomponerse en estado sólido
Variedades principales
Ballas	Esférico, estructura radial, criptocristalino, negro opaco
Diamante negro	Mal formado, criptocristalino, informe, translúcido
Carbonado	Masivo, microcristalino, negro opaco

El diamante es el alótropo del carbono en el que los átomos de carbono están dispuestos en el tipo específico de red cúbica llamada diamante cúbico . El diamante es un cristal de transparente a opaco y generalmente isotrópico ( birrefringencia muy débil o nula ). El diamante es el material natural más duro que se conoce. Sin embargo, debido a la importante fragilidad estructural, la dureza del diamante a granel es de regular a buena. La resistencia a la tracción precisa del diamante a granel es poco conocida; sin embargo, la resistencia a la compresión hastaSe ha observado 60  GPa , y podría ser tan alto como90-100 GPa en forma de cables o agujas de tamaño micro / nanométrico (~100-300 nm de diámetro, micrómetros de largo), con una deformación elástica de tracción máxima correspondiente superior al 9%. La anisotropía de la dureza del diamante se considera cuidadosamente durante el corte del diamante . El diamante tiene un índice de refracción alto (2.417) y propiedades de dispersión moderada (0.044) que le dan brillo a los diamantes tallados. Los científicos clasifican los diamantes en cuatro tipos principales según la naturaleza de los defectos cristalográficos presentes. Las trazas de impurezas que sustituyen a los átomos de carbono en la estructura cristalina de un diamante y, en algunos casos, los defectos estructurales, son responsables de la amplia gama de colores que se ven en el diamante. La mayoría de los diamantes son aislantes eléctricos y conductores térmicos extremadamente eficientes . A diferencia de muchos otros minerales, la gravedad específica de los cristales de diamante (3,52) tiene una variación bastante pequeña de un diamante a otro.

Dureza y estructura cristalina

Conocido por los antiguos griegos como ἀδάμας ( adámas , 'apropiado, inalterable, irrompible') y algunas veces llamado inflexible , el diamante es el material natural más duro conocido y sirve como la definición de 10 en la escala Mohs de dureza mineral . El diamante es extremadamente fuerte debido a su estructura cristalina, conocida como diamante cúbico , en la que cada átomo de carbono tiene cuatro vecinos unidos covalentemente. El nitruro de boro cúbico a granel (c-BN) es casi tan duro como el diamante. El diamante reacciona con algunos materiales, como el acero, y el c-BN se desgasta menos al cortarlos o lijarlos. (Su estructura de zincblenda es como la estructura cúbica del diamante, pero con tipos alternos de átomos). Un material actualmente hipotético, el nitruro de carbono beta (β- C
3norte
4), también puede ser tan difícil o más difícil en una forma. Se ha demostrado que algunos agregados de diamante que tienen un tamaño de grano nanométrico son más duros y resistentes que los cristales de diamante grandes convencionales, por lo que funcionan mejor como material abrasivo. Debido al uso de estos nuevos materiales ultraduros para las pruebas de diamantes, ahora se conocen valores más precisos para la dureza del diamante. Una superficie perpendicular a la dirección cristalográfica [111] (que es la diagonal más larga de un cubo) de un diamante puro (es decir, tipo IIa) tiene un valor de dureza de167 GPa cuando se raya con una punta de nanodiamante , mientras que la muestra de nanodiamante en sí tiene un valor de310 GPa cuando se prueba con otra punta de nanodiamante. Debido a que la prueba solo funciona correctamente con una punta hecha de un material más duro que la muestra que se está probando, es probable que el valor real del nanodiamante sea algo más bajo que310 GPa .

Visualización de una celda unitaria cúbica de diamante: 1. Componentes de una celda unitaria, 2. Una celda unitaria, 3. Una celosía de 3 × 3 × 3 celdas unitarias

Volumen molar frente a presión a temperatura ambiente.

