Diamant

Diamant
Fórmula química	C
Epònim	Invincible
Classificació
Categoria	elements natius
Nickel-Strunz 10a ed.	01.CB.10a
Nickel-Strunz 9a ed.	1.CB.10a
Nickel-Strunz 8a ed.	I/B.02b
Dana	1.3.6.1
Propietats
Sistema cristal·lí	isomètric-hexooctaèdric (cúbic)
Hàbit cristal·lí	octàedre
Grup puntual	Grup espacial: Fd3m; H-M: m3m (4/m 3 2/m) - Hexooctaèdric
Grup espacial	grup espacial 227
Color	normalment groc, marró, gris o sense color. Menys freqüentment blau, verd, negre, blanc translúcid, rosa, violeta, taronja, lila i vermell.
Macles	macles tipus espinel·la {111}
Exfoliació	{111}
Fractura	concoïdal
Duresa	10
Color de la ratlla	sense color
Densitat	3,5 a 3,53 g/cm3
Lluïssor polida	adamantina
Índex de refracció	2,384
Varietats més comunes
Bort	Varietat negre de diamant.
Carbonado	Varietat massiva i fosca de diamant.
Diamant nano-policristal·lí	Varietat sintètica, policristal·lina i transparent.
Stewartita	Varietat ferruginosa i magnètica.
Yakutita	Varietat de diamant amb inclusions.
Estatus IMA	mineral heretat (G)
Símbol	Dia

El diamant (del grec adámas, que significa "apropiat" o "inalterable") és un mineral, al·lòtrop del carboni en què els àtoms estan configurats en una variació de l'estructura cristal·lina cúbica centrada en les cares anomenada reticle diamantí. El diamant és la segona forma més estable de carboni després del grafit; tanmateix, la velocitat de conversió de diamant en grafit és negligible en condicions ambientals. El diamant és especialment conegut per ser un material amb qualitats físiques excepcionals, moltes de les quals són degudes als forts enllaços covalents que hi ha entre els seus àtoms. En particular, el diamant té la duresa i la conductivitat tèrmica més altes de tots els materials. Aquestes propietats determinen l'ús industrial principal del diamant en eines de tall i de poliment.

Els diamants tenen unes característiques òptiques notables. A causa del seu reticle extremament rígid, només els poden contaminar molt poques impureses, com ara el bor i el nitrogen. En combinació amb la seva gran transparència, això dóna com a resultat l'espectaclar i incolor de la majoria de diamants naturals. Petites quantitats de defectes o impureses (aproximadament una per milió d'àtoms del reticle) acoloreixen el diamant de blau (bor), groc (nitrogen), marró (defectes cristal·lins, verd, lila, rosa, taronja o vermell). El diamant també té una dispersió òptica relativament alta, és a dir, una gran capacitat de dispersar la llum de diferents colors, cosa que dóna com a resultat la seva lluïssor característica. Les seves propietats òptiques i mecàniques, juntament amb un màrqueting eficaç, fan que el diamant sigui una gemma popular.

La majoria de diamants naturals es formen a les condicions de pressió i temperatura elevades que es donen a profunditats d'entre 140 i 190 quilòmetres al mantell. Els minerals amb carboni proporcionen la font de carboni, i el creixement es perllonga durant períodes d'entre 1.000 i 3.000 milions d'anys, cosa que correspon a aproximadament un 25% i un 75% de l'edat de la Terra, respectivament. Els diamants són portats a prop de la superfície de la Terra gràcies a erupcions volcàniques profundes, per magma que es refreda en roques ígnies conegudes com a kimberlites i lamproïtes. Els diamants també es poden produir sintèticament en un procés d'alta pressió i temperatura que simula de manera aproximada les condicions al mantell terrestre. Una tècnica de producció alternativa i completament diferent és la deposició química de vapor. Diversos materials no diamants, que inclouen la zircònia cúbica i el carbur de silici i sovint reben el nom de simulants de diamants, s'assemblen als diamants en l'aspecte i en moltes propietats. S'han desenvolupat tècniques gemmològiques especials per distingir els diamants naturals i sintètics i els simulants.

