Lonsdaleite

Lonsdaleit neboli hexagonální diamant je polymorfní modifikace uhlíku s hexagonální mřížkou P6 3 /mmc.

Pojmenován po britské krystalografce Kathleen Lonsdale .

Historie

Počáteční charakteristiku lonsdaleitu navrhl americký vědec Bundy FP: polymorfní modifikace uhlíku wurtzitového typu zvaná hexagonální diamant , tento původní název lonsdaleitu se jí udržel dodnes. Někdy je lonsdaleit nazýván jednou z alotropních modifikací uhlíku s hexagonální krystalovou mřížkou, ale ne všichni vědci s touto definicí souhlasí a věří, že je nesprávné považovat lonsdaleit za nezávislou alotropní modifikaci. Krystalová mřížka lonsdaleitu se skládá výhradně z atomů uhlíku. Stejně jako diamant jsou atomy uhlíku v lonsdaleitu ve stavu sp 3 hybridizace.

Za rok objevu lonsdaleitu je považován rok 1967 – letos byl oficiálně uznán IMA (International Mineralogy Association), ačkoli wurtzitu podobná polymorfní modifikace uhlíku byla syntetizována již v roce 1963 (Wentorp RH, Kasper JS). V laboratorních podmínkách (General Electric Company) byl v roce 1966 získán lonsdaleit. Přibližně ve stejné době byl lonsdaleit poprvé objeven v meteoritových kráterech, což bylo oznámeno na výročním 29. sjezdu Meteoritické společnosti ve Washingtonu.

Dlouhou dobu byl lonsdaleit syntetizován uměle pouze z grafitu  – pod vlivem kolosálního tlaku. Později bylo prokázáno, že lonsdaleit lze získat i z „tradičního“ kubického diamantu [1] .

Struktura a vlastnosti

Diamant a lonsdaleit mají stejné vazebné úhly , které se rovnají 109° 28'16'', jejich vazebné délky jsou 0,1545 nm a koordinační číslo  je 4. Základní buňka diamantu obsahuje osm atomů uhlíku a lonsdaleit má čtyři. Mřížky diamantu a lonsdaleitu se liší způsobem balení. Lonsdaleit se vyznačuje dvouvrstvým těsněním typu (… ABAB …), kde každá následující čtyřstěnná vrstva je pootočena o 60° vůči předchozí. Pro diamant - třívrstvý typ (... ABCABC ...), kde všechny vrstvy jsou postaveny ze stejného koordinačního čtyřstěnu. V tomto ohledu je diamant podobný α- grafitu , pouze rovina diamantu je „zvlněná“.

Parametry mřížky Lonsdaleitu a=0,251 nm ab=0,417 nm.

Vypočtená hustota lonsdaleitu je 3,51 g/cm³, naměřená hustota je 3,2 g/cm³.

Tvrdost je 7-8 na Mohsově stupnici.

Lonsdaleit patří do chemické třídy metaloidů; chemický vzorec - C.

Barva: hnědožlutá. Lesk: diamant.

Optické vlastnosti lonsdaleitu: transparentní, index lomu (lom) n od 2,40 do 2,41.

Obvyklé rozměry lonsdaleitu jsou krystaly viditelné pouze pod mikroskopem.

Možnost praktického použití šestihranného diamantu vyvolává pochybnosti kvůli obtížnosti jeho získání. [2]

Mýty o lonsdaleite

Skupina čínských vědců (Pan, Zicheng; Sun, Hong; Zhang, Yi; a Chen, Changfeng) v roce 2009 (zřejmě proto, aby přitáhla pozornost) nepravdivě prohlásila, že podle jejich teoretických studií byl lonsdaleit bez příměsí by byl o 58 procent tvrdší než diamant.

Tvrzení nejsou pravdivá.