Modelo 3D de bola y palo de una celosía de diamantes

Se desconoce la resistencia a la tracción precisa del diamante, sin embargo, la resistencia hastaSe ha observado 60 GPa , y teóricamente podría ser tan alto como90-225 GPa dependiendo del volumen / tamaño de la muestra, la perfección de la red de diamantes y su orientación: la resistencia a la tracción es la más alta para la dirección del cristal [100] (normal a la cara cúbica), menor para [110] y la más pequeño para el eje [111] (a lo largo de la diagonal del cubo más larga). El diamante también tiene una de las compresibilidades más pequeñas de cualquier material.

Los diamantes cúbicos tienen una escisión octaédrica fácil y perfecta , lo que significa que solo tienen cuatro planos, direcciones débiles que siguen las caras del octaedro donde hay menos enlaces, a lo largo de las cuales el diamante puede dividirse fácilmente con un impacto contundente para dejar una superficie lisa. De manera similar, la dureza del diamante es marcadamente direccional : la dirección más difícil es la diagonal en la cara del cubo , 100 veces más dura que la dirección más suave, que es el plano dodecaédrico . El plano octaédrico es intermedio entre los dos extremos. El proceso de corte del diamante se basa en gran medida en esta dureza direccional, ya que sin ella sería casi imposible modelar un diamante. La escisión también juega un papel útil, especialmente en piedras grandes donde el cortador desea eliminar material defectuoso o producir más de una piedra de la misma pieza en bruto (por ejemplo, Cullinan Diamond ).

Los diamantes cristalizan en el sistema de cristales cúbicos de diamantes ( grupo espacial Fd 3 m) y consisten en átomos de carbono tetraédricamente unidos covalentemente. También se ha encontrado una segunda forma llamada lonsdaleita , con simetría hexagonal , pero es extremadamente rara y se forma solo en meteoritos o en síntesis de laboratorio. El entorno local de cada átomo es idéntico en las dos estructuras. A partir de consideraciones teóricas, se espera que la lonsdaleita sea más dura que el diamante, pero el tamaño y la calidad de las piedras disponibles son insuficientes para probar esta hipótesis. En términos de hábito cristalino , los diamantes ocurren con mayor frecuencia como octaedros euédricos (bien formados) o redondeados y octaedros maclados y aplanados con un contorno triangular. Otras formas incluyen dodecaedros y (raramente) cubos. Existe evidencia de que las impurezas de nitrógeno juegan un papel importante en la formación de cristales euédricos bien formados. Los diamantes más grandes encontrados, como el Cullinan Diamond, no tenían forma. Estos diamantes son puros (es decir, tipo II) y, por lo tanto, contienen poco o nada de nitrógeno.

Las caras de los octaedros de diamantes son muy brillantes debido a su dureza; Los defectos de crecimiento de forma triangular ( trigones ) o las picaduras de grabado suelen estar presentes en las caras. La fractura de un diamante es irregular. Los diamantes que son casi redondos, debido a la formación de múltiples escalones en las caras octaédricas, comúnmente se recubren con una piel similar a una goma ( nyf ). La combinación de caras escalonadas, defectos de crecimiento y nyf produce una apariencia "escamosa" o corrugada. Muchos diamantes están tan distorsionados que se distinguen pocas caras de cristal. Algunos diamantes que se encuentran en Brasil y la República Democrática del Congo son policristalinos y se presentan como masas radiales, esféricas, opacas, de color oscuro de cristales diminutos; estos se conocen como ballas y son importantes para la industria, ya que carecen de los planos de división del diamante monocristalino. Carbonado es una forma microcristalina opaca similar que se presenta en masas informe. Al igual que el diamante ballas, el carbonado carece de planos de escisión y su gravedad específica varía ampliamente de 2,9 a 3,5. Los diamantes Bort , que se encuentran en Brasil, Venezuela y Guyana , son el tipo más común de diamante de grado industrial. También son policristalinos y, a menudo, están poco cristalizados; son translúcidos y se cortan fácilmente.

