jueves, 28 de agosto de 2008

El Diamante

En esta oportunidad presento un tema un poco diferente, es acerca de la piedra preciosa más valiosa existente en la naturaleza.

El diamante es la única gema que esta conformada por un solo elemento, el diamante es en realidad Carbono, su nombre proviene del griego antiguo ἀδάμας (adamas) que significa invencible, indomable, de ἀ (a-) “in” y δάμας (damao) “domable, domesticable”. Se han atesorado como piedras preciosas desde su uso como íconos religiosos en la antigua India y usado como herramientas de grabado. Los diamantes se hicieron más populares desde el siglo XIX debido al aumento del suministro, mejores técnicas de cortado y pulido, crecimiento de la economía mundial y a las exitosas campañas publicitarias.



El diamante Cullinan I también conocido como la Estrella de Africa o la Gran Estrella Imperial de Africa, es el diamante tallado más grande del mundo con 34 facetas y 530,20 quilates, es la pieza más grande que resultó de la división del diamante Cullinan, los cuales pertenecen a la familia Real de Inglaterra.

El diamante es uno de los alótropos del carbón (el otro es el grafito) en el cual los átomos del carbono están ordenados en un retículo de cristal hexaoctaedro isométrico, por lo tanto es un cristal transparente formado por átomos de carbono unidos tetraedricamente (es decir con cuatro enlaces, el de grafito solo tiene 3) en la estructura de los lados del sistema cúbico del diamante. Los diamantes han sido adaptados para muchos usos debido a sus excepcionales características físicas. Lo más notable es su extrema dureza, su gran índice de dispersión refractiva (de la luz) y su extremamente alta conductividad térmica (900 – 2320 W/m K). A una temperatura cercana a los 1700º C (1973º K / 3583º F), el diamante se convierte en grafito. Los diamantes naturales tienen un rango de densidad desde 3.15 hasta 3.53 g/cm^3, el diamante más puro típicamente se acerca mucho a los 3.52 g/cm^3

Aproximadamente 130 millones de quilates (26.000 Kilogramos) son extraídos de las minas anualmente, con un valor total cercano a los 9.000 millones de dólares, y cerca de 100.000 Kilogramos son sintetizados anualmente (fabricados artificialmente mediante procesos industrializados). El 49% de los diamantes vienen del Centro y Sur de Africa, aunque fuentes significativas del mineral han sido descubiertas en Canadá, India, Rusia, Brasil y Australia. Son extraídos de cavidades y diques volcánicos de kimberlita y lamproita, en yacimientos primarios como en minas a cielo abierto (creando un gran agujero “big hole” el cual se va haciendo tan extenso y profundo como sea necesario) o minas subterráneas (cavando túneles en la Tierra) y en yacimientos secundarios donde se depositan los diamantes a causa de la erosión. La extracción y distribución de diamantes naturales están sujetas a frecuentes controversias tales como las concernientes a la venta de “diamantes de guerra” o “diamantes sangrientos” por grupos paramilitares africanos.

La formación de los diamantes naturales requiere condiciones muy específicas. Los materiales portadores de carbono deben ser expuestos a presión alta, en un rango aproximado de entre 45 y 60 kilobares, pero a una temperatura relativamente baja entre 1652 y 2372º F (entre 900 y 1300º C). Se sabe que estas condiciones coinciden en dos lugares en la Tierra; en el manto de la litosfera debajo de las placas continentales relativamente estables, y en el lugar donde ha ocurrido un impacto de meteorito.

A través de estudios de la relación proporcional del isótopo de carbono (similar a la metodología usada en la datación por radiocarbono, excepto con los isótopos estables C-12 y C-13) se ha mostrado que el carbono encontrado en los diamantes viene tanto de fuentes orgánicas e inorgánicas. Algunos diamantes, conocidos como perioditicos son formados por carbono inorgánico originalmente encontrado profundo en el manto de la Tierra. En contraste los diamantes eclógiticos contienen carbono orgánico de detritos orgánicos (residuos de la descomposición de fuentes orgánica o mineral) que ha sido empujado hacia abajo desde la superficie de la corteza de la Tierra mediante la subducción antes de transformarse en diamantes. Estas dos diferentes fuentes de carbono tienen cuantiosas diferencias en sus respectivas relaciones proporcionales de C-13 y C-12. Los diamantes que vienen de la superficie de la Tierra son generalmente muy viejos, en el rango de 1.000 millones a 3.300 millones de años de antigüedad.



