Was ist ein Diamant?
Diamant ist ein Mineral, eine kubisch allotrope Form von Kohlenstoff. Unter normalen Bedingungen
Diamant ist ein Halbleiter mit großer Lücke.Es hat einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten auf Metall in Luft - nur 0,1, was mit der Bildung dünner Filme aus adsorbiertem Gas auf der Kristalloberfläche verbunden ist, die die Rolle einer Art Schmiermittel spielen.
Eine der wichtigen Eigenschaften von Diamanten istLumineszenz. Unter dem Einfluss von Sonnenlicht und insbesondere Kathoden-, Ultraviolett- und Röntgenstrahlen beginnen Steine zu lumineszieren – in verschiedenen Farben zu leuchten.
Unter dem Einfluss von Kathode und RöntgenAlle Arten von Diamanten leuchten mit Strahlung und unter dem Einfluss von Ultraviolett - nur wenige. Röntgenlumineszenz wird in der Praxis häufig verwendet, um Steine aus Gesteinen zu extrahieren.
Diamant im Muttergestein
Diamant ähnelt vielen farblosen Mineralien -Quarz, Topas, Zirkon, die oft als Nachahmungen verwendet werden. Unterschiedliche Härte - es ist das härteste natürliche Material (auf der Mohs-Skala - 10), optische Eigenschaften, Transparenz für Röntgenstrahlen, Helligkeit in Röntgenstrahlen, Kathode, ultraviolette Strahlen.
Diamant ist ein seltenes, aber gleichzeitig weit verbreitetes Mineral. Industrielle Vorkommen sind auf allen Kontinenten außer der Antarktis bekannt. Es sind verschiedene Arten von Steinvorkommen bekannt.
Vor mehreren tausend Jahren wurden Diamanten inim industriellen Maßstab wurden sie aus alluvialen Lagerstätten abgebaut. Erst Ende des 19. Jahrhunderts, als erstmals diamanthaltige Kimberlitrohre entdeckt wurden, wurde klar, dass sie sich nicht in Flusssedimenten bildeten.
Über die Herkunft und das Alter von Diamanten liegen noch keine Informationen vorgenaue wissenschaftliche Daten. Wissenschaftler vertreten verschiedene Hypothesen – magmatische, Mantel-, Meteoriten- und Flüssigkeitshypothesen, und es gibt sogar mehrere exotische Theorien.
Die meisten neigen zu magmatischen undManteltheorien, dass Kohlenstoffatome unter hohem Druck (normalerweise 50.000 Atmosphären) und in einer großen Tiefe (ca. 200 km) ein kubisches Kristallgitter bilden - der Diamant selbst. Während der Bildung der sogenannten Explosionsrohre werden Steine durch vulkanisches Magma an die Oberfläche getragen.
Schematische Darstellung des Kristallgitters eines Diamanten
Seine außergewöhnliche Härte findet seine Anwendung in der Industrie: Aus dem Edelstein werden Messer, Bohrer, Fräser und ähnliche Produkte hergestellt.
Bedarf für industrielle AnwendungKräfte, die Produktion künstlicher Diamanten auszuweiten. Kürzlich wurde das Problem durch Cluster- und Ionenplasma-Abscheidung von Diamantfilmen auf Schnittflächen gelöst.
Diamantpulver (sowohl Abfall aus der Verarbeitung natürlicher als auch künstlich gewonnener Diamanten) wird als Schleifmittel zur Herstellung von Schneid- und Schleifscheiben, Rädern usw. verwendet.
Was ist das Besondere an Diamanten?
Die wichtigsten Unterscheidungsmerkmale eines Diamanten sind die höchstenunter den Mineralien Härte (und gleichzeitig Sprödigkeit), höchste Wärmeleitfähigkeit unter allen Feststoffen 900–2300 W/(m·K), hoher Brechungsindex und Dispersion.
Diamant ist ein Halbleiter mit großer Bandlücke.Es hat einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten für Metall in Luft – nur 0,1, was mit der Bildung dünner Filme aus adsorbiertem Gas auf der Oberfläche des Kristalls verbunden ist, die als eine Art Schmiermittel wirken. Wenn solche Filme nicht gebildet werden, erhöht sich der Reibungskoeffizient und erreicht 0,6–1,0.
Hohe Härte führt zu außergewöhnlichenAbriebfestigkeit von Diamant. Es zeichnet sich auch durch den höchsten (im Vergleich zu anderen bekannten Materialien) Elastizitätsmodul und das niedrigste Kompressionsverhältnis aus.
Der Schmelzpunkt beträgt ca. 3 700-4000 ° C bei einem Druck von ~ 11 GPa. In der Luft brennt der Diamant bei 850–1.000 ° C und in einem Strom aus reinem Sauerstoff bei 720–800 ° C mit einer schwachen blauen Flamme und wandelt sich vollständig in Kohlendioxid um.
Diamant kann dem fünffachen Druck im Erdkern standhalten.
Ende Januar 2021 stellten Wissenschaftler fest, dass ein Diamant einem fünfmal höheren Druck als dem Druck im Erdkern standhalten kann: Die Struktur des Materials bleibt erhalten, selbst wenn es auf 2 Billionen Pascal komprimiert wird.
