Qu'est-ce qu'un diamant?
Le diamant est un minéral, une forme cubique allotropique de carbone. Dans des conditions normales
Le diamant est un semi-conducteur à large gap.Il a un très faible coefficient de frottement sur le métal dans l'air - seulement 0,1, ce qui est associé à la formation de films minces de gaz adsorbé sur la surface du cristal, qui jouent le rôle d'une sorte de lubrifiant.
L’une des propriétés importantes des diamants est la luminescence. Sous l’influence de la lumière du soleil et en particulier des rayons cathodiques, ultraviolets et X, les pierres commencent àLuminescent, c’est briller dans une variété de couleurs.
Sous l'influence de la cathode et des rayons XTous les types de diamants brillent avec les radiations et sous l'influence des ultraviolets - seulement quelques-uns. La luminescence aux rayons X est largement utilisée dans la pratique pour extraire les pierres des roches.
Diamant dans la roche mère
Le diamant est similaire à de nombreux minéraux incolores -quartz, topaze, zircon, qui sont souvent utilisés comme imitations. Diffère en dureté - c'est le plus dur des matériaux naturels (sur l'échelle de Mohs - 10), propriétés optiques, transparence pour les rayons X, luminosité dans les rayons X, cathode, rayons ultraviolets.
Le diamant est un minéral rare, mais en même temps assez répandu.Des gisements industriels sont connus sur tous les continents à l’exception de l’Antarctique.Plusieurs types de gisements de pierres sont connus.
Il y a plusieurs milliers d'années, les diamantsà l'échelle industrielle, ils ont été extraits de gisements alluviaux. Ce n'est qu'à la fin du XIXe siècle, lorsque des tuyaux de kimberlite diamantifère ont été découverts pour la première fois, qu'il est devenu clair qu'ils ne se formaient pas dans les sédiments fluviaux.
L’origine et l’âge des diamants sont encore mal connus.Les scientifiques adhèrent à différentes hypothèses - magmatique, manteau, météorite, fluide, il existe même plusieurs théories exotiques.
La plupart penchent vers le magmatique etthéories du manteau, au fait que les atomes de carbone sous haute pression (généralement 50 000 atmosphères) et à une grande profondeur (environ 200 km) forment un réseau cristallin cubique - le diamant lui-même. Les pierres sont transportées à la surface par le magma volcanique lors de la formation des soi-disant tubes d'explosion.
Représentation schématique du réseau cristallin d'un diamant
Une dureté exceptionnelle trouve son application dans l’industrie : la pierre précieuse est utiliséepour la fabrication de couteaux, de perceuses, de cutters et de produits similaires.
Le besoin d’applications industrielles oblige à l’expansion de la production de diamants artificiels.Dépôt par grappes et par plasma ionique de films de diamant sur les surfaces de coupe.
La poudre de diamant (à la fois un déchet du traitement des diamants naturels et ceux obtenus artificiellement) est utilisée comme abrasif pour la fabrication de disques de coupe et de meulage, de meules, etc.
Quelle est la particularité des diamants?
Les principales caractéristiques distinctives du diamant sont la dureté la plus élevée parmi les minéraux (et en même temps la fragilité), la conductivité thermique la plus élevée parmi tous les solides (900–2300 W/(m·K), un indice de réfraction et une dispersion élevés.
Le diamant est un semi-conducteur à large bande interdite avec un très faible coefficient de frottement pour le métal dans l’air – seulement 0,1, ce qui est dû à la formation de minces films de gaz adsorbé à la surface du cristal, qui jouent le rôle d’une sorte de lubrifiant.Lorsque de tels films ne sont pas formés, le coefficient de frottement augmente et atteint0,6–1,0.
Une dureté élevée donne des résultats exceptionnelsrésistance à l'abrasion du diamant. Il se caractérise également par le module d'élasticité le plus élevé (par rapport à d'autres matériaux connus) et le taux de compression le plus bas.
Le point de fusion est d'environ 3700-4000 ° C à une pression de ~ 11 GPa. Dans l'air, le diamant brûle à 850–1 000 ° C, et dans un courant d'oxygène pur, il brûle avec une faible flamme bleue à 720–800 ° C, se convertissant complètement en dioxyde de carbone.
Un diamant peut résister à cinq fois la pression dans le noyau terrestre
Fin janvier 2021, des scientifiques ont découvert qu'un diamant pouvait résister à une pression cinq fois supérieure à la pression dans le noyau terrestre: la structure du matériau est préservée même lorsqu'il est comprimé à 2 billions de pascals.