Història del diamant

El nom "diamant" deriva de l'antic grec ἀδάμας (adámas), "apropiat", "inalterable", "intrencable", "indomat", de|ἀ- (a-), "in-" + δαμάω (damáō), "jo domino", "jo domo". Tanmateix, es creu que els diamants foren reconeguts i minats per primera vegada a l'Índia, on fa molts segles es podien trobar importants dipòsits al·luvials d'aquesta gemma al llarg dels rius Penner, Krishna i Godavari. Els diamants han estat coneguts a l'Índia des de fa com a mínim 3.000 anys, però més probablement 6.000 anys.

Des de fa milers d'anys, el diamant ha figurat entre les pedres precioses preferides per l'home. Foren les civilitzacions orientals les primeres a conèixer aquesta gemma. L'Índia (el primer i més extens productor) donà al món els més preciosos diamants, com el Ko-i-nor (que traduït significa una cosa així com "Tuc de llum") que pesava, en brut, 78,5 quirats. (El quirat és la unitat de pes usada en pedres precioses i equival a 205 mil·ligrams.)

El nom del diamant prové del grec adamas o adamantem, que significa "l'invencible". En efecte, s'ha usat amb freqüència per a simbolitzar l'etern i l'infinit. Antigament li conferien tota classe de poders estranys.

El diamant arribà a Europa molt possiblement en el tercer segle abans de la nostra era, potser com a conseqüència de l'aparició de l'imperi d'Alexandre Magne, que propicià un vigorós intercanvi entre els ports del Mar Roig i els de la Costa de Malabar, a l'Índia.

Història natural

La formació dels diamants naturals requereix unes condicions molt específiques — l'exposició de materials amb carboni a una pressió elevada, d'entre aproximadament 45 i 60 quilobars, però a una temperatura relativament baixa d'entre aproximadament 900 i 1.300 °C). Aquestes condicions es donen a dos punts de la Terra: al mantell litosfèric a sota de plaques continentals i al punt d'impacte d'un meteorit.

Formació en cratons

Les condicions adequades per la formació de diamants al mantell litosfèric es donen a una profunditat considerable que correspon als requeriments ja mencionats de temperatura i pressió. S'estima que aquestes profunditats són d'entre 140 i 190 km tot i que a vegades també s'han cristal·litzat diamants a profunditats de 300 km. La velocitat a la qual la temperatura canvia amb l'augment de la profunditat a la Terra varia molt d'una part a l'altra de la Terra. En particular, a sota de les plaques oceàniques la temperatura augmenta més ràpidament amb la profunditat, més enllà del ventall necessari per a la formació de diamants a la profunditat requerida. La combinació adequada de temperatura i pressió només es dóna a les parts espesses, antigues i estables de les plaques continentals en què existeixen regions de la litosfera conegudes com a cratons. L'estada llarga dels cristalls de diamant a la litosfera cratònica els permet créixer més.

La forma octaèdrica lleugerament deformada d'aquest cristall de diamant bast en una matriu és típica del mineral. Les seves cares lluents també indiquen que aquest cristall prové d'un dipòsit primari.

Per mitjà d'estudis de les ràtios d'isòtops de carboni (similar a la metodologia utilitzada en la datació per carboni, tret que es fa amb els isòtops estables C-12 i C-13), s'ha demostrat que el carboni dels diamants prové tant de fonts inorgàniques com d'orgàniques. Alguns diamants, coneguts com a "harzburgítics", es formen a partir de carboni inorgànic que originalment es trobava a les profunditats del mantell terrestre. En canvi, els diamants "eclogítics" contenen carboni orgànic provinent de detritus orgànic que ha estat portat des de la superfície de l'escorça terrestre per subducció (vegeu tectònica de plaques) abans de transformar-se en diamant. Aquestes dues fonts diferents de carboni tenen ràtios de ¹³C:¹²C considerablement diferents. Els diamants que han arribat a la superfície de la Terra són generalment bastant antics, amb una edat d'entre 1.100 i 3.300 milions d'anys. Això representa entre un 22% i un 73% de l'edat de la Terra. A mitjans del 2015, científics rusos descobriren un nou tipus de diamant a la renta del volcà Tolbachik, de 3.682 metres, a la península de Kamtxatka. Aquests diamants no es formen al magma, sinó que s'han creat pels efectes dels gasos volcànics sota pressió i com a resultat de la cristal·lització sota la influència de les descàrregues elèctriques dels llamps.