Debido a su gran dureza y fuerte unión molecular, las facetas y los bordes de las facetas de un diamante tallado aparecen más planas y afiladas. Un efecto secundario curioso de la perfección de la superficie del diamante es la hidrofobia combinada con la lipofilia . La primera propiedad significa que una gota de agua colocada sobre un diamante formará una gota coherente, mientras que en la mayoría de los otros minerales el agua se esparciría para cubrir la superficie. De manera similar, el diamante es inusualmente lipofílico, lo que significa que la grasa y el aceite se acumulan fácilmente en la superficie del diamante. Mientras que en otros minerales el aceite formaría gotas coherentes, en un diamante el aceite se esparciría. Esta propiedad se explota en el uso de los llamados "bolígrafos de grasa", que aplican una línea de grasa a la superficie de un simulante de diamante sospechoso . Las superficies de diamante son hidrófobas cuando los átomos de carbono de la superficie terminan con un átomo de hidrógeno e hidrófilas cuando los átomos de la superficie terminan con un átomo de oxígeno o un radical hidroxilo . Tratamiento con gases o plasmas que contengan el gas apropiado, a temperaturas de450 ° C o más, puede cambiar la propiedad de la superficie por completo. Los diamantes de origen natural tienen una superficie con menos de la mitad de una cobertura de monocapa de oxígeno, el resto es hidrógeno y el comportamiento es moderadamente hidrófobo. Esto permite la separación de otros minerales en la mina utilizando el llamado "cinturón de grasa".

Tenacidad

Diamantes en una amoladora angular de la cuchilla

A diferencia de la dureza, que denota solo resistencia al rayado, la dureza o tenacidad del diamante es de regular a buena. La tenacidad se relaciona con la capacidad de resistir la rotura por caídas o impactos. Debido al escote perfecto y fácil del diamante, es vulnerable a la rotura. Un diamante se romperá si se golpea con un martillo ordinario. La dureza del diamante natural se ha medido como2,0 MPa⋅m ^1/2 , que es bueno en comparación con otras piedras preciosas como la aguamarina (de color azul), pero deficiente en comparación con la mayoría de los materiales de ingeniería. Como con cualquier material, la geometría macroscópica de un diamante contribuye a su resistencia a la rotura. El diamante tiene un plano de división y, por lo tanto, es más frágil en algunas orientaciones que en otras. Los cortadores de diamantes usan este atributo para cortar algunas piedras, antes de tallarlas.

Las ballas y el diamante carbonado son excepcionales, ya que son policristalinos y, por tanto, mucho más resistentes que el diamante monocristalino; Se utilizan para brocas de perforación profunda y otras aplicaciones industriales exigentes. Las formas de facetas particulares de los diamantes son más propensas a romperse y, por lo tanto, pueden no ser aseguradas por compañías de seguros acreditadas. El corte brillante de las piedras preciosas está diseñado específicamente para reducir la probabilidad de rotura o astillado.

Los cristales sólidos extraños suelen estar presentes en el diamante. En su mayoría son minerales, como olivino , granates , rubí y muchos otros. Estas y otras inclusiones, como fracturas internas o "plumas", pueden comprometer la integridad estructural de un diamante. Los diamantes cortados que se han mejorado para mejorar su claridad mediante el relleno de vidrio de fracturas o cavidades son especialmente frágiles, ya que el vidrio no resistirá la limpieza ultrasónica o los rigores del soplete del joyero. Los diamantes llenos de fracturas pueden romperse si se tratan incorrectamente.

Resistencia a la presión

Utilizados en los llamados experimentos de yunque de diamantes para crear entornos de alta presión, los diamantes pueden soportar presiones de aplastamiento superiores a 600 gigapascales (6 millones de atmósferas ).

Propiedades ópticas

El color y sus causas

Diamantes sintéticos de varios colores cultivados mediante la técnica de alta presión y alta temperatura, el tamaño del diamante es ~2 mm

Diamantes puros, antes y después de la irradiación y el recocido. En el sentido de las agujas del reloj desde la parte inferior izquierda: 1) inicial (2 mm × 2 mm ); 2-4) irradiados con diferentes dosis deElectrones de 2 MeV ; 5-6) irradiados con diferentes dosis y recocidos a800 ° C .

