Diamante

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Diamante
Brillanten.jpg
Classificazione Strunz I/B.02-40
Formula chimica C
Proprietà cristallografiche
Gruppo cristallino Monometrico
Sistema cristallino Cubico
Classe di simmetria
Parametri di cella a = 35,67
Gruppo puntuale 4/m 3 2/m
Gruppo spaziale F d3m
Proprietà fisiche
Densità 3,51 - 3,55 g/cm³
Durezza (Mohs) 10
Sfaldatura distinta
Frattura complessa
Colore incolore; colore giallognolo, giallo, giallo-verde, giallo-bruno, verde, verdognolo, rosso, rosso-bruno, rosso-mattone, rosa, rosa-lilla, blu, azzurro, grigio-bruno, nero.
Lucentezza adamantina
Opacità trasparente sino ad opaco
Striscio
Diffusione raro
Si invita a seguire lo schema di Modello di voce - Minerale

Il diamante è una delle tante forme allotropiche in cui può presentarsi il carbonio; in particolare, il diamante è costituito da un reticolo cristallino di atomi di carbonio disposti secondo una struttura tetraedrica.

Indice

[modifica] Cenni storici

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[modifica] Proprietà chimico-fisiche

Modello della struttura cristallina del diamante

Il diamante è un cristallo trasparente composto da atomi di carbonio a struttura tetraedrica. I diamanti hanno diverse applicazioni, grazie alle eccezionali caratteristiche fisiche del materiale di cui sono composti. Le caratteristiche più rilevanti sono l'estrema durezza, l'indice di dispersione, l'elevata conducibilità termica, col punto di fusione a 3.820 K.

[modifica] Durezza

Il diamante è un materiale di durezza molto elevata, che nella scala di Mohs è pari a 10. La durezza del diamante è nota sin dall'antichità, e a questa la pietra deve il suo nome. La sua durezza è dovuta alla presenza di legami covalenti estesi a tutta la struttura e in tutte le direzioni, e che collegano qualunque coppia di atomi adiacenti. Ciò spiega di fatto le eccezionali caratteristiche di stabilità di questa struttura e di altre con simili caratteristiche, come per esempio un materiale denominato nitruro di boro (BN), che è il solido più duro attualmente conosciuto[senza fonte].

Tra i materiali di origine sintetica vi è l'ADNR (Aggregated Diamond Nanorods), una forma allotropica del carbonio sintetizzata per la prima volta nel 2005 dai ricercatori dell'università tedesca di Bayreuth Natalia Dubrovinskaia, Leonid Dubrovinsky e Falko Langenhorst. Oltre ad avere altre notevoli proprietà, questo materiale è risultato essere più duro del diamante.[1]

Non tutti i diamanti hanno la stessa durezza. I diamanti più duri provengono dall'area del New England nel New South Wales (Australia). Questi diamanti sono in genere piccoli, di forma ottaedrica perfetta o semiperfetta, e sono utilizzati per lucidare altri diamanti. La loro durezza è considerata il risultato della modalità di accrescimento del cristallo, che è avvenuta in un'unica fase. La maggior parte degli altri diamanti evidenzia invece un accrescimento del cristallo in fasi successive, con inclusione di impurezze e la formazione di difetti nel reticolo cristallino con conseguente diminuzione delle caratteristiche di durezza.

La durezza del diamante lo rende adatto all'uso come gemma in gioielleria. Poiché può essere graffiato soltanto da altri diamanti, è in grado di conservare la propria lucidatura, mantenendosi lustro per lunghi periodi di tempo. A differenza di altre gemme, quindi, il diamante resiste bene all'usura ed è adatto ad essere indossato quotidianamente.

Un diamante a taglio brillante rotondo, incastonato in un anello.

L'uso industriale del diamante è storicamente legato alle sue caratteristiche di durezza; questa proprietà lo rende il materiale ideale per gli strumenti di taglio e molatura. Essendo uno tra i materiali più duri che si conoscano, il diamante può essere usato per lucidare, tagliare o abradere qualsiasi materiale compresi altri diamanti.

Le applicazioni pratiche di queste proprietà in ambito industriale consistono nell'uso di punte da trapano o seghe con inserti in diamante o nell'uso della polvere di diamante come abrasivo.

