Descubre la ciencia detrás de la transformación del carbono en diamantes
El carbono es un elemento fundamental presente en todo nuestro planeta, desde nuestras primeras lecciones de química en la escuela, hemos aprendido (o deberíamos saber) que tanto el grafito de nuestros lápices como los valiosos diamantes que adornan las vitrinas de joyerías, están compuestos por átomos de carbono.
Propiedades materialeseditar
El diamante es un cristal transparente compuesto por átomos de carbono enlazados tetraedralmente (sp3) que se cristaliza en la red de diamante, una variación de la estructura cúbica centrada en la cara.
Debido a sus asombrosas características físicas, los diamantes se han adaptado para diversos usos. Entre las más notables se encuentran su extrema dureza y su alta conductividad térmica (900-2.320 W/(m·K)), así como su amplia banda prohibida y alta dispersión óptica. Además, cabe destacar que a temperaturas de aproximadamente 1.700 °C en el vacío o en una atmósfera sin oxígeno, el diamante puede transformarse en grafito, mientras que en aire esta transformación ocurre a una temperatura mayor.
El diamante es el material natural más duro conocido hasta el momento, con una dureza de 10 en la escala de Mohs de dureza de minerales (la máxima). Aunque en 2009 se iniciaron estudios que podrían demostrar que la lonsdaleíta es un 58% más dura que el diamante.
Los diamantes más duros del mundo se encuentran en los campos de Copeton y Bingara, ubicados en el área de New England, en Nueva Gales del Sur, Australia. Estos diamantes eran conocidos por los cortadores de Amberes como “can-ni-faire” (que en inglés significa "no puede hacerse nada con ellos"), debido a su naturaleza extremadamente resistente. Se caracterizan por ser pequeños, generalmente octaedros perfectos o semiperfectos, y se utilizan para pulir otros diamantes. Su dureza se debe a la forma en que crecen.
Descifrando el origen de los diamantes aclaraciones sobre su relación con el carbón
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Elaborar un plano del tesoro
La comprensión del ciclo de carbono de la Tierra puede ser clavepara desentrañar los misterios ocultos en la profundidad de nuestro planeta. Si se continúa la investigación, será posible mapear la distribución de diamantes a lo largo del manto terrestre.
"Este estudio no solo permite entender el ciclo del carbono en la Tierra, sino que también tiene el potencial de revelar más secretos sobre la historia en constante cambio de nuestro planeta, a través del seguimiento de las antiguas ubicaciones de plumas y superplumas en el manto", afirma Li.
A pesar de que los geólogos aún tienen un conocimiento limitado sobre la química y la física de la Tierra, se sabe que el planeta utiliza de forma exclusiva el carbono orgánico reciclado, en profundidades que van desde los 400 hasta los 600 kilómetros.
Yacimientoseditar
La banda prohibida del diamante abarca todo el espectro visible, lo que significa que debería ser transparente e incoloro. Sin embargo, el color en los diamantes tiene varias fuentes, como los defectos de red y las impurezas. La mayoría de impurezas en los diamantes consisten en la sustitución de átomos de carbono en la red cristalina, siendo la más común el nitrógeno. Dependiendo de su tipo y concentración, el nitrógeno puede causar una coloración amarilla ligera o intensa. Además, los metales de transición Ni y Co, utilizados para el crecimiento de diamante sintético, suelen ser detectados en concentraciones bajas en los diamantes.Es importante destacar que la coloración en los diamantes también puede ser causada por la irradiación y las deformaciones físicas del cristal, como las deformaciones plásticas. Estas últimas son la causa del color en algunos diamantes de tonalidad marrón, y posiblemente en otros de color rosado o rojo. En orden de rareza, los diamantes incoloros son los más comunes, seguidos por los amarillos y marrones, y luego por los azules, verdes, negros, blancos translúcidos, rosados, violetas, naranjas y morados. No obstante, los diamantes rojos son los más raros y también se conocen como diamantes "negros", aunque en realidad no lo son.
Es posible introducir virtualmente cualquier elemento en el diamante a través de la implantación de iones, aunque la concentración máxima de metales de transición detectada en los diamantes naturales suele ser baja (0,01% para el Ni y aún menor para el Co).
