Kim cương tổng hợp

Khoáng vật học cho chúng ta biết rằng cả than chì và kim cương đều có chung thành phần hóa học: cacbon. Do cấu trúc tinh thể khác nhau nên than chì mềm, trong khi kim cương cứng.

Để tôi giải thích thêm:

Cấu trúc của kim cương là một khối lập phương tâm mặt được tạo thành từ tứ diện, trong đó mỗi nguyên tử cacbon trung tâm của tứ diện được liên kết cộng hóa trị trong một kết nối mạnh mẽ, trực tiếp với bốn nguyên tử cacbon ở các đỉnh. Do bản chất bão hòa và định hướng của liên kết cộng hóa trị, cấu trúc trở nên cực kỳ chắc chắn.

Để làm rõ hơn:

Khung của kim cương được đặc trưng bởi mạng lập phương tâm mặt bao gồm các tứ diện liên kết với nhau. Trong mỗi tứ diện, nguyên tử cacbon trung tâm tạo thành liên kết cộng hóa trị với bốn nguyên tử cacbon xung quanh ở các góc.

Các tính chất vốn có của liên kết cộng hóa trị, đặc biệt là tính bão hòa và tính định hướng của chúng, góp phần tạo nên độ ổn định và độ bền cực cao cho sự sắp xếp này.

Cấu trúc tinh thể của than chì được thể hiện trong hình, trong đó các nguyên tử cacbon được sắp xếp thành các lớp lục giác phẳng, với khoảng cách giữa các nguyên tử cacbon trong mặt phẳng là nhỏ và liên kết bằng liên kết cộng hóa trị, bền và chắc. Khoảng cách giữa các nguyên tử cacbon trong các lớp liền kề là lớn, liên kết bằng lực van der Waals, dẫn đến kết cấu mềm của than chì. Do đó, than chì cũng là chất bôi trơn.

Nguyên lý cơ bản của sản xuất kim cương nhân tạo là biến đổi cấu trúc lục giác nhiều lớp của than chì thành cấu trúc lập phương tâm mặt của kim cương. Kim cương tổng hợp đều được chuyển đổi từ than chì trong điều kiện áp suất khoảng 5,6 đến 6 GPa và nhiệt độ khoảng 1300 độ.