Els diamants sovint es donen en forma d'octàedres euèdrics o octàedres arrodonits o octaèdres simètrics coneguts com a macles. Com que l'estructura cristal·lina dels diamants té una configuració cúbica dels àtoms, tenen moltes facetes que pertanyen a un cub, un octàedre, un rombicosidodecàedre, un cub tetrakis o un octàedre hexaquis. Els cristalls poden tenir vores arrodonides i poc marcades o ser allargats. A vegades creixen junts o formen cristalls dobles "simètrics" a les superfícies de l'octàedre. Aquestes formes i hàbits diferents dels diamants són el resultat de circumstàncies externes diferents. Els diamants (especialment els que tenen vores arrodonides dels cristalls) se solen trobar revestits de nyf, una pell opaca semblant a la goma.

Formació en cràters d'impacte de meteorits

Els diamants també es poden formar en altres esdeveniments naturals amb pressions elevades. S'han trobat diamants molt petits, de l'escala de micròmetres i nanòmetres, coneguts com a "microdiamants" o "nanodiamants", respectivament, en cràters d'impacte de meteorits. Aquests impactes creen zones de xoc d'alta pressió i temperatura adequades per la formació de diamants. Els microdiamants d'impacte es poden fer servir com a indicadors d'antics cràters d'impacte.

Formació extraterrestre

No tots els diamants que es troben a la Terra s'hi han originat. Un tipus de diamants anomenats diamants carbonats que es troben a Sud-amèrica i Àfrica podrien haver-hi estat dipositats per un impacte amb un asteroide (no formats pas per l'impacte) fa uns 3.000 milions d'anys. Aquests diamants es podrien haver format al medi interestel·lar, però el 2008 encara no hi havia consens científic sobre com es formaven els diamant carbonados.

Els grans presolars de molts meteorits que es troben a la Terra contenen nanodiamants d'origen extraterreste, probablement formats en supernoves. Les proves científiques indiquen que les estrelles nanes blanques tenen un nucli de carboni cristal·litzat i nuclis d'oxigen. La més gran que s'ha descobert a l'univers fins ara, BPM 37093, es troba a 50 anys llum de la Terra, a la constel·lació del Centaure. Un comunicat del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics descrigué el nucli estel·lar de 4.000 km d'ample com un "diamant". Se li donà el nom de "Lucy", en referència a la canço dels Beatles Lucy in the Sky With Diamonds.

Emergència

Diagrama esquemàtic d'una xemeneia volcànica.

Les roques que contenen diamants són portades a la superfície per erupcions volcàniques d'origen profund. El magma d'un volcà com aquest ha de tenir l'origen a una profunditat a la qual es puguin formar diamants—150 km o més (tres vegades o més la profunditat del magma font per la majoria de volcans). Es tracta de quelcom de relativament rar. Aquests cràters volcànics, que típicament tenen una superfície petita, s'estenen cap avall en formacions conegudes com a xemeneies volcàniques. Les xemeneies contenen material que ha estat transportat cap a la superfície per l'acció volcànica, però que no ha estat ejectat abans que cessés l'activitat volcànica. Durant l'erupció, aquestes xemeneies s'obren a la superfície, resultant en una circulació oberta; dins les xemeneies volcàniques s'hi troben molts xenòlits de roca superficial i fins i tot fusta i/o fòssils. Les xemeneies volcàniques que contenen diamants tenen una relació estreta amb les regions més antigues i fredes de l'escorça continental (cratons). Això és perquè els cratons són molt espessos, i el seu mantell litosfèric s'estén a una profunditat suficient per a l'estabilitat dels diamants. No totes les xemeneies contenen diamants, i encara menys en contenen prou perquè l'extracció sigui econòmicament viable.

