¿Los diamantes son realmente eternos?

Question

Un refrán común. El diamante posee:

• ultra dureza, ( 10 en la escala de Mohs; 10000 HV en la prueba de dureza de Vicker (hierro sólo 30-80))
• Conductividad hipertérmica, ( $2320~\mathrm{W\, m^{-1}\, K^{-1}}$ o más de diez veces mejor que el disipador de su ordenador. )
• resistencia a la presión extrema, (soporta la aplastante cifra de 600 gigapascales; o alrededor de 2 veces la presión en el centro de la tierra, suficiente para romper los nanotubos de carbono y el grafeno o crear oxígeno metálico o superar la presión de degeneración de los electrones del cobre, haciendo que la presión máxima de la cámara de una pistola de disparo parezca literalmente como palomitas de maíz... divago)
• y excelente brillo (qué esperas, es un diamante ) se combinan para hacer que la piedra preciosa sea codiciada por todos.

Los diamantes son la materia de la maravilla.

Pero, ¿acaso realmente ¿existen para siempre?

Wikipedia señala que,

El diamante es menos estable que el grafito, pero la tasa de conversión del diamante en grafito es insignificante en condiciones estándar.

Huh. Pero Wikipedia no menciona cómo largo. Entonces, ¿cuánto tiempo tardaría este supermaterial en convertirse en el material con el que hago mis garabatos?

(Si duda de las afirmaciones sobre las propiedades aparentemente increíbles