El Ciclo de Renovación de nuestro Planeta
Las sorprendentes plumas del manto terrestreExisten en nuestro planeta anomalías volcánicas conocidas como las plumas del manto, ubicadas debajo de la corteza terrestre. Estos puntos calientes favorecen la formación de minerales, en particular del carbono, que luego se transforma en piedras preciosas.
Según Doucet, estas plumas del manto llevan los diamantes a la superficie de la Tierra a través de erupciones volcánicas, permitiendo que sean apreciadas por los humanos como codiciadas piedras preciosas.
El Grupo de investigación de Dinámica de la Tierra de la Universidad Curtin ha descubierto recientemente dónde se encuentra la "fábrica" de diamantes, un mecanismo que ya era conocido por la minerología pero que hasta ahora era un misterio. Las rocas en las profundidades del manto terrestre son las responsables de traer de vuelta a la superficie estos valiosos minerales en forma de diamantes.
Historiaeditar
El significado del nombre "diamantes" proviene del término griego antiguo ἀδάμας (adámas), que significa "inalterable", "irrompible" o "indomable". Este nombre hace referencia a su resistencia y durabilidad únicas, ya que los diamantes son conocidos por ser la sustancia más dura encontrada en la naturaleza.
Aunque los diamantes son ampliamente conocidos por su extracción en minas, se cree que fueron descubiertos por primera vez en la India, donde se encontraron grandes depósitos aluviales a lo largo de los ríos Penner, Krishna y Godavari, hace muchos siglos. Se estima que su conocimiento en la India se remonta a al menos 3000 años, y algunos expertos conjeturan que podría ser incluso de hace 6000 años.
Desde su descubrimiento, los diamantes han sido altamente valorados como gemas y símbolos religiosos en la antigua India. Sin embargo, también han tenido otros usos prácticos, como en herramientas de grabado, los cuales se remontan a la historia humana más temprana.
A lo largo del siglo XIX, los diamantes se hicieron cada vez más populares debido a un aumento en su suministro, técnicas de corte y pulido mejoradas, y el crecimiento de la economía mundial. Además, las exitosas campañas publicitarias también contribuyeron a su popularidad hoy en día.
En 1813, el químico Humphry Davy fue capaz de demostrar con una lente que, cuando se expone al oxígeno, sólo se produce dióxido de carbono en la combustión de un diamante, confirmando que está compuesto por carbono. También demostró que, en una atmósfera sin oxígeno, el diamante se convierte en grafito. Este descubrimiento fue un paso importante en la comprensión de la estructura y composición química de los diamantes.
Historia naturaleditar
La formación del diamante natural es un proceso muy complejo que requiere condiciones muy específicas. Según estudios, se necesita una exposición de materiales con alto contenido de carbono a una presión de entre 45 y 60 kilobares,[36] aunque en algunos casos también se han observado diamantes formados a profundidades de 300-400 km.[37] Además, la temperatura también juega un papel fundamental en este proceso, ya que debe mantenerse en un rango relativamente bajo entre 900 y 1300 °C.[36] Estas condiciones extremas solo se encuentran en dos lugares en la Tierra: en el manto de la litosfera bajo placas continentales estables y en los sitios de impacto de meteoritos.[12]
Para que se dé la formación de diamante en el manto de la litosfera, es necesario que ocurran cambios a nivel profundo, los cuales están relacionados con los requerimientos de temperatura y presión mencionados anteriormente. Estas condiciones se encuentran a una profundidad estimada entre 140 y 190 km.[14][36] Sin embargo, es importante mencionar que la velocidad a la que la temperatura cambia con la profundidad en la Tierra varía significativamente en diferentes áreas. Por ejemplo, bajo las placas oceánicas, la temperatura aumenta rápidamente con la profundidad, superando el rango necesario para la formación de diamante.[36] En contraste, solo en las regiones más antiguas y estables de las placas continentales, conocidas como cratones, se pueden encontrar las condiciones adecuadas para que el diamante se forme. Además, el largo tiempo que permanecen los cristales de diamante en estas áreas permite su crecimiento a tamaños mucho mayores.[36]