Lonsdaleite

Lonsdaleitul sau diamantul hexagonal este o modificare polimorfă a carbonului cu o rețea hexagonală P6 3 /mmc.

Numit după cristalograful britanic Kathleen Lonsdale .

Istorie

Caracteristica inițială a lonsdaleitului a fost propusă de omul de știință american Bundy FP: o modificare polimorfă a carbonului de tip wurtzit numit diamant hexagonal , acest nume original de lonsdaleite i-a rămas până acum. Uneori, lonsdaleitul este numit una dintre modificările alotropice ale carbonului cu o rețea cristalină hexagonală, dar nu toți oamenii de știință sunt de acord cu această definiție, considerând că este greșit să se considere lonsdaleitul o modificare alotropică independentă. Rețeaua cristalină a lonsdaleitului constă în întregime din atomi de carbon. Ca și diamantul, atomii de carbon din lonsdaleit sunt într-o stare de hibridizare sp 3 .

Anul descoperirii lonsdaleitei este considerat a fi 1967 - anul acesta a fost recunoscut oficial de IMA (Asociația Internațională de Mineralogie), deși modificarea polimorfă asemănătoare wurtzitei a carbonului a fost sintetizată încă din 1963 (Wentorp RH, Kasper JS). În condiții de laborator (General Electric Company), lonsdaleitul a fost obținut în 1966. Aproximativ în aceeași perioadă, lonsdaleitul a fost descoperit pentru prima dată în cratere de meteoriți, ceea ce a fost anunțat la cea de-a 29-a convenție anuală a Societății Meteoritice de la Washington.

Multă vreme, lonsdaleitul a fost sintetizat artificial numai din grafit  - sub influența presiunii colosale. S-a dovedit ulterior că lonsdaleitul poate fi obținut și din diamantul cubic „tradițional” [1] .

Structură și proprietăți

Diamantul și lonsdaleitul au aceleași unghiuri de legătură , care sunt egale cu 109 ° 28'16'', lungimile lor de legătură sunt 0,1545 nm, iar numărul de coordonare  este 4. Celula unitară a diamantului conține opt atomi de carbon , iar lonsdaleitul are patru. Rețelele de diamant și lonsdaleit diferă prin modul în care sunt ambalate. Lonsdaleitul se caracterizează printr-o împachetare în două straturi de tip (… ABAB …), în care fiecare strat tetraedric ulterior este rotit cu 60° față de cel anterior. Pentru diamant - tip cu trei straturi (... ABCABC ...), unde toate straturile sunt construite din aceleași tetraedre de coordonare. În această privință, diamantul este similar cu α- grafitul , doar planul diamantului este „ondulat”.

Parametrii rețelei lonsdaleite a=0,251 nm și b=0,417 nm.

Densitatea calculată a lonsdaleitului este de 3,51 g/cm³, densitatea măsurată este de 3,2 g/cm³.

Duritatea este de 7-8 pe scara Mohs.

Lonsdaleitul aparține clasei chimice de metaloizi; formula chimica - C.

Culoare: galben maronie. Luciu: diamant.

Proprietăți optice ale lonsdaleitei: transparent, indice de refracție (refracție) n de la 2,40 la 2,41.

Dimensiunile obișnuite ale lonsdaleitei sunt cristale vizibile doar la microscop.

Posibilitatea aplicării practice a diamantului hexagonal ridică îndoieli din cauza dificultății de a-l obține. [2]

Mituri despre lonsdaleite

Un grup de oameni de știință chinezi (Pan, Zicheng; Sun, Hong; Zhang, Yi; și Chen, Changfeng) în 2009 (aparent pentru a atrage atenția) au făcut o afirmație falsă că, conform studiilor lor teoretice, în absența impurităților, lonsdaleitul a fost ar fi cu 58 la sută mai greu decât diamantul.

Afirmațiile nu sunt adevărate.