I z výsledků této velmi teoretické práce vyplývá, že lonsdaleit je měkčí než diamant. [1] [2]

Obecně řečeno, podle moderních teoretických a praktických vědeckých údajů neexistují a nemohou existovat minerály nebo sloučeniny tvrdší než diamant [3] . Jakékoli sloučeniny na bázi fullerenů jsou fullerity; lonsdaleit; jakékoli sloučeniny boru, zejména: kubický nitrid boru (také znám jako kubonit, borazon, elbor, kingsongit, kyborit), hustý hexagonální (wurtzitu podobný) nitrid boru, karbid boru, suboxid boru, nitrid uhlíku a boru, aktivně používané v průmyslu pro a dlouho; karabina a další, včetně těch, které dosud nebyly získány v praxi, jsou v tvrdosti horší než diamant. Mnoho materiálů se zvýšenou tvrdostí má však mnohem širší rozsah použití, a to díky skutečnosti, že ačkoliv mají poněkud horší tvrdost, předčí diamant z hlediska tepelné stability, pevnosti a odolnosti proti oxidaci. Také například důležitou výhodou nitridů boru je jejich vysoká chemická odolnost. Nereagují s kyselinami a zásadami, jsou inertní vůči téměř všem chemickým prvkům, které tvoří oceli a slitiny. Za zmínku stojí zejména inertnost nitridů boru vůči železu, která je základem všech ocelí, zatímco diamant se v železe dobře rozpouští, což způsobuje intenzivní opotřebení diamantových kotoučů při broušení.

Neexistují žádné minerály nebo sloučeniny tvrdší než diamant, ale existují materiály na bázi minerálu diamant, které někdy výrazně předčí klasický diamant svou tvrdostí.

Jedním ze způsobů, jak zlepšit mechanické vlastnosti látek, je jejich nanostruktura. Zejména je možné zvýšit tvrdost například diamantu vytvořením nanokompozitů nebo nanopolykrystalů na jeho bázi. Přitom tvrdost může být někdy i dvojnásobná. Japonští výrobci již vyrábějí poměrně velké, řádově centimetry krychlové, diamantové nanopolykrystaly (největší ze stávajících krystalů lonsdaleitu lze například vidět pouze mikroskopem). Při použití tohoto materiálu však nastává řada problémů, z nichž hlavní je jeho mimořádná tvrdost, v důsledku čehož se prakticky nedá brousit. [2]

V březnu 2021 však časopis Physical Review B uveřejnil článek [4] amerických fyziků Travise Woltze a Yogendry Gupty „Elastic moduli of hexagonal diamond and cubic diamond formed under shock Compression“ o výsledcích studie šestihranných diamantů získaných tzv. šoková komprese. Pro tuto studii Woltz a Gupta použili mikroexploze ke stříhání malých grafitových disků k výrobě šestihranných diamantů. Poté jimi prošla zvuková vlna a pomocí laserů se změřil její pohyb diamantem. Měření ukázala, že zvuk se šestihranným diamantem šíří rychleji. Na základě skutečnosti, že zvuk se šíří rychleji tvrdším materiálem, vědci usoudili, že nový umělý materiál je tvrdší než „klasický“ krychlový minerál.

Poznámky

1. ↑ 1 2 Lonsdaleite článek . Datum přístupu: 14. ledna 2012. Archivováno z originálu 14. ledna 2012. (neurčitý)
2. ↑ 1 2 3 Artem Oganov o materiálech se zvýšenou tvrdostí Archivní kopie z 8. července 2017 na Wayback Machine , PostNauka, 29. ZÁŘÍ 2014 (text a video)
3. ↑ Artem Oganov, Ivar Maksutov. "Vytvořit materiál tvrdší než diamant je v zásadě nemožné . " PostNauka (13. června 2014). Staženo 11. 5. 2019. Archivováno z originálu 11. 5. 2019. (neurčitý)
4. ↑ Travis J. Volz, YM Gupta. Elastické moduly šestiúhelníkového diamantu a kubického diamantu vytvořené při rázové kompresi  // Physical Review B. - 2021-03-08. - T. 103 , č.p. 10 . — S. L100101 . - doi : 10.1103/PhysRevB.103.L100101 .

Viz také

• izomerie

Odkazy

Třída minerálů : Nativní prvky ( klasifikace IMA , Mills et al., 2009 )
Skupina železo-nikl	Žehlička Nikl
zlatá skupina	Zlato Měď stříbrný
skupina arsenu	Vizmut Arsen Antimon
platinová skupina	Platina
skupina polymorfů síry	Síra
skupina uhlíkových polymorfů	diamant Grafit Lonsdaleite Chaoite fullerit
jiný	Rtuť
Seznam minerálů Portál "Mineralogie" Projekt "Geologie"