Los diamantes se encuentran en varios colores: negro, marrón, amarillo, gris, blanco, azul, naranja, morado a rosa y rojo. Los diamantes de colores contienen defectos cristalográficos , incluidas impurezas sustitutivas y defectos estructurales, que provocan la coloración. Teóricamente, los diamantes puros serían transparentes e incoloros. Los diamantes se clasifican científicamente en dos tipos principales y varios subtipos, según la naturaleza de los defectos presentes y cómo afectan la absorción de la luz:

El diamante de tipo I tiene átomos de nitrógeno (N) como principal impureza, en una concentración de hasta el 1%. Si los átomos de N están en pares o agregados más grandes, no afectan el color del diamante; estos son de Tipo Ia. Aproximadamente el 98% de los diamantes gemas son de tipo Ia: estos diamantes pertenecen a la serie Cape , que lleva el nombre de la región rica en diamantes antes conocida como Cape Province en Sudáfrica , cuyos depósitos son en gran parte de Tipo Ia. Si los átomos de nitrógeno están dispersos por todo el cristal en sitios aislados (no apareados ni agrupados), le dan a la piedra un tinte amarillo intenso u ocasionalmente marrón (tipo Ib); los diamantes canarios raros pertenecen a este tipo, que representa sólo ~ 0,1% de los diamantes naturales conocidos. El diamante sintético que contiene nitrógeno suele ser del tipo Ib. Los diamantes de tipo Ia y Ib absorben tanto en la región infrarroja como en la ultravioleta del espectro electromagnético , desde320 nm . También tienen una fluorescencia característica y un espectro de absorción visible (ver Propiedades ópticas ).

Los diamantes de tipo II tienen muy pocas o ninguna impureza de nitrógeno. El diamante puro (tipo IIa) puede ser de color rosa, rojo o marrón debido a anomalías estructurales que surgen a través de la deformación plástica durante el crecimiento del cristal; estos diamantes son raros (1,8% de los diamantes gema), pero constituyen un gran porcentaje de los diamantes australianos. Los diamantes de tipo IIb, que representan ~ 0,1% de los diamantes de gema, suelen ser de un azul acerado o gris debido a los átomos de boro dispersos dentro de la matriz del cristal. Estos diamantes también son semiconductores , a diferencia de otros tipos de diamantes (consulte Propiedades eléctricas ). La mayoría de los diamantes gris azulados procedentes de la mina Argyle de Australia no son del tipo IIb, sino del tipo Ia. Esos diamantes contienen grandes concentraciones de defectos e impurezas (especialmente hidrógeno y nitrógeno) y el origen de su color aún es incierto. Los diamantes de tipo II absorben débilmente en una región diferente del infrarrojo (la absorción se debe a la red del diamante en lugar de a las impurezas) y transmiten en el ultravioleta por debajo de 225 nm, a diferencia de los diamantes de tipo I. También tienen diferentes características de fluorescencia, pero ningún espectro de absorción visible discernible.

Ciertas técnicas de mejora de diamantes se utilizan comúnmente para producir artificialmente una variedad de colores, incluidos azul, verde, amarillo, rojo y negro. Las técnicas de mejora del color suelen implicar irradiación , incluido el bombardeo de protones mediante ciclotrones ; bombardeo de neutrones en las pilas de reactores nucleares ; y bombardeo de electrones por generadores Van de Graaff . Estas partículas de alta energía alteran físicamente la red cristalina del diamante , sacando los átomos de carbono de su lugar y produciendo centros de color . La profundidad de la penetración del color depende de la técnica y su duración, y en algunos casos el diamante puede quedar radiactivo hasta cierto punto.

