הכימיה הפחמנית ומבנה הגביש של היהלומים

המילה 'יהלום' נגזרת מהמילה היוונית 'אדמאו, 'פירושו' אני מאולף 'או' אני מכניע 'או את המילה הקשורה'אדמאסשמשמעותו 'פלדה קשה ביותר' או 'חומר קשה ביותר'.

כולם יודעים יהלומים הם קשים ויפים, אבל האם ידעת שיהלום יכול להיות החומר העתיק ביותר שיש לך? בעוד שהסלע בו נמצאים יהלומים עשוי להיות בן 50 עד 1,600 מיליון שנה, היהלומים עצמם הם בערך 3.3 מיליארד שנים. אי התאמה זו נובעת מהעובדה שהמאגמה הוולקנית המתמצקת לסלע, שם יהלומים שנמצאו לא יצרו אותם, אלא רק הובילו את היהלומים ממעטפת כדור הארץ ל משטח. יהלומים עשויים להיווצר גם תחת הלחצים והטמפרטורות הגבוהים באתר של מטאוריט השפעות. היהלומים שנוצרו במהלך הפגיעה עשויים להיות 'צעירים' יחסית, אך ישנם מטאוריטים המכילים סטרסטוסט - פסולת ממותו של כוכב - אשר עשוי לכלול קריסטלי יהלומים. מטאוריט אחד כזה ידוע מכיל יהלומים זעירים בני יותר מ -5 מיליארד שנים. יהלומים אלה ישנים משלנו מערכת השמש.

הבנת הכימיה של יהלום דורשת ידע בסיסי של היסוד פחמן. פחמן נייטרלי אטום יש שישה פרוטונים ושישה נויטרונים בגרעין שלה, המאוזנים על ידי שישה אלקטרונים. תצורת מעטפת האלקטרונים של פחמן היא 1S

כמעט כל הפחמן בכדור הארץ מגיע מהכוכבים. עיון ביחס האיזוטופי של הפחמן ביהלום מאפשר להתחקות אחר ההיסטוריה של הפחמן. לדוגמה, על פני כדור הארץ, היחס של איזוטופים פחמן -12 ופחמן -13 שונה במקצת מזה של כוכב הלכת. כמו כן, תהליכים ביולוגיים מסוימים ממיינים באופן פעיל איזוטופים של פחמן לפי המסה, כך שהיחס האיזוטופי של הפחמן שהיה בדברים חיים שונה מזה של כדור הארץ או הכוכבים. לכן ידוע שהפחמן עבור מרבית היהלומים הטבעיים מגיע לאחרונה מהמלבשה, אך ה פחמן לכמה יהלומים הוא הפחמן הממוחזר של מיקרואורגניזמים, שנוצר ליהלומים על ידי קרום כדור הארץ באמצעות טקטוניקת צלחות. כמה יהלומים דקים הנוצרים על ידי מטאוריטים הם מפחמן זמין באתר ההשפעה; כמה גבישי יהלומים בתוך מטאוריטים עדיין טריים מהכוכבים.

מבנה הקריסטל של יהלום הוא סריג מעוקב פנים או FCC. כל אטום פחמן מצטרף לארבעה אטומי פחמן אחרים בטטרהדרונים רגילים (מנסרות משולשות). על בסיס הצורה המעוקבת וסידור האטומים הסימטרי ביותר שלה, גבישים יהלומים יכולים להתפתח לכמה צורות שונות, המכונות 'הרגלי גביש'. הרגל הגבישים השכיח ביותר הוא צורת האוקטאהדרון או שמונה הצדדים. גבישי יהלומים יכולים גם ליצור קוביות, דודקה, ושילובים של צורות אלה. למעט שתי שיעורי צורה, מבנים אלה הם ביטויים של מערכת הגביש הקובית. יוצא מן הכלל האחד הוא הצורה השטוחה המכונה מאקל, שהיא באמת קריסטל מורכב, והחריג השני הוא מעמד הגבישים החתוכים, שיש להם משטחים מעוגלים וייתכן שיש להם צורות מוארכות. גבישים יהלומים אמיתיים אינם בעלי פנים חלקות לחלוטין אך יתכן והעלו או הצמיחו משולשים משולשים המכונים 'טריגונים'. ליהלומים יש מחשוף מושלם בארבעה כיוונים שונים, כלומר יהלום ייפרד בצורה מסודרת לאורך כיוונים אלה ולא ישבר בצורה משוננת. קווי המחשוף נובעים מקריסטל היהלום שיש פחות קשרים כימיים לאורך מישור פני האוקטאהדרלה מאשר בכיוונים אחרים. חותכי יהלום מנצלים את קווי המחשוף לפן אבני חן.

גרפיט הוא רק מעט וולטים אלקטרוניים יציבים יותר מיהלום, אך מחסום ההפעלה להמרה דורש אנרגיה כמעט כמו להרוס את כל הסריג ולבנות אותו מחדש. לפיכך, ברגע שייצור היהלום הוא לא ישוב לחזרה לגרפיט מכיוון שהמכשול גבוה מדי. אומרים כי יהלומים הם גרועים מכיוון שהם יציבים קינטיים ולא תרמודינמיים. בתנאי הלחץ והטמפרטורה הגבוהים הנחוצים ליצירת יהלום, צורתו למעשה יותר יציב יותר מגרפיט, וכך לאורך מיליוני שנים, עלולים להתגבש לאט לאט מרבצי פחמן יהלומים.