كيمياء الكربون والبنية البلورية للماس

كلمة "ألماس" مشتقة من الكلمة اليونانية "أداماو، "يعني" أنا أروض "أو" أخضع "أو الكلمة ذات الصلة"أداماس، "والتي تعني" الفولاذ الصلب "أو" المادة الصلبة ".

الجميع يعلم الماس صلبة وجميلة ، ولكن هل تعلم أن الماس يمكن أن يكون أقدم مادة قد تمتلكها؟ في حين أن الصخور التي يتم العثور على الماس فيها قد تكون من 50 إلى 1600 مليون سنة ، فإن الماس نفسه يبلغ حوالي 3.3 مليار سنة. يأتي هذا التناقض من حقيقة أن الصهارة البركانية التي تصلب في الصخور ، حيث الماس تم العثور عليها لم يتم إنشاؤها ، ولكن فقط نقل الماس من عباءة الأرض إلى سطح - المظهر الخارجي. قد يتشكل الماس أيضا تحت ضغوط عالية ودرجات حرارة في موقع نيزك الآثار. قد يكون الماس الذي يتكون أثناء الارتطام "صغيرًا" نسبيًا ، لكن بعض النيازك تحتوي على غبار - حطام من موت نجم - والذي قد يشمل بلورات الماس. من المعروف أن أحد هذه النيازك يحتوي على ماس صغير عمره أكثر من 5 مليار سنة. هذه الماسات أقدم منا النظام الشمسي.

يتطلب فهم كيمياء الماس معرفة أساسية بالعنصر كربون. كربون محايد ذرة تحتوي على ستة بروتونات وستة نيوترونات في نواتها ، متوازنة بستة إلكترونات. تكوين الغلاف الإلكتروني للكربون هو 1s

تقريبا كل الكربون على الأرض يأتي من النجوم. إن دراسة النسبة النظيرية للكربون في الماس تجعل من الممكن تتبع تاريخ الكربون. على سبيل المثال ، على سطح الأرض ، نسبة النظائر الكربون 12 والكربون 13 يختلفان قليلاً عن الكربون. أيضًا ، تقوم بعض العمليات البيولوجية بفرز نظائر الكربون بشكل نشط وفقًا للكتلة ، وبالتالي فإن النسبة النظيرية للكربون التي كانت موجودة في الكائنات الحية تختلف عن نسبة الأرض أو النجوم. لذلك ، من المعروف أن الكربون لمعظم الماس الطبيعي يأتي في الآونة الأخيرة من الوشاح ، ولكن الكربون لعدد قليل من الماس هو الكربون المعاد تدويره للكائنات الحية الدقيقة ، التي تشكلت في الماس بواسطة قشرة الأرض عبر الصفائح التكتونية. بعض الماس الدقيقة التي يتم إنشاؤها بواسطة النيازك هي من الكربون المتوفر في موقع الارتطام. بعض بلورات الماس داخل النيازك لا تزال طازجة من النجوم.

التركيب البلوري للماس هو مكعب متمركز حول الوجه أو شعرية FCC. كل ذرة كربون تنضم إلى أربع ذرات كربون أخرى في رباعي الأسطح المنتظم (المنشور الثلاثي). استنادًا إلى الشكل المكعب وترتيبه المتناسق للغاية للذرات ، يمكن أن تتطور بلورات الماس إلى عدة أشكال مختلفة ، تُعرف باسم "عادات الكريستال". إن أكثر أشكال البلورة شيوعًا هي ثماني الأضلاع الثمانية أو شكل الماس. يمكن أن تشكل بلورات الماس أيضًا مكعبات و dodecahedra ومجموعات من هذه الأشكال. باستثناء فئتي الشكل ، هذه الهياكل هي مظاهر لنظام الكريستال المكعب. أحد الاستثناءات هو الشكل المسطح المسمى macle ، وهو في الواقع بلورة مركبة ، والاستثناء الآخر هو فئة البلورات المحفورة ، والتي لها أسطح مستديرة وقد تكون ذات أشكال مستطيلة. لا تحتوي بلورات الماس الحقيقية على وجوه ناعمة تمامًا ولكنها قد تكون لها زيادات مثلثة مرتفعة أو ذات مسافة بادئة تسمى "المثلثات". الماس لديه انقسام مثالي في أربعة اتجاهات مختلفة ، مما يعني أن الماس سينفصل بدقة على طول هذه الاتجاهات بدلاً من كسرها بشكل متعرج. تنتج خطوط الانقسام من البلورة الماسية التي تحتوي على روابط كيميائية أقل على طول سطح وجهها ثماني السطوح منه في اتجاهات أخرى. تستغل قواطع الماس خطوط الانقسام إلى الواجهة الأحجار الكريمة.

الجرافيت هو فقط عدد قليل من إلكترونات فولت أكثر استقرارًا من الماس ، لكن حاجز التنشيط للتحويل يتطلب طاقة تقريبًا مثل تدمير الشبكة بالكامل وإعادة بنائه. لذلك ، بمجرد تشكيل الماس ، لن يعود مرة أخرى إلى الجرافيت لأن الحاجز مرتفع للغاية. يقال أن الماس غير قابل للتغيير لأنه مستقر حركيًا وليس ثابتًا ديناميكيًا حراريًا. تحت الضغط العالي وظروف درجة الحرارة اللازمة لتشكيل الماس ، يكون شكله في الواقع أكثر مستقرًا من الجرافيت ، وبالتالي على مدى ملايين السنين ، قد تتبلور الرواسب الكربونية ببطء الماس.