Algunos diamantes irradiados son completamente naturales; un ejemplo famoso es el Diamante Verde de Dresde . En estas piedras naturales, el color es impartido por "quemaduras por radiación" (irradiación natural de partículas alfa que se originan en el mineral de uranio ) en forma de pequeños parches, generalmente de solo micrómetros de profundidad. Además, los diamantes Tipo IIa pueden tener sus deformaciones estructurales "reparadas" mediante un proceso de alta presión y alta temperatura (HPHT), eliminando gran parte o todo el color del diamante.

Lustre

Una dispersión de diamantes de talla brillante redonda muestra las múltiples facetas reflectantes

El brillo de un diamante se describe como 'adamantino', que simplemente significa similar a un diamante. Los reflejos en las facetas de un diamante correctamente tallado no se distorsionan debido a su planitud. El índice de refracción del diamante (medido a través de la luz de sodio ,589,3 nm ) es 2,417. Debido a que tiene una estructura cúbica, el diamante también es isotrópico . Su alta dispersión de 0.044 (variación del índice de refracción en el espectro visible) se manifiesta en el fuego perceptible de los diamantes tallados. Este fuego, destellos de colores prismáticos que se ven en piedras transparentes, es quizás la propiedad óptica más importante del diamante desde la perspectiva de la joyería. La prominencia o la cantidad de fuego que se ve en una piedra está fuertemente influenciada por la elección del corte del diamante y sus proporciones asociadas (particularmente la altura de la corona), aunque el color del cuerpo de los diamantes de fantasía (es decir, inusuales) puede ocultar su fuego hasta cierto punto.

Más de otros 20 minerales tienen una mayor dispersión (que es la diferencia en el índice de refracción para la luz azul y roja) que el diamante, como titanita 0.051, andradita 0.057, casiterita 0.071, titanato de estroncio 0.109, esfalerita 0.156, rutilo sintético 0.330, cinabrio 0.4, etc. . (ver dispersión ). Sin embargo, la combinación de dispersión con extrema dureza, desgaste y resistividad química, así como un marketing inteligente, determina el valor excepcional del diamante como piedra preciosa.

Fluorescencia

Una fotografía (arriba) y una imagen de fotoluminiscencia excitada por UV (abajo) de una placa cortada de un diamante sintético (ancho ~ 3 mm). La mayor parte del color amarillo y la emisión verde se originan a partir de impurezas de níquel .

Los diamantes exhiben fluorescencia , es decir, emiten luz de varios colores e intensidades bajo luz ultravioleta de onda larga (365 nm): las piedras de la serie Cape (tipo Ia) generalmente tienen un color azul fluorescente, y estas piedras también pueden tener un color amarillo fosforescente , una propiedad única entre las piedras preciosas. . Otros posibles colores de fluorescencia de onda larga son el verde (generalmente en piedras marrones), amarillo, malva o rojo (en diamantes tipo IIb). En los diamantes naturales, normalmente hay poca o ninguna respuesta al ultravioleta de onda corta, pero ocurre lo contrario con los diamantes sintéticos. Algunos diamantes naturales de tipo IIb presentan fosforescencia de color azul después de la exposición al ultravioleta de onda corta. En los diamantes naturales, la fluorescencia bajo los rayos X es generalmente de color blanco azulado, amarillento o verdoso. Algunos diamantes, en particular los diamantes canadienses, no muestran fluorescencia.

El origen de los colores de luminiscencia a menudo no está claro y no es único. La emisión azul de los diamantes de tipo IIa y IIb se identifica de forma fiable con las dislocaciones correlacionando directamente la emisión con las dislocaciones en un microscopio electrónico . Sin embargo, la emisión de azul en el diamante de tipo Ia podría deberse a dislocaciones o defectos de N3 (tres átomos de nitrógeno al borde de una vacante). La emisión verde en el diamante natural generalmente se debe al centro H3 (dos átomos de nitrógeno de sustitución separados por una vacante), mientras que en el diamante sintético generalmente se origina en el níquel utilizado como catalizador (ver figura). La emisión de naranja o rojo podría deberse a varias razones, una de ellas es el centro de vacantes de nitrógeno que está presente en cantidades suficientes en todos los tipos de diamantes, incluso en el tipo IIb.