Untersuchungen legen nahe, dass der Stein istmetastabil bei hohem Druck: Es behält seine Struktur bei, obwohl unter solchen Bedingungen die Dominanz anderer, stabilerer Strukturen erwartet wird. Das Studium der Macken eines Diamanten unter extremem Druck könnte das Innenleben kohlenstoffreicher Exoplaneten aufdecken.
Kohlenstoffreiche Planeten können aus Diamanten bestehen
Außerhalb unseres Sonnensystems gibt es möglicherweise viele Planeten aus Diamanten. Das sagen Wissenschaftler der Arizona State University und der University of Chicago.
Sie stellten die Hypothese auf, dass kohlenstoffreiche Exoplaneten aus Diamanten und Siliziumdioxid bestehen könnten. Siliziumdioxid kommt auf der Erde hauptsächlich in Form von Sand und Quarz vor.
Sterne und Planeten entstehen aus Gaswolken und kosmischem Staub. Und es ist die Zusammensetzung der Gase, die bestimmt, wie ein bestimmter Stern und Planet aussieht.
Ein Planet mit einem niedrigen Kohlenstoff-Sauerstoff-VerhältnisWie die Erde wird sie aus Silikaten (Salzen und Estern) und Oxiden bestehen und nur wenige Diamanten enthalten. Der Anteil der Diamanten auf der Erde beträgt nur 0,001% ihrer Zusammensetzung.
Im Gegensatz zu unserer Sonne haben andere Sterne möglicherweise ein höheres Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff. Und in Kombination mit Wasser können in dieser Umgebung kohlenstoffreiche Planeten entstehen.
Um diese Hypothese zu testen, recherchierenDie Gruppe führte ein Experiment durch, bei dem die chemische Herkunft dieser kohlenstoffhaltigen Exoplaneten unter Verwendung hoher Temperaturen und Drücke simuliert wurde. Die Arbeitsergebnisse im Labor zeigten, dass Siliciumcarbid bei hoher Temperatur und hohem Druck mit Wasser reagierte und sich in Diamanten und Siliciumdioxid verwandelte.
Was wissen wir über Kohlenstoffplaneten?
Ein Kohlenstoffplanet ist ein theoretischer Typ eines erdähnlichen Exoplaneten, der vom amerikanischen Astrophysiker Mark Kuechner vorhergesagt wurde.
Eine Bedingung für die Bildung solcher Planetenist ein hoher Kohlenstoffgehalt in der protoplanetaren Scheibe und ein niedriger Sauerstoffgehalt. In Bezug auf die chemischen Eigenschaften wird sich ein solcher Planet stark von terrestrischen Planeten wie Erde, Mars und Venus unterscheiden, die hauptsächlich auf der Basis von Silizium und Sauerstoff aufgebaut sind und deren Zusammensetzung nicht viel Kohlenstoff enthält.
Der Planet wird voraussichtlich habeneisenhaltiger Kern, wie andere terrestrische Planeten. Die Basis der Oberfläche bilden überwiegend Silizium- und Titankarbide sowie reiner Kohlenstoff.
Es ist auch möglich, dass es Bereiche gibt, die vollständig von abgedeckt sindKilometer Diamanten. Die Atmosphäre wird aus Kohlenwasserstoffen und Kohlendioxid bestehen. Das Leben auf einem Planeten dieser Klasse ist möglicherweise möglich, wenn der Planet Wasser hat, aber die Lebensformen unterscheiden sich stark von den terrestrischen aufgrund der geringen Menge an Sauerstoff, die nicht ausreicht, um organische Materie vom terrestrischen Typ zu bilden.
Pulsar PSR 1257+12 kann Kohlenstoff enthaltenPlaneten, die nach einer Supernova-Explosion aus der Kohlenstoffschicht eines ehemaligen Sterns entstanden sind. Planeten dieser Art könnten sich in der Nähe des galaktischen Kerns befinden, wo Sterne viel Kohlenstoff enthalten.
Der Durchmesser und die Masse von Kohlenstoffplaneten unterscheiden sich nicht von gewöhnlichen Planeten, die hauptsächlich Wasser- und Siliziumverbindungen enthalten. Daher ist es noch nicht möglich, sie im Falle einer Detektion zu trennen.
Im Jahr 2014 haben Astronomen der Yale UniversityUnter der Leitung von John Moriarty entwickelten sie ein Modell zur Abschätzung der Zusammensetzung von Exoplaneten auf der Grundlage von Veränderungen in der Zusammensetzung der Gasscheiben, in denen sich Planeten bilden, im Laufe der Jahre.
Nach ihren Erkenntnissen, in Scheiben, wo das VerhältnisWenn der Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt 0,8 übersteigt, können sich weiter vom Zentrum der Scheibe entfernt kohlenstoffreiche Planeten bilden. Darüber hinaus glauben Wissenschaftler, dass sich Kohlenstoffplaneten in Scheiben bilden können, in denen das Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff recht niedrig ist (0,65), aber in diesem Fall entstehen solche Planeten in der Nähe ihres Sterns.
Dementsprechend könnten kohlenstoffreiche Planeten viel häufiger vorkommen als bisher angenommen.
Eine künstlerische Darstellung eines Kohlenstoffplaneten. Die Farbe des Planeten ist aufgrund der Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen dunkel und rötlich.
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