El magma de les xemeneies volcàniques sol ser d'un d'entre dos tipus característics, que es refreden en una roca ígnia coneguda com a bé kimberlita o bé lamproïta. El magma en si no conté diamants, sinó que serveix d'ascensor que puja roques formades a les profunditats (xenòlits), minerals (xenocrists) i fluids cap amunt. Aquestes roques són característicament riques en magnesi-contenen olivina, piroxè i minerals amfíbols que sovint són alterats en serpentina per la calor i fluids durant i després de l'erupció. Determinats "minerals indicadors" solen donar-se dins de kimberlites diamantíferes i són utilitzats com a traçadors mineralògics pels prospectors, que segueixen la pista d'indicadors fins a la xemeneia volcànica que pot contenir diamants. Aquests minerals són rics en crom (Cr) o titani (Ti), elements que proporcionen colors lluents als minerals. Els minerals indicadors més comuns són els granats de crom (habitualment pirop de crom vermell lluent, i a vegades granats verds de la sèrie d'ugrandita), granats eclogícs, pirop de titani taronja, espinel·les riques en cromi vermelles, cromita fosca, diòpsid de crom verd lluent, olivina verd cristall, picroilmenita negra i magnetita. Els dipòsits de kimberlita són coneguts com a "sòl blau" a causa de la part serpentinitzada més profunda dels dipòsits, o com a "sòl groc" a causa de la part més propera a la superfície, composta per esmectita, argila i carbonats, i que està erosionada i oxidada.

Característiques i propietats

Selecció d'hàbits del diamant

Un diamant és un cristall transparent de tetraèdric de carboni amb els àtoms disposats en un enreixat format pels enllaços covalents (sp3); presenta una estructura cúbica centrada en les cares.

En efecte, el diamant és una de les formes del carboni elemental; l'altra és el grafit, físicament diferent però químicament idèntic al diamant. Mentre el grafit és un material "tou", el diamant és el mineral més dur que es coneix.

El diamant és carboni cristal·litzat que usualment té forma cúbica o romboïdal. En general és un mineral transparent que a vegades es presenta combinat amb diferents colors com el blanc groguenc, rosat, verd o blavós, sent més apreciada encara. L'índex de refracció és tan alt que dóna tots els matisos de l'arc iris. N'hi ha alguns que, en estar tacats de gris o negre, no serveixen com a pedres precioses, però són utilitzats en la indústria.

Les característiques geològiques de la formació del diamant són molt diverses. Alguns estudiosos coincideixen en afirmar que es va crear a grans profunditats de l'escorça terrestre i a conseqüència de pressions i temperatures molt elevades, superiors generalment als mil graus Celsius. Altres, assenyalen que la cristal·lització dels diamants en la seva matriu de kimberlita (un tipus de roca) és producte de l'acció dels líquids en moviment (sense formar part del magma original), que més tard són lliurats per l'acció glacial i l'erosió i dipositats després en rius, barrancs i terres desgastades.

Duresa

El diamant és el material natural conegut més dur en les escales de Vickers i Mohs. La duresa del diamant ha és coneguda des de temps antics, i d'aquí en deriva el seu nom.

La duresa del diamant depén de la seva puresa, orientació i perfecció cristal·lina: la duresa és més alta per cristalls purs i orientats en {111} (al llarg de la diagonal més llarga de l'enreixat del diamant cúbic).

Per tant, mentre que pugui ser possible de ratllar alguns diamants amb altres materials, com nitrur de bor, els diamants més durs només poden ser ratllats per altres diamants i àrids nanocristal·lins de diamant.

La duresa de diamant contribueix a la seva conveniència com a pedra preciosa emprada en joieria. Com que només pot ser ratllat per altres diamants, sol mantenir la seva brillantor.

Els diamants naturals més durs, majoritàriament provenen dels camps de l'àrea d'Anglaterra, Nova Gal·les Del sud i Austràlia. Aquests diamants són generalment petits, idiomòrfics i octaèdrics. La seva duresa és associada amb la forma de creixement del cristall, el qual sol ser un creixement cristal·lí d'una sola etapa. Altres diamants mostren evidències d'etapes de creixement múltiples, els quals produeixen inclusions, i altres defectes en l'enreixat cristal·lí, que poden afectar la duresa. És possible de tractar diamants regulars sota una combinació de pressions i temperatures altes per a produir diamants més durs que els originals.