Absorción óptica

Los diamantes de la serie Cape (Ia) tienen un espectro de absorción visible (visto a través de un espectroscopio de visión directa ) que consta de una línea fina en violeta en415,5 nm ; sin embargo, esta línea suele ser invisible hasta que el diamante se ha enfriado a temperaturas muy bajas. Asociado con esto hay líneas más débiles en478 nm ,465 nm ,452 nm ,435 nm , y423 nm . Todas esas líneas están etiquetadas como centros ópticos N3 y N2 y están asociadas con un defecto que consta de tres átomos de nitrógeno que bordean una vacante. Otras piedras muestran bandas adicionales: los diamantes marrones, verdes o amarillos muestran una banda en el verde en504 nm (centro H3, ver arriba), a veces acompañado de dos bandas débiles adicionales en537 nm y495 nm (centro H4, un gran complejo que supuestamente involucra 4 átomos de nitrógeno sustitutivos y 2 vacantes de celosía). Los diamantes de tipo IIb pueden absorber en el rojo lejano debido al boro de sustitución, pero por lo demás no muestran un espectro de absorción visible observable.

Los laboratorios gemológicos utilizan máquinas espectrofotométricas que pueden distinguir diamantes naturales, artificiales y de color realzado . Los espectrofotómetros analizan los espectros de luminiscencia y absorción infrarroja , visible y ultravioleta de diamantes enfriados con nitrógeno líquido para detectar líneas de absorción indicadoras que normalmente no son discernibles.

Propiedades electricas

El diamante es un buen aislante eléctrico , con una resistividad de100 GΩ⋅m hasta1 EΩ⋅m (10 × 10 ¹¹ -10 × 10 ¹⁸  Ω⋅m ). La mayoría de los diamantes azules naturales son una excepción y son semiconductores debido a que las impurezas de boro sustituyen a los átomos de carbono. Los diamantes naturales de color azul o gris azulado, comunes en la mina de diamantes Argyle en Australia , son ricos en hidrógeno ; estos diamantes no son semiconductores y no está claro si el hidrógeno es realmente responsable de su color gris azulado. Los diamantes azules naturales que contienen boro y los diamantes sintéticos dopados con boro son semiconductores de tipo p . Las películas de diamante de tipo N se sintetizan de forma reproducible mediante el dopado de fósforo durante la deposición de vapor químico . Uniones pn de diodos y diodos emisores de luz UV ( LED , en235 nm ) se han producido mediante deposición secuencial de capas de tipo p (dopado con boro) y de tipo n (dopado con fósforo). Las propiedades electrónicas del diamante también se pueden modular mediante ingeniería de deformación .

Se han producido transistores de diamante (con fines de investigación). Se han realizado FET con capas dieléctricas de SiN y SC-FET .

En abril de 2004, la revista Nature informó que por debajo de la temperatura de transición superconductora4  K , el diamante dopado con boro sintetizado a alta temperatura y alta presión es un superconductor a granel. Posteriormente se observó superconductividad en películas fuertemente dopadas con boro cultivadas mediante diversas técnicas de deposición de vapor químico , y la temperatura de transición más alta reportada (para 2009) es11,4 K . (Ver también superconductor covalente # Diamante )

Se observaron propiedades magnéticas poco comunes (estado de vidrio giratorio) en nanocristales de diamante intercalados con potasio. A diferencia del material huésped paramagnético, las mediciones de susceptibilidad magnética de nanodiamantes intercalados revelaron un comportamiento ferromagnético distinto en5 K . Esto es esencialmente diferente de los resultados de la intercalación de potasio en grafito o fullereno C60, y muestra que el enlace sp3 promueve el ordenamiento magnético en el carbono. Las mediciones presentaron la primera evidencia experimental del estado de giro de vidrio inducido por intercalación en un sistema de diamante nanocristalino.

