Diamanten können dem fünffachen Druck im Erdkern standhalten. Wie benutzt man es?

Was ist ein Diamant?

Diamant ist eine mineralische, kubische allotrope Form von Kohlenstoff. Unter normalen Bedingungen

metastabil, das heißt, es kann existierenunbegrenzt. Im Vakuum oder in einem Inertgas bei erhöhten Temperaturen wandelt es sich allmählich in Graphit um. Die härtesten Mineralien auf der Mohs-Skala der Referenzhärte.

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 von Kathode, Ultraviolett und Röntgenstrahlen beginnen Steine ​​zu leuchten - sie leuchten in verschiedenen Farben.

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. Kommerzielle Lagerstätten sind auf allen Kontinenten außer der Antarktis bekannt. Es sind verschiedene Arten von Steinablagerungen 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.

Es gibt noch keine Informationen über die Herkunft und das Alter von Diamantengenaue wissenschaftliche Daten. Wissenschaftler halten an verschiedenen Hypothesen fest - Magmatik, Mantel, Meteorit, Flüssigkeit, 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

In der Industrie wird eine außergewöhnliche Härte verwendet: Aus dem Edelstein werden Messer, Bohrer, Messer und dergleichen hergestellt.

Die Notwendigkeit für industrielle AnwendungenKräfte, um die Produktion von künstlichen Diamanten zu erweitern. Vor kurzem wurde das Problem durch Cluster- und Ionenplasmaspritzen von Diamantfilmen auf Schneidflächen 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 Hauptunterscheidungsmerkmale eines Diamanten sind die höchstenUnter den Mineralienhärten (und gleichzeitig der Sprödigkeit) ist die höchste Wärmeleitfähigkeit unter allen Feststoffen 900–2300 W / (m · K), der hohe Brechungsindex und die Dispersion.

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. Wenn solche Filme nicht gebildet werden, steigt 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.

Ein 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. So sagen Wissenschaftler der University of Arizona 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 bilden sich aus Gaswolken und kosmischem Staub. Und es ist die Zusammensetzung der Gase, die bestimmt, wie dieser oder jener Stern und Planet aussehen.

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 können andere Sterne ein höheres Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff aufweisen. In Kombination mit Wasser können sich in dieser Umgebung kohlenstoffreiche Planeten bilden.

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?

Der Kohlenstoffplanet ist ein theoretischer Typ eines terrestrischen Exoplaneten, der vom amerikanischen Astrophysiker Mark Kuchner 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 soll habenEisenkern, wie andere terrestrische Planeten. Die Basis der Oberfläche werden überwiegend Silizium- und Titancarbide sowie reiner Kohlenstoff sein.

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 sich nach einer Supernova-Explosion aus der Kohlenstoffschicht eines ehemaligen Sterns gebildet haben. Planeten dieses Typs befinden sich in der Nähe des galaktischen Kerns, 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 Astronomen von der Yale UniversityUnter der Leitung von John Moriarty entwickelte er ein Modell zur Abschätzung der Zusammensetzung von Exoplaneten auf der Grundlage von Änderungen in der Zusammensetzung der Gasscheiben, in denen sich Planeten bilden.

Nach ihren Schlussfolgerungen in Platten, wo das VerhältnisKohlenstoff und Sauerstoff über 0,8 können sich kohlenstoffreiche Planeten weiter vom Zentrum der Scheibe entfernt bilden. Darüber hinaus glauben Wissenschaftler, dass sich Kohlenstoffplaneten in Scheiben bilden können, in denen das Verhältnis von Kohlenstoff zu Sauerstoff recht gering ist (0,65). In diesem Fall bilden sich solche Planeten jedoch in der Nähe ihres Sterns.

Dementsprechend können sich kohlenstoffreiche Planeten als weitaus häufiger herausstellen 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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