{h1}
vetenskap + teknik

Diamanter är för evigt - oavsett om de tillverkas i ett labb eller utvinnas från jorden

Anonim

Det är diamantsäsong. Nästan 40 procent av amerikanska förlovningar händer mellan Thanksgiving och Valentine's Day, med jul den populäraste dagen att dyka upp frågan - och överlämna en gnistrande isbit. Smycken butiker gör minst dubbelt sin vanliga månadsförsäljning i december.

Sedan åtminstone i slutet av 1800-talet, med upptäckten av stora diamantminor i Sydafrika, har människor uppskattat dessa bländande ädelstenar. Skönheten och prakten av diamanter går långt bortom ytan. Som en diamantjägare som gräver i en underjordisk gruva, måste man se djupare på sina atomegenskaper för att förstå vad som skiljer dessa stenar från varandra - och det som gör dem värdefulla inte bara för romantiker utan också för forskare.

På atomnivå

När de bryts ur jorden ser diamanter ut som grumliga stenar innan de är skurna och polerade. Deras kemiska natur och struktur var okända i århundraden. Det var Isaac Newtons försök på 1600-talet att de första antydda diamanterna består av det fjärde rikaste elementet, kol.

Människor tvivlade på Newtons upptäckt, vilket är förståeligt med tanke på hur olika diamanter ser ut från andra vanliga former av kol, som grafiten i pennor eller asken kvar i en vedeldad spis. Men i 1797 bekräftade engelska forskaren Smithson Tennant sammansättningen av diamanter.

Det visar sig att kol tar två vanliga former som har kristallina strukturer på atomnivå. Grafit är en repeterande tvådimensionell, honeycomb-liknande form, med lager staplade ovanpå varandra. Alternativt kan kol bilda en upprepande tredimensionell form, en tetraeder - och det är din diamant.

Var kommer de ifrån?

Det finns två källor till den ädla ädelstenen: naturlig gruvdrift eller syntes inom ett laboratorium.

Naturliga diamanter bildas under intensivt tryck och värme i jordskorpan över miljontals år. Naturliga insättningar har hittats över hela världen, från norra Kanada till västra Australien, även under vattnet i Namibia.

Minor var den enda källan till ädelstenen fram till 1955, då General Electric producerade den första syntetiska diamanten med hjälp av vad som kallas högtrycks-hög temperaturprocessen. Denna process fungerar genom att applicera hundratusentals pund tryck till grafit vid 2 700 grader Fahrenheit för att tvinga kolet i rätt kristallin struktur. Det är som en artificiell version av de extrema förhållandena som producerar diamanter djupt inne i jorden.

På 1970-talet började laboratorier använda kemisk ångavsättningsmetod för att odla diamanter vid lägre tryck. Vid den tiden kunde HPHT-tekniken inte producera en pärlkvalitetssten. Denna förbättrade metod omvandlar en kolvätegasblandning genom att bryta ner den till dess komponenter, kol- och vätemolekyler, med en intensiv upphettad filament eller plasma och avsätter den på ett substrat, vilket slutligen bildar en fast diamant. Ursprungligen hade denna process en mycket långsam tillväxttakt, men det är nu optimerat för att odla kvalitetsdiamanter inom några dagar.

Tillsammans är dessa tekniker i stor utsträckning ansvarig för mänskliga diamanter - upp till 4 miljarder karat världen över årligen.

Det finns en vanlig missuppfattning att en naturlig diamant måste vara i sig annorlunda än en syntetisk diamant. Tvärtom är de kemiskt identiska och delar samma fysikaliska egenskaper. Även de mest sofistikerade teknikerna kan inte upptäcka en skillnad mellan en felfri diamant och en felfri mänskliggjord diamant - båda är "riktiga" diamanter. Men verkligen felfria diamanter av någon typ är extremt knappa.

Bedömning av en diamant

Oavsett ursprung, kan en diamant bedömas av "fyra Cs" av skär, färg, klarhet och karatvikt. Specialiserade laboratorier betygsätter varje kategori, som skapats av Gemological Institute of America.

Klippet av en diamant definieras på två sätt. Det finns "den sneda stenens allmänna form", med former som är briljanta (vanligaste), ovala, smaragd, päron, prinsessa, trillande, triangel, hjärta och strålande. Och det finns "den grad av perfektion som uppnås genom skärnings- och poleringsprocessen" som betygsatt på en skala som sträcker sig från utmärkt till fattig. Klippets typ och kvalitet bestämmer slutligen hur ljuset reflekterar i stenen och bidrar till dess "briljans".

Färgen på en diamant är graderad på en skala från "D", som är helt färglös, till "Z" har mest färg. Ursprungligen var stenen färg en stor aning om hur den bildades, förrän ungefär 90 procent av de högtryckshöga syntetiska stenarna fram till 2007 var gul orange eller gul. Nästan inga stenar från den processen var färglösa, så en färglös sten var nästan helt naturlig. Men HPHT växande process har förbättrats avsevärt och från och med 2016 var 43 procent av syntetiska diamanter färglösa.

Diamant klarhet indikerar förekomsten av inklusioner, eller små brister, i stenen. Inkluderingar gör varje diamant unik och ger starka ledtrådar till huruvida en diamant är naturlig eller syntetisk. HPHT-processen använder metallflöde eller en varmmetallvätska, som fungerar som ett lösningsmedel för att lösa upp kolkällan, grafiten, för att omarrangeras och odlas till en diamant. Diamanter som odlas på detta sätt kan ha inslag av metaller. De resulterande stenarna kan vara magnetiska - om en diamant reagerar med en magnet är det verkligen syntetiskt. Dessutom får de flesta syntetiska diamanter höga klarhetskvaliteter, medan naturliga diamanter innehåller större inslag.

Många konsumenter fokuserar på karatvikt - det vill säga diamantstorlek. Stenen vägs på en skala där en karat är 200 milligram (0.007 ounces). Diamanter större än fyra karat är nästan garanterade att vara naturliga eftersom det är gränsen för diamantens storlek som syntetiska processer kan växa.

Även om "fyra Cs" av diamanter i slutändan definierar detaljhandeln, kan sentimentala värden vara ännu större. Köparna måste bestämma om en naturlig eller syntetisk sten passar räkningen för dem, baserat på faktorer som kan innefatta de ekologiska och etiska konsekvenserna av diamantbrytning samt den lägre prislappen för syntetiska stenar.

Diamanter hittade bortom ditt ringfinger

Även om diamanter är kända för sin plats i smycken industrin, spelar de också andra värdefulla roller.

Deras fysiska egenskaper, särskilt hårdhet, är idealiska för slipande applikationer. Små diamanter finns att hitta beläggningsskivor, borr och sliphjul, som används för att skära betong eller murverk.

Diamanter har också vissa optiska egenskaper som gör dem lämpliga för olika spektroskopitekniker, eller mätningar som involverar det elektromagnetiska spektrat. Vetenskapliga forskare använder dessa test för att hjälpa till att identifiera sammansättningen av material de undersöker.

En tidigare vanlig plats för diamanter var på skivspelare, där till denna dag kan nålen som berör skivan vara en mycket liten diamantsliver.

Oavsett om man uppskattar ädelstenens estetiska eller vetenskapliga egenskaper, kan diamanter blända.

Rekommenderas

Vad Brexit skulle innebära för relationerna mellan Indien och Storbritannien

Navigera online-information labyrinten: ska eleverna lita på Wikipedia?

Från att skrika ut för att stanna hemma: en kort historia av brittisk omröstning