Chiar și din rezultatele acestei lucrări foarte teoretice, rezultă că lonsdaleitul este mai moale decât diamantul. [1] [2]

În general, conform datelor științifice teoretice și practice moderne, nu există și nu pot exista minerale sau compuși mai tari decât diamantul [3] . Orice compuși pe bază de fulerene sunt fullerite; lonsdaleit; orice compuși ai borului, în special: nitrură de bor cubică (alias cubonit, borazon, elbor, kingsongite, ciborit), nitrură de bor hexagonală densă (asemănătoare wurtzitei), carbură de bor, suboxid de bor, nitrură de bor de carbon, utilizat în mod activ în industrie pentru o perioadă lungă de timp; carabina și altele, inclusiv cele neobținute încă în practică, sunt inferioare diamantului ca duritate. Cu toate acestea, multe dintre materialele cu duritate crescută au o gamă mult mai largă de aplicații, datorită faptului că, deși oarecum inferioare ca duritate, ele depășesc diamantul în ceea ce privește stabilitatea termică, rezistența și rezistența la oxidare. De asemenea, de exemplu, un avantaj important al nitrururilor de bor este rezistența lor chimică ridicată. Nu reacționează cu acizii și alcalii, sunt inerți față de aproape toate elementele chimice care alcătuiesc oțelurile și aliajele. De remarcat este inerția nitrururilor de bor față de fier, care stă la baza tuturor oțelurilor, în timp ce diamantul se dizolvă bine în fier, ceea ce provoacă uzura intensă a roților de diamant în timpul șlefuirii.

Nu există minerale sau compuși mai duri decât diamantul, dar există materiale pe bază de diamant mineral, care, uneori, depășesc în mod semnificativ diamantul clasic ca duritate.

O modalitate de a îmbunătăți caracteristicile mecanice ale substanțelor este nanostructurarea acestora. În special, este posibilă creșterea durității, de exemplu, a diamantului prin crearea de nanocompozite sau nanopolicristale pe baza acestuia. În același timp, duritatea poate fi uneori chiar dublată. Producătorii japonezi produc deja nanopolicristale de diamant relativ mari, de ordinul unui centimetru cub (cel mai mare dintre cristalele de lonsdaleit existente, de exemplu, poate fi văzut doar la microscop). Cu toate acestea, atunci când se utilizează acest material, apar o serie de probleme, principala dintre acestea fiind duritatea sa excepțională, ca urmare a căreia practic nu este susceptibilă de șlefuire. [2]

Cu toate acestea, în martie 2021, revista Physical Review B a publicat un articol [4] al fizicienilor americani Travis Woltz și Yogendra Gupta „Elastic modules of hexagonal diamond and cubic diamond formed under shock compression” cu privire la rezultatele unui studiu al diamantelor hexagonale obținute de compresie de șoc. Pentru acest studiu, Woltz și Gupta au folosit microexplozii pentru a tăia mici discuri de grafit pentru a produce diamante hexagonale. După aceea, o undă sonoră a fost trecută prin ele și au fost folosite lasere pentru a măsura mișcarea acesteia prin diamant. Măsurătorile au arătat că sunetul circulă mai repede printr-un diamant hexagonal. Pe baza faptului că sunetul călătorește mai repede printr-un material mai dur, oamenii de știință au ajuns la concluzia că noul material artificial este mai dur decât mineralul cubic „clasic”.

Note

1. ↑ 1 2 articol Lonsdaleite . Data accesului: 14 ianuarie 2012. Arhivat din original la 14 ianuarie 2012. (nedefinit)
2. ↑ 1 2 3 Artem Oganov despre materialele cu duritate crescută Copie de arhivă din 8 iulie 2017 la Wayback Machine , PostNauka, 29 SEPTEMBRIE 2014 (text și video)
3. ↑ Artem Oganov, Ivar Maksutov. „Crearea unui material mai greu decât diamantul este fundamental imposibilă” . PostNauka (13 iunie 2014). Preluat la 11 mai 2019. Arhivat din original la 11 mai 2019. (nedefinit)
4. ↑ Travis J. Volz, YM Gupta. Moduli elastici de diamant hexagonal și diamant cubic formați sub compresie de șoc  // Physical Review B. - 2021-03-08. - T. 103 , nr. 10 . — S. L100101 . - doi : 10.1103/PhysRevB.103.L100101 .

Vezi și

• izomerie

Link -uri

Clasa de minerale : Elemente native ( clasificare IMA , Mills et al., 2009 )
Grup fier-nichel	Fier Nichel
grup de aur	Aur Cupru Argint
grup de arsenic	Bismut Arsenic Antimoniu
grupul de platină	Platină
grup de polimorfi sulf	Sulf
grup de carbon polimorfi	Diamant Grafit Lonsdaleite Chaoite fullerită
alte	Mercur
Lista mineralelor Portalul „Mineralogie” Proiectul „Geologie”