I diamanti adatti per uso industriale sono quelli non idonei ad essere utilizzati come gemme oppure quelli prodotti sinteticamente, il cui costo ridotto li rende economicamente convenienti per questo uso.

[modifica] Conducibilità

Esistono o sono allo studio altre applicazioni specialistiche, compreso l'uso come semiconduttore: alcuni diamanti blu sono semiconduttori naturali, a differenza degli altri diamanti che invece sono eccellenti isolanti elettrici. Il diamante esposto all'aria mostra in alcune condizioni un comportamento da conduttore sulla sua superficie. Il fenomeno venne scoperto da Maurice Landstrass e K. V. Ravi nel 1989. Nel dicembre 2007 un laboratorio del Case Western Reserve University di Cleveland ha dimostrato che la conducibilità avviene per mezzo di un film sottile acquoso deposto sulla superficie del diamante. Il film d'acqua scambia coppie di elettroni con la superficie rendendola conduttrice.[2] Il diamante si dimostra un ottimo conduttore termico ma tende a decomporsi in carbonio ad alta temperatura.

[modifica] Tenacità

La tenacità rappresenta la capacità di un materiale di resistere alla rottura in condizioni di stress. La tenacità del diamante naturale è stata misurata in 3.4 MN m-3/2,[3], che è buona rispetto ad altre gemme ma scarsa in confronto a molti materiali da costruzione. Come ogni materiale, la geometria macroscopica di un diamante contribuisce alla sua resistenza alla frattura. Il diamante è quindi più fragile in alcune forme che in altre.

[modifica] Colore

I diamanti si presentano in quasi ogni colore, anche se il giallo e il marrone sono i più comuni.[4] I diamanti "neri" non sono veramente tali, ma piuttosto contengono numerose inclusioni che danno alla gemma il loro aspetto scuro. Quando il colore è abbastanza saturo nei diamanti gialli o marroni, la pietra può essere definita dal gemmologo diamante di colore fancy (in italiano può essere tradotto fantasia), altrimenti vengono graduati per colore con la normale scala di colore dei diamanti bianchi. I diamanti di colore contengono impurezze o difetti strutturali che causano la colorazione, mentre quelli puri o quasi puri sono trasparenti e senza colore. La maggior parte delle impurezze nei diamanti rimpiazza un atomo di carbonio nel sistema cristallino, e viene detta impurezza sostituzionale. L'impurezza più comune, l'azoto, causa una colorazione gialla più o meno intensa a seconda del tipo e della concentrazione di azoto presente.[4] Il Gemological Institute of America (GIA) classifica i diamanti di colore giallo a bassa saturazione e marrone come diamanti nella scala normale del colore, e applica una scala di valutazione dalla 'D' (bianco eccezionale) alla 'Z' (giallo chiaro). Il GIA classifica i diamanti che hanno più colore di un diamante 'Z' come fantasia, insieme a quelli di colore diverso da giallo o marrone. I diamanti di colore più rari sono quelli di colore rosso, che non raggiungono mai dimensioni notevoli, seguiti da quelli color verde intenso e quindi da quelli blu.

Il diamante era noto in Oriente già nel 3000 a. C. ca., ma sembra che la sua introduzione in Occidente risalga all'epoca delle imprese di Alessandro Magno. Sino al secolo XVIII se ne conoscevano solo i giacimenti indiani, mentre dopo quella data ne sono stati individuati in tutti i continenti: oggi vi sono ben 13 Paesi, per lo più africani, che ne producono per più di 1.000.000 carati l'anno e si stima che le riserve di giacimenti noti assommino a ca. 200 tonnellate[senza fonte]. I Paesi maggiori produttori sono: Zaire, Russia, Repubblica Sudafricana, Botswana, Namibia, Angola, Ghana, Brasile, Repubblica Centrafrica, Sierra Leone, Tanzania, Venezuela, Liberia.

