ダイヤモンドは、純粋な炭素の同素体の 1 つです。これは、漂砂砂利、キンバーライト パイプ、氷河耕地に見られる結晶共有結合固体です。天然ダイヤモンドは、炭素原子の結晶化を引き起こす激しい温度と圧力の条件下にあります。合成的には、主に高圧高温技術を使用してグラファイトから形成されます。
概要
ダイヤモンドの物理的特性は、その構造に起因する可能性があります。それは面心立方格子構造に基づいていますが、立方体内に余分な炭素原子があります。炭素原子は sp3 混成であり、四面体構造の他の 4 つの炭素原子と共有結合しています。各炭素の配位数は 4 です。したがって、ダイヤモンドは巨大な 3 次元分子であり、各炭素間結合長は 154 pm であり、各結合角が 109.5° の強力な共有結合を形成します。ダイヤモンドはアイソメトリック構造を持っています。これは、炭素原子がすべての方向で同じように結合していることを意味します.
ダイヤモンドの一般的な物理的性質
ダイヤモンドの一般的な物理的特性は次のとおりです:
- 純粋なダイヤモンドは無色透明です。それらに色を与えるのは不純物です。
- もろい性質のものです。
- 屈折率は 2.5 で、非常に高い値です。したがって、それは輝きます。
- 表面に当たる光のほとんどを反射する能力があるため、アダマンティンとして知られる最高の非金属光沢を持っています。
- 分散性も比較的高いです。分散値が高いほど、宝石が表示できるカラフルなフラッシュが多くなります。
- 平均密度は 3.5 g/cm3 です。
- 摩擦係数が低い
構造に基づいて、ダイヤモンドの次の特徴を説明できます:
<オール>- 熱伝導率:室温では、ダイヤモンドの熱伝導率が最も高くなります。これは、構造内に強い共有結合が存在し、フォノン散乱が少ないためと考えられます。
- 強度:ダイヤモンドの強度は、FCC 結晶構造に関連している可能性があります。ダイヤモンドの各炭素原子は、強力な共有結合によって他の 4 つの原子と結合しているため、四面体結合配列を形成します。この四面体の結合が弱い結合のない三次元構造を形成し、ダイヤモンドの高い強度を生み出しています。この素材を壊すには、さらに多くのエネルギーが必要です。
- 熱膨張係数:構造を構成する原子間の結合強度に依存します。ダイヤモンドは共有結合が強いため、結合強度が高い。このように、ダイヤモンドは非常に低い熱膨張係数を持っています。これは、ダイヤモンドが加熱されても、それほど膨張することなく非常に高い温度にさらされてもよいことを意味します。高温でも形状と強度を維持します。
- 悪い導体:すべての価電子が結合に関与し、電流を伝導するための自由電子を残さないため、ダイヤモンドは電気の悪い導体です。つまり、高い電気抵抗率を持っています.
- 光学的透明性/透明度:ダイヤモンドの内部構造は、3 次元格子で共有結合した炭素原子で構成されています。これにより、結晶に入射光が深く屈折し、結晶に特徴的な透明度が与えられます。紫外線から赤外線まで、幅広い光透過性を備えています。
宝石としてのダイヤモンドのその他の物理的特性
宝石としてのダイヤモンドの価値は、その重さとその中の不純物の存在によって決まります。ダイヤモンドに輝きを与える光の屈折特性は、宝石として人気があります。その品質は、カラー、カット、クラリティ、カラット重量の 4C によって決まります。その重さはカラット [1 カラット =0.2 g] で表されます。無色透明のものは、不純物がほとんどなく、完全に磨かれているため最も輝きがあり、最も高価です。これらの内包物は光の通過を制限するため、その中に存在する不純物が増加すると、その値は減少します。不純物が大量に存在すると、カットされた宝石の外観が著しく損なわれます。
ダイヤモンドに独特の色を与えるのは、微量の金属酸化物と塩の存在です。これらのカラーダイヤモンドは宝石と呼ばれます。赤、ピンク、青などの暗い色のダイヤモンドは非常に希少で、非常に価値があります。グレー、イエロー、ブラウン、グリーン、オレンジ、さらにはブラックの場合もあります。ブラックダイヤモンドには不純物として酸化銅が含まれています。それらは宝石としては使用されませんが、重要な産業用途があります。
工業用ダイヤモンド
宝石の品質基準を満たさないダイヤモンドは工業用に使用され、工業用ダイヤモンドと呼ばれます。ダイヤモンドの硬度と、高い熱伝導率と電気絶縁性の独自の組み合わせにより、主要な産業用途に望ましい材料となっています。それらは、岩石、ガラス、またはその他のダイヤモンドの切断および穴あけ、ヒートシンクの製造、深いボーリング ドリルのチップ ヘッド、時計の低摩擦マイクロ ベアリング、長時間再生するレコード プレーヤーの針、および製造に使用されます。有害な放射線の侵入を防ぐための人工衛星用の耐放射線窓。
結論
その構造により、ダイヤモンドは最も硬い天然物質です。融点が高いため、優れた熱伝導体であると同時に電気絶縁体でもあります。屈折率と分散力が高いため、キラキラと輝きます。摩擦係数が低く、熱膨張係数が非常に低く、幅広い光透過性があります。
ダイヤモンドは宝石として最も人気がありますが、他のダイヤモンドのカット、ヒートシンクの作成、深いボーリング ドリルのチップ ヘッド、人工衛星の耐放射線窓の作成にも使用されます。