Resistència de pressió

En estudis realitzats, s'ha comprovat que els diamants poden soportar elevades pressions de fins a 600 gigapascals (6 milions d'atmosferes).

Conductivitat elèctrica

Alguns diamants blaus són semiconductors naturals, al contrari del que pasa amb la majoria de diamants, els quals són aïllants elèctrics excel·lents. La conductivitat i el color blau s'originen per la presència d'impureses de bor. Els àtoms de bor se substitueixen per àtoms de carboni en l'enreixat de diamant, generant un desequilibri de càrregues.

Regions riques en diamants

Les regions del planeta més riques en diamants són l'Índia, el Brasil i Sud-àfrica, però les característiques del substrat on es troben són diferents en cada zona.

A l'Índia, per exemple, els trobem principalment en terres arenoses i conglomerats antics, probablement silurians (que pertanyen al segon període de l'era primària) i masses dels rius.

Al Brasil, en l'estat de Minas Gerais, els mantells es troben en una roca formada en gran part per quars i mica; en els estats de Bahia, Goiás i Mato Grosso es troben en dipòsits dispersos de crescudes i en les arenes dels rius.

A Sud-àfrica les condicions són diferents: el diamant es troba en les arenes dels rius i en depressions crateriformes del sòl, en una terra que en la superfície és de color groguenc i ja en la fondària és gris blavosa, constituïda per partícules d'una roca eruptiva anàloga a la serpentina, procedent de la descomposició d'una roca d'olivina (anomenada kimberlita.)

Extracció i tall

Extracció i rentat

Diferents maneres de tallar els diamants

El procés d'extracció és també molt divers, ja que depèn de la regió en què el diamant s'exploti. Però, en general, les operacions de feineig es divideixen en tres parts: eliminació dels elements estèrils (terra i pedra que cobreix l'arena diamantífera), extracció i rentat.

Com que el feineig d'aquestes mines és molt costós (de cada deu tones de mena, només s'extrau un quirat de diamant) les companyies únicament inverteixen en aquelles zones que els garanteixen una producció abundant. Per norma general, extensos quilòmetres de terreny són excavats per obtenir una gemma de mida apreciable. Això explica per què el diamant té un preu tan alt en el mercat.

Un diamant captiva pels seus reflexos. La bellesa de la seva resplendor es deu al fet que posseeix un alt índex de refracció de la llum i un gran poder dispersiu: en penetrar, els raigs de llum sofreixen innumerables reflexions interiors i la llum blanca es dispersa, tornant a l'interior convertida en un ventall de múltiples colors. Els diamants i les gotes d'aigua funcionen com prismes en frenar, en major o menor grau, les longituds d'ona (violeta al màxim, vermell al mínim), fent que els colors s'estenguin en forma d'arc de sant Martí.

El grau de la bellesa de l'iris del diamant depèn, en gran mesura, del tall i polit de la peça. Encara que naturalment els diamants tenen els seus propis reflexos, aquests poden ser millorats i multiplicats sota la mà pacient d'un lapidari expert.

Per la seva extrema duresa, el diamant només pot partir-se amb un altre diamant. Per això, en el tallat i polit de la pedra un dels elements més importants és el diamant mateix.

Abans de procedir a tallar, s'examina la gemma per determinar els seus plans de creuer. Després es traça sobre ella una línia que marqui el perímetre d'aquests plans. Sobre aquest es fa una petita ranura amb una espècie de bastó que porta en el seu extrem una aresta de diamant. Per aquesta obertura s'introdueix una finíssima fulla d'acer, se li dóna un cop sec i la pedra es parteix en dos.

Per al tallat, els lapidaris usen serres circulars de fòsfor sobre el tall de les quals s'hi posa pols de diamant barrejat amb oli d'oliva, tantes vegades com duri l'operació (que, a vegades, es prolonga durant dies depenent de la mida i la duresa de la gemma.)

Però no tots els diamants són útils per la joieria. Qualsevol defecte pot treure'ls valor i llavors només tenen aplicació industrial. Generalment això succeeix amb aquells que presenten en el seu interior bombolles o partícules estranyes, o bé, amb els que estan irregularment formats o pobrament colorits.