Forma tetraédrica de la estructura del diamante, las esferas representan átomos de carbono.



Comparación de las estructuras de las formas alotrópicas del carbono: el diamante y el grafito.

Los diamantes se forman frecuentemente como euedros u octaedros redondeados y octaedros simétricos conocido como macles o maccles. Como la estructura de cristal del diamante tiene un arreglo cúbico de los átomos, ellos tienen muchas facetas (caras planas de la piedra) que pertenecen a un cubo, octaedro, rombicosidodecaedro, tetraquishexaedro o disdiakisdodecaedro (formas geométricas). Los cristales pueden tener filos redondeados e inexpresivos y que pueden ser alargados. Algunas veces son encontrados creciendo juntos o formando cristales dobles “simétricos” que crecen juntos en la superficie del octaedro. Estas diferentes formas de cristal de los diamantes se deben a diferentes circunstancias externas. Los diamantes (especialmente aquellos con caras de cristal redondeadas) son comúnmente encontrados envueltos en “nyf” una cobertura opaca parecida a la goma.

Los diamantes pueden formarse en otros eventos naturales que generan la presión y temperaturas necesarias. Diamantes muy pequeños conocidos como microdiamantes o nanodiamantes, han sido encontrados en cráteres de impactos de meteoritos. Tales eventos de impacto crean zonas de shock de gran presión y temperatura adecuada para la formación de diamantes. Los microdiamantes creados por impacto pueden ser usados como un indicador de la antigüedad de los cráteres de impacto.

También hay diamantes encontrados en la Tierra cuyo origen es externo. Un tipo de diamante llamado diamante carbonado o carbonatado que existe únicamente en Brasil y en la República Centroafricana son de color negro, altamente porosos, poseen inclusiones radioactivas y cierta luminiscencia; lo que los hace muy diferentes a los otros diamantes naturales policristalinos pudieron haber sido depositados allí por el impacto de asteroides (pero no formado por el impacto, es decir que los diamantes ya existían en los asteroides antes de chocar contra la Tierra) hace unos 3 mil millones de años. Estos diamantes pueden haberse formado en el espacio exterior, aunque todavía no hay consenso científico del origen de los diamantes carbonados. El diamante Carbonado no es realmente negro, pero contienen bastantes inclusiones oscuras que le dan a la gema esa apariencia oscura.



Carbonado no tallado.



Carbonados tallados.

Las vetas presolares (pequeñísimas cantidades de materiales que hay en meteoritos primitivos, estos materiales son más antiguos que el sistema solar) en muchos meteoritos encontrados en la Tierra contienen nanodiamantes de origen extraterrestre, probablemente formados en supernovas.

Se cree que algunas estrellas blancas enanas tienen un núcleo de carbono. El Centro para Astrofísica Harvard Smithsonian cree que un diamante de 2500 millas de ancho fue una vez el corazón de una estrella, más específicamente la enana blanca BPM 37093, la cual esta localizada a 54 años luz en la constelación Centaurus Se estima que tiene 10 billones de trillones de trillones de quilates, es decir un 1 seguido de 34 ceros, este es el mayor diamante encontrado en el Universo.

Los diamantes son hallados en la superficie o a relativa poca profundidad debido a que las rocas portadoras de diamantes son llevadas desde las profundidades donde se originan a través de las erupciones volcánicas. El magma del volcán debe provenir de la profundidad donde los diamantes se forman, a unos 150 km. (90 millas) de profundidad o más. Estos típicamente pequeños cráteres volcánicos superficiales extienden hacia abajo en formaciones conocidas como “volcanic pipes” (cavidades o diques volcánicos) este es un acontecimiento relativamente raro. Las cavidades contienen material que fue transportado hacia la superficie por acción volcánica, pero no fue expulsado antes del fin de la actividad volcánica. Durante la erupción estas cavidades son abiertas en la superficie, resultando en una abierta circulación de muchos xenolitos de roca de superficie e incluso madera y/o fósiles han sido encontrados en cavidades volcánicas. Las cavidades volcánicas que llevan diamantes son cercanamente relacionadas a las anteriores, las regiones más antiguas y frescas de la corteza continental (cratones). Esto es debido a que los cratones son muy gruesos y su manto litosférico extiende a suficiente profundidad en la que los diamantes están. No todas las cavidades contienen diamantes, e incluso menos contienen diamantes que puedan ser extraídos de forma económicamente viable.