Conductividad térmica

A diferencia de la mayoría de los aislantes eléctricos, el diamante es un buen conductor de calor debido a la fuerte unión covalente y la baja dispersión de fonones. La conductividad térmica del diamante natural se midió en aproximadamente 2200 W / (m · K), que es cinco veces más que la plata , el metal más conductor térmico. El diamante sintético monocristalino enriquecido al 99,9% con el isótopo ¹² C tenía la conductividad térmica más alta de cualquier sólido conocido a temperatura ambiente: 3320 W / (m · K), aunque existen informes de conductividad térmica superior tanto en nanotubos de carbono como en grafeno. Debido a que el diamante tiene una conductancia térmica tan alta, ya se utiliza en la fabricación de semiconductores para evitar que el silicio y otros materiales semiconductores se sobrecalienten. A temperaturas más bajas, la conductividad mejora aún más y alcanza los 41000 W / (m · K) a 104 K ( diamante enriquecido con ¹² C).

La alta conductividad térmica del diamante es utilizada por joyeros y gemólogos que pueden emplear una sonda térmica electrónica para distinguir los diamantes de sus imitaciones. Estas sondas consisten en un par de termistores alimentados por batería montados en una punta de cobre fino. Un termistor funciona como un dispositivo de calentamiento mientras que el otro mide la temperatura de la punta de cobre: ​​si la piedra que se está probando es un diamante, conducirá la energía térmica de la punta lo suficientemente rápido como para producir una caída de temperatura medible. Esta prueba dura entre 2 y 3 segundos. Sin embargo, las sondas más antiguas serán engañadas por la moissanita , una forma mineral cristalina de carburo de silicio introducida en 1998 como alternativa a los diamantes, que tiene una conductividad térmica similar.

Tecnológicamente, la alta conductividad térmica del diamante se utiliza para la eliminación eficiente del calor en la electrónica de potencia de alta gama. Diamond es especialmente atractivo en situaciones en las que la conductividad eléctrica del material de hundimiento del calor no puede ser tolerada por ejemplo, para la gestión térmica de alta potencia de radiofrecuencia ( RF ) microcoils que se utilizan para producir los campos de RF fuertes y locales.

Estabilidad térmica

El diamante y el grafito son dos alótropos del carbono: formas puras del mismo elemento que difieren en estructura.

Al ser una forma de carbono, el diamante se oxida en el aire si se calienta sobre 700 ° C . En ausencia de oxígeno, por ejemplo, en un flujo de gas argón de alta pureza , el diamante se puede calentar hasta aproximadamente1700 ° C . Su superficie se ennegrece, pero se puede recuperar volviendo a pulir. A alta presión (~20 GPa ) el diamante se puede calentar hasta2500 ° C , y un informe publicado en 2009 sugiere que el diamante puede soportar temperaturas de3000 ° C y superior.

Los diamantes son cristales de carbono que se forman en las profundidades de la Tierra bajo altas temperaturas y presiones extremas. A la presión del aire en la superficie (una atmósfera), los diamantes no son tan estables como el grafito , por lo que la desintegración del diamante es termodinámicamente favorable (δ H  = −2 kJ / mol ). Entonces, al contrario de la campaña publicitaria de De Beers que se extiende desde 1948 hasta al menos 2013 bajo el lema "Un diamante es para siempre", los diamantes definitivamente no son para siempre. Sin embargo, debido a una barrera de energía cinética muy grande , los diamantes son metaestables ; no se descompondrán en grafito en condiciones normales .

Ver también

Referencias

Otras lecturas

• Pagel-Theisen, Verena. (2001). Diamond grading ABC: The manual (9ª ed.), Págs. 84–85. Rubin & Son nv; Amberes, Bélgica. ISBN  3-9800434-6-0
• Webster, Robert y Jobbins, E. Allan (Ed.). (1998). Compendio de gemólogos , pág. 21, 25, 31. St Edmundsbury Press Ltd, Bury St Edwards. ISBN  0-7198-0291-1

enlaces externos

• Propiedades del diamante
• Propiedades del diamante (S. Sque, tesis doctoral, 2005, Universidad de Exeter, Reino Unido)