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¿Cómo pueden ser tan diferentes el carbón y el diamante si ambos están compuestos de carbono puro?

Todo el mundo sabe que los diamantes son duros y hermosos, pero ¿sabías que un diamante podría ser el material más antiguo que podrías tener? Mientras que la roca en la que se encuentran los diamantes puede tener entre 50 y 1,600 millones de años, los diamantes mismos tienen aproximadamente 3,3 mil millones de años.

Esta discrepancia proviene del hecho de que el magma volcánico que se solidifica en roca, donde se encuentran los diamantes, no los creó, sino que solo transportó los diamantes desde el manto de la Tierra a la superficie. Los diamantes también pueden formarse bajo las altas presiones y temperaturas. Los diamantes formados durante un impacto pueden ser relativamente "jóvenes", pero algunos meteoritos contienen polvo de estrellas que pueden incluir cristales de diamantes. Se sabe que uno de esos meteoritos contiene pequeños diamantes de más de 5 mil millones de años. Estos diamantes son más antiguos que nuestro sistema solar .


Empiece con Carbón

Comprender la química de un diamante requiere un conocimiento básico del elemento carbono . Un átomo de carbono neutro tiene seis protones y seis neutrones en su núcleo, equilibrados por seis electrones. La configuración de la capa de electrones del carbono es 1s 2 2s 2 2p 2 . El carbono tiene una valencia de cuatro, ya que se pueden aceptar cuatro electrones para llenar el orbital 2p. El diamante está formado por unidades repetidas de átomos de carbono unidos a otros cuatro átomos de carbono a través del enlace químico más fuerte, los enlaces covalentes.. Cada átomo de carbono está en una red tetraédrica rígida donde es equidistante de sus átomos de carbono vecinos. La unidad estructural del diamante consta de ocho átomos, fundamentalmente dispuestos en un cubo. Esta red es muy estable y rígida, por lo que los diamantes son tan duros y tienen un alto punto de fusión.

Tanto los diamantes (izquierda) como el grafito (derecha) están constituidos por átomos de carbono, pero dispuestos de diferentes formas.

Prácticamente todo el carbono de la Tierra proviene de las estrellas. El estudio de la proporción isotópica del carbono en un diamante permite rastrear la historia del carbono. Por ejemplo, en la superficie de la tierra, la proporción de isótopos carbono-12 y carbono-13 es ligeramente diferente a la del polvo de estrellas. Además, ciertos procesos biológicos clasifican activamente los isótopos de carbono según la masa, por lo que la proporción isotópica de carbono que ha estado en los seres vivos es diferente a la de la Tierra o las estrellas. Por lo tanto, se sabe que el carbono de la mayoría de los diamantes naturales proviene más recientemente del manto, pero el carbono de algunos diamantes es el carbono reciclado de microorganismos, formado en diamantes por la corteza terrestre a través de la tectónica de placas.. Algunos diamantes diminutos que son generados por meteoritos provienen del carbono disponible en el lugar del impacto; algunos cristales de diamantes dentro de los meteoritos todavía están frescos de las estrellas.

Estructura cristalina La estructura cristalina de un diamante es una red cúbica o FCC centrada en la cara. Cada átomo de carbono se une a otros cuatro átomos de carbono en tetraedros regulares (prismas triangulares). Basado en la forma cúbica y su disposición altamente simétrica de átomos, los cristales de diamante pueden desarrollarse en varias formas diferentes, conocidas como 'hábitos cristalinos'. El hábito de cristal más común es el octaedro de ocho lados o la forma de diamante. Los cristales de diamante también pueden formar cubos, dodecaedros y combinaciones de estas formas. A excepción de dos clases de formas, estas estructuras son manifestaciones del sistema de cristal cúbico. Una excepción es la forma plana llamada macle, que en realidad es un cristal compuesto, y la otra excepción es la clase de cristales grabados, que tienen superficies redondeadas y pueden tener formas alargadas. Cristales de diamantes reales no t tienen caras completamente lisas pero pueden tener crecimientos triangulares elevados o dentados llamados 'trigones'. Los diamantes tienen un escote perfecto en cuatro direcciones diferentes, lo que significa que un diamante se separará perfectamente a lo largo de estas direcciones en lugar de romperse de manera irregular.

Las líneas de división son el resultado de que el cristal de diamante tiene menos enlaces químicos a lo largo del plano de su cara octaédrica que en otras direcciones. Los cortadores de diamantes aprovechan las líneas de escote para facetar las piedras preciosas . El grafito es solo unos pocos electronvoltios más estable que el diamante, pero la barrera de activación para la conversión requiere casi tanta energía como destruir toda la red y reconstruirla. Por lo tanto, una vez que se forma el diamante, no se volverá a convertir en grafito porque la barrera es demasiado alta. Se dice que los diamantes son metaestables ya que son cinéticamente más que termodinámicamente estables. Bajo las condiciones de alta presión y temperatura necesarias para formar un diamante, su forma es en realidad más estable que el grafito, por lo que durante millones de años, los depósitos carbonosos pueden cristalizar lentamente en diamantes. Fuente: Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. "La química y estructura de los diamantes". ThoughtCo, 27 de agosto de 2020 ,oughtco.com/chemistry-of-diamond-602110.