[modifica] Applicazioni

[modifica] Applicazioni tecnologiche

In campo scientifico questi cristalli sono usati nelle presse in diamante ed in molti strumenti ottici o di elettronica; l'estrema durezza unita alla trasparenza, permette l'osservazione e lo studio delle modificazioni della materia, sottoposta a pressioni vicine a 2 milioni di atmosfere. Viene usato anche in campo industriale, sotto forma di granuli e polveri, per il taglio e lucidatura di pietra, vetro, marmo e granito.

[modifica] I diamanti in gioielleria

In gioielleria, la forma più comune di taglio del diamante è quella rotonda, denominata brillante. Con questo termine si identifica un taglio rotondo con minimo 57 faccette a cui si aggiunge una tavola inferiore (non sempre esistente).
La grande diffusione di questo taglio ha portato ad un equivoco: il pubblico tende ad identificare i termini brillante e diamante come fossero la stessa cosa. In pratica, il termine brillante, se usato da solo, identifica unicamente il diamante a taglio rotondo. Esistono comunque moltissime altre pietre preziose che possono essere tagliate a brillante quali, ad esempio, rubini, zaffiri, topazi.

Altri tipi di taglio, tra i più conosciuti e diffusi sono: il taglio a cuore, a brillante ovale, a marquise o navette, huit-huit, a goccia, a smeraldo, a carré, a baguette, a trapezio, a rosa olandese, a rosetta (ormai in disuso).

Da ricordare altri 3 tagli più recenti che si stanno piano, piano affermando nel campo della gioielleria: princess, radiant e barion.

[modifica] I diamanti più famosi

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi la voce Diamanti famosi.
Il diamante rosso Moussaieff

I diamanti più celebri si distinguono in base alla loro eccezionale grandezza come il Cullinan o il Golden Jubilee, in base ai loro colori particolari come il Moussaieff Rosso, oppure per la loro storia, spesse volte leggendaria, come ad esempio il Fiorentino o il Koh-i-Noor.

[modifica] Datazione del diamante

La datazione che fa risalire la formazione dei diamanti a 2,5 miliardi di anni fa è stata possibile solo recentemente grazie alle inclusioni che contengono elementi chimici coinvolti nel processo di decadimento.[senza fonte] Infatti il metodo del carbonio-14 non è efficace in questo caso, perché si limita al carbonio organico, mentre il diamante è costituito essenzialmente da carbonio puro. Risultano inefficaci a tal fine, sempre a causa della purezza chimica del diamante, anche le tecniche di geocronologia, come ad esempio il metodo uranio-piombo.

[modifica] Sintesi del diamante

Un diamante artificiale prodotto tramite "Chemical Vapor Deposition"

La sintesi in laboratorio di diamanti a partire da materiali costituita da carbonio iniziò nella prima metà degli anni cinquanta quando ricercatori della General Electric di Schenectady, New York, riuscirono a ricreare le condizioni necessaria alla cristallizzazione del carbonio che porta alla formazione del diamante. Essi riscaldarono grafite a una temperatura di 15157,5 K assieme a un metallo quale il ferro o il nichel, a una pressione compresa fra le 50000 e le 65000 atm. Il carbonio in questo modo si scioglie nel metallo e, grazie alla pressione, crea i legami necessari. Le prime applicazioni non effimere del diamante sono il rivestimento di strumenti per tagli di precisione o come abrasivi. Tuttavia questo processo si rivela troppo costoso se si tiene conto della lentezza e del fatto che il diamante risultante non è completamente puro ne cristallino e pertanto non può essere usato come semiconduttore. Un metodo alternativo è il CVD, Chemical Vapor Deposition (deposizione chimica da fase vapore).
Attualmente vengono prodotti al mondo circa 100.000 kg di diamanti sintetici all'anno, mentre la produzione di diamanti naturali si aggira sui 26.000 kg[senza fonte] [1].

[modifica] Note

  1. ^ http://www.physorg.com/news6436.html
  2. ^ Ecco perché il diamante conduce corrente. Le Scienze, 3-12-2007. URL consultato il 3-12-2007.
  3. ^ Field, J E (1981) Strength and Fracture Properties of Diamond . Philosophical Magazine A 43 (3): 595-618. URL consultato il 2006-02-11.
  4. ^ a b American Museum of Natural History> "The Nature of Diamonds" controllato il 9 marzo 2005

[modifica] Bibliografia

[modifica] Voci correlate

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