La recherche suggère que la pierre estmétastable à haute pression: il conserve sa structure, malgré le fait que dans de telles conditions la domination d'autres structures plus stables est attendue. L'étude des bizarreries d'un diamant sous une pression extrême pourrait révéler le fonctionnement interne des exoplanètes riches en carbone.
Les planètes riches en carbone peuvent être faites de diamants
En dehors de notre système solaire, il peut y avoir de nombreuses planètes faites de diamants.C’est l’avis de scientifiques de l’Université d’État de l’Arizona et de l’Université de Chicago.
Ils ont émis l'hypothèse que les exoplanètes riches en carbone pourraient être composées de diamants et de dioxyde de silicium. Sur Terre, le dioxyde de silicium se trouve principalement sous forme de sable et de quartz.
Les étoiles et les planètes sont formées à partir de nuages de gaz et de poussière cosmique.Et c’est la composition des gaz qui détermine l’apparence d’une étoile ou d’une planète.
Une planète avec un faible rapport carbone / oxygènecomme la Terre, elle sera composée de silicates (sels et esters) et d'oxydes et contiendra peu de diamants. La part des diamants sur Terre ne représente que 0,001% de sa composition.
Contrairement à notre Soleil, d’autres étoiles peuvent avoir un rapport carbone/oxygène plus élevé.Et lorsqu’elles sont combinées avec de l’eau, des planètes riches en carbone peuvent se former dans cet environnement.
Pour tester cette hypothèse, faites des recherchesLe groupe a mené une expérience simulant les origines chimiques de ces exoplanètes carbonées en utilisant des températures et des pressions élevées. Les résultats des travaux en laboratoire ont montré qu'à température et pression élevées, le carbure de silicium réagissait avec l'eau et se transformait en diamants et en silice.
Que savons-nous des planètes carbone?
Une planète carbonée est un type théorique de planète de type exoplanète qui a été prédit par l’astrophysicien américain Mark Küchner.
Une condition pour la formation de planètes de ce typeest une teneur élevée en carbone dans le disque protoplanétaire et une faible teneur en oxygène. En termes de propriétés chimiques, une telle planète sera assez différente des planètes terrestres telles que la Terre, Mars et Vénus, qui sont construites principalement à base de silicium et d'oxygène, et il n'y a pas beaucoup de carbone dans leur composition.
On s’attend à ce que la planète ait un noyau contenant du fer, similaire à d’autres planètes telluriques.La surface sera principalement composée de carbures de silicium et de titane, ainsi que de carbone pur.
Il est également possible qu'il y ait des zones complètement couvertes parkilomètres de diamants. L'atmosphère sera composée d'hydrocarbures et de dioxyde de carbone. La vie sur une planète de cette classe est potentiellement possible si la planète a de l'eau, mais les formes de vie différeront fortement des formes terrestres en raison de la faible quantité d'oxygène, qui ne sera pas suffisante pour former de la matière organique de type terrestre.
PulsarPSR 1257 12 pourrait avoir des planètes carbonées qui se sont formées après l’explosion d’une supernova à partir de la couche de carbone d’une ancienne étoile.Les planètes de ce type peuvent se trouver près du noyau galactique, où les étoiles contiennentbeaucoup de carbone.
Le diamètre et la masse des planètes carbonées ne diffèrent pas des planètes ordinaires, contenant principalement des composés d'eau et de silicium, il n'est donc pas encore possible de les séparer en cas de détection.
En 2014, des astronomes de l’Université de Yale, dirigés par John Moriarty, ont développé un modèle pour estimer la composition des exoplanètes en fonction des changements au fil des ans dans la composition des disques gazeux dans lesquels les planètes se forment.
D’après leurs découvertes, dans les disques où le rapport entre le carbone et l’oxygène dépasse0,8, les planètes riches en carbone peuvent se former plus loin du centre du disque.De plus, les scientifiques pensent que les planètes carbonées peuvent se former dans des disques où le rapport carbone/oxygène est assez faible (0,65), mais dans ce cas, ces planètes se forment près de leur étoile.
En conséquence, les planètes riches en carbone pourraient être beaucoup plus courantes qu’on ne le pensait auparavant.
Une représentation artistique d'une planète carbone. La couleur de la planète est sombre et rougeâtre en raison de la présence d'hydrocarbures.
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