Aplicacions en la indústria

Hi ha dos tipus de diamants usats de forma comuna en la indústria: el carbonat i el bales. El primer presenta un marcat principi de cristal·lització amb un gran nombre de puntets blancs lluminosos. El bales és de forma semiesfèrica i superfície granulenta. Per la seva extrema duresa és impossible lapidar-los.

Amb aquests diamants es fabriquen escarpes i moles per a polir eines. També s'utilitzen per a perforar pous petrolífers i per tallar tot tipus de pedres.

Durant molt temps es va somiar aconseguir produir diamants artificialment. No fou fins al 1954 que la companyia General Electric va produir (encara que petits) autèntics diamants en sotmetre una substància carbonosa (rica en grafit) a una temperatura de 2.899 °C i una pressió de més de 100.000 atmosferes (semblant a la que se suposa que existia en les profunditats de l'escorça terrestre quan es formaren els mantells diamantífers.)

A partir de llavors, el diamant artificial es fabrica a gran escala. La seva major aplicació és de tipus industrial, encara que també es fabriquen diamants per a joies. El seu preu és més reduït que el d'un diamant autèntic i pot ser que les seves característiques siguin quasi idèntiques al més pur diamant. Tot i això, encara la gemma extreta de la terra no ha sigut eclipsada per aquella, producte del laboratori.

Bibliografia

• C. Even-Zohar. From Mine to Mistress: Corporate Strategies and Government Policies in the International Diamond Industry (en anglès). 2a ed.. Mining Journal Press, 2007. 
• G. Davies. Properties and growth of diamond (en anglès). INSPEC, 1994. ISBN 0852968752. 
• M. O'Donoghue, M. Gems (en anglès). Elsevier, 2006. ISBN 0750658568. 
• M. O'Donoghue and L. Joyner. Identification of gemstones (en anglès). Gran Bretanya: Butterworth-Heinemann, 2003. ISBN 0750655127. 
• A. Feldman i L.H. Robins. Applications of Diamond Films and Related Materials (en anglès). Elsevier, 1991. 
• J.E. Field. The Properties of Diamond (en anglès). Londres: Academic Press, 1979. ISBN 0122553500. 
• J.E. Field. The Properties of Natural and Synthetic Diamond (en anglès). Londres: Academic Press, 1992. ISBN 0122553527. 
• W. Hershey. The Book of Diamonds (en anglès). Hearthside Press New York, 1940. ISBN 1417977159. 
• S. Koizumi, C.E. Nebel i M. Nesladek. Physics and Applications of CVD Diamond (en anglès). Wiley VCH, 2008. ISBN 3527408010. 
• L.S. Pan and D.R. Kani. Diamond: Electronic Properties and Applications (en anglès). Kluwer Academic Publishers, 1995. ISBN 0792395247. 
• Pagel-Theisen, Verena. Diamond Grading ABC: the Manual (en anglès). Anvers: Rubin & Son, 2001. ISBN 3980043460. 
• R.L. Radovic, P.M. Walker i P.A. Thrower. Chemistry and physics of carbon: a series of advances (en anglès). Nova York: Marcel Dekker, 1965. ISBN 082470987X. 
• M. Tolkowsky. Diamond Design: A Study of the Reflection and Refraction of Light in a Diamond (en anglès). Londres: E. & F.N. Spon, 1919. 
• R. W. Wise. Secrets Of The Gem Trade, The Connoisseur's Guide To Precious Gemstones (en anglès). Brunswick House Pres, 2003. 
• A.M. Zaitsev. Optical Properties of Diamond: A Data Handbook (en anglès). Springer, 2001. ISBN 354066582X. 

Enllaços externs

• Propietats del diamant a la base de dades Ioffe (en anglès)
• Fases de la formació dels diamants. Diagrames i geoterms. (en anglès)
• Estructura interactiva d'un diamant. (en anglès)
• PBS Nature: Diamonds. (en anglès)
• Llibres i referències històriques sobre els diamants (5.000 pàgines) (en anglès)