En esta foto satelital se muestra una mina abierta (una de las mayores del mundo) en Mirny, Siberia, Rusia. Compare el tamaño de la mina, con el poblado (izquierda y arriba) y la pista aérea (derecha).

El magma en las cavidades volcánicas es usualmente una de los tipos de características conocidas que enfrían la roca ígnea conocidas como kimberlita o lamproita. El magma en si mismo no contiene diamantes; pero actúa como un elevador que lleva rocas formadas en las profundidades (xenolitos), minerales (xenocristales) y fluidos hacia arriba. Estas rocas son característicamente ricas en magnesio llevando, olivino, pyroxeno y mineral anfíbol, que son frecuentemente convertidos en serpentina (es un grupo de minerales que no se presentan en forma de cristales) por el calor y fluidos durante y después de la erupción. Ciertos indicadores minerales típicamente suceden en kimberlitas diamantiferas y son usados como localizadores mineralógicos por los prospectores (personas que exploran el subsuelo buscando yacimientos minerales, petrolíferos, etc), quienes siguen el rastro indicador de regreso a la cavidad del volcán la cual puede contener diamantes. Estos minerales son ricos en Cromo o Titanio, elementos que dan color a los minerales. El mineral indicador más común es el granate de cromo (habitualmente rojo brillante Cr- pirope y ocasionalmente verde granate serie ugrandita), granates eclogiticos, Ti pirope naranjas, Cr Espinela, Cromita oscura, Cr Diopsidio verde fosforescente, olivino verde vidrioso, picroilmenita negra, y magnetita. Los depósitos de Kimberlita son conocidos como “tierra azul” por las partes serpenteantes y profundas de los depósitos, o como “tierra amarilla” por los yacimientos cercanos a la superficie de minerales de arcilla y carbonatos meteorizados y oxidados.

Una vez que los diamantes han sido transportados a la superficie por el magma en una cavidad volcánica, ellos pueden ser erosionados hacia el exterior y ser distribuidos sobre una gran área. Una cavidad volcánica que contiene diamantes es conocido como fuente primaria de diamantes. Las fuentes secundarias de diamantes incluyen todas las áreas donde hay un número relevante de diamantes, erosionados fuera de su matriz de kimberlita o lamproita, acumulados debido a la acción del agua o del viento. Esto incluye depósitos aluviales y depósitos que han existido a lo largo de las antiguas orillas costeras, donde diamantes perdidos suelen acumulase debido a su aproximado tamaño y densidad. Los diamantes son raramente encontrados en depósitos dejados por glaciares.



Los diamantes se pueden encontrar en (1) el lecho de los ríos que arrastran materiales los cuales son expulsados de (2) las explosiones volcánicas que expulsan el magma desde las profundidades donde yacen los diamantes, en (3) el cono invertido por antiguos volcanes extintos se pueden formar depósitos importantes de diamantes. En la representación del globo terráqueo (4) el manto es donde se forman los diamantes.



Representación de una cavidad volcánica (volcanic pipe).

El diamante es el material natural más duro conocido (la dureza esta definida como la resistencia de un material a ser rayado). El diamante tiene una dureza de 10, el mayor valor en la escala de dureza de minerales de Mohs. La dureza de los diamantes es conocida desde la antigüedad y es la fuente de su nombre.
Solamente los nanorods agregados de diamante, un material creado usando fulerenos ultrafuerte (C60) esta confirmado ser más duro aunque otras sustancias tales como el nitruro de boro cúbico, el diboruro de renio y los fulerenos ultrafuertes también tienen un nivel de dureza comparable al del diamante.

Los diamantes más duros del mundo son del área de Nueva Inglaterra en Nueva Gales del Sur, Australia. Estos diamantes son generalmente pequeños, octaedros perfectos o semiperfectos, y son usados para pulir otros diamantes. Se considera que su dureza es producto de la forma del crecimiento del cristal, la cual es, en una única etapa. La mayoría de los otros diamantes muestran evidencias de múltiples etapas de crecimiento, las cuales producen inclusiones, desperfectos y fallas en el cubículo del cristal, todo eso afecta su dureza. La dureza del diamante contribuya a su idoneidad como piedras preciosas, ya que muy pocos materiales pueden rayarlos, conservando su brillo, suele ser la gema preferida en anillos de compromiso o de boda.

El uso industrial del diamante ha sido históricamente asociado con su dureza; esta propiedad hace al diamante un material ideal en herramientas para cortar y triturar. Como el material natural mas duro conocido, los diamantes pueden ser usados para pulir, cortar o desgastar cualquier material, incluyendo otros diamantes. Sin embargo, el diamante es una opción mediocre para maquinaria de aleación ferrosa a altas velocidades. En la alta temperatura creada por la alta velocidad del proceso, el carbono se vuelve soluble en hierro, incrementando el desgaste en las herramientas de diamante comparadas con otras alternativas. Las adaptaciones industriales comunes de esta habilidad incluyen filtros de diamante, brocas y sierras, o el uso de diamantes como abrasivos. Los diamantes de grado industrial son generalmente considerados inadecuados para usar como gemas.




Algunas herramientas que utilizan diamantes para mejorar su rendimiento.

Otra aplicación especializada que también esta siendo desarrollada es gracias a su conductividad eléctrica, incluyendo su uso como semiconductores; algunos diamantes azules son semiconductores naturales, en contraste con la mayoría de los otros diamantes, los cuales son excelentes aislantes eléctricos. Sin embargo, los diamantes impuros muestran conductividad substancial al ser expuestos al aire.

La tenacidad (habilidad a resistir roturas de un material debido a impactos poderosos). La tenacidad de los diamantes naturales ha sido medida en 3.4MN m^(-3/2) lo cual es bueno en comparación a otras piedras preciosas, pero pobre comparado a la mayoría de los materiales de ingeniería. Como con otros materiales, la geometría macroscópica de un diamante contribuye a su resistencia a roturas. Los diamantes son por lo tanto más frágiles en algunas posiciones que otras.

Los diamantes para joyería pueden ser sin color o de alguna tonalidad incluyendo la tonalidad no espectral de gris, café y negro (carbonado). El retículo de cristal del diamante es excepcionalmente fuerte y solo tres átomos; Nitrógeno, Boro e Hidrógeno son tan pequeños que pueden ingresar en el arreglo tetraédrico el cual es la unidad básica del cristal de diamante.

El Nitrógeno es el más pequeño y por mucho la impureza mas común encontrada en los diamantes para gema. El Nitrógeno es responsable por el color amarillo, café y a veces el color rosado en los diamantes. El Boro es responsable por el color gris y azul y el Hidrogeno es el agente para algunos diamantes rojos, olivas, violetas y azules. El color en los diamantes tienen dos fuentes adicionales: atómica, normalmente radiación gamma que causa el color verde en los diamantes y la deformación física del diamante de cristal conocido como deformación plástica. La deformación plástica es la causa del color en algunos diamantes rojos y rosados. En orden de rareza, los diamantes con color, por el más común, es seguido ente los diamantes coloreados, en azul, verde, negro, blanco translucido, rosado, violeta, naranja, púrpura y rojo, aunque el amarillo y el café son por mucho los colores más comunes. Los diamantes con color contienen impurezas o defectos estructurales que causan la coloración, mientras que los diamantes puros, o casi puros son transparentes y sin color.



Una muestra con una amplia gama de diamantes según sus colores.

Finalmente la famosa frase acuñada por la campaña de publicidad y popularizada por Hollywood “los diamantes son para siempre” no es cierta, ya que los diamantes en se convierten en grafito la cual es la forma alotrópica del carbono en condiciones atmosféricas normales sin embargo esta conversión es tan lenta que es casi inapreciable, además a pesar de su extrema dureza, el diamante también es vulnerable a las altas temperaturas, sin embargo soporta altísimas presiones

A continuación algunos diamantes:



El "diamante Tiffany, Pajaro en la Roca", el diamante pesa 128.51 quilates, el pajaro esta hecho de rubíes, oro, platino blanco y diamantes amarillos



El diamante rosado Steinmetz de 59.60 quilates



El diamante Centenario de 273.85 quilates



Un extraordinario diamante azul tallado espléndidamente en forma de corazón


Fuentes:
http://www.wikipedia.org/
http://www.diamantes-infos.com/diamante_bruto/geologia_diamante.html
http://www.theage.com.au/articles/2004/02/17/1076779973101.html
http://www.diamantes-infos.com/diamante_bruto/explotacion_diamante.html
http://www.pluriversia.es/modules.php?name=News&file=article&sid=192
http://www.oviedo.es/personales/carbon/curiosidades/diamantes.htm
http://www.noticiasdot.com/stilo/2008/03/24/los-diamantes-mas-famosos-de-la-historia/
http://www.auroragems.com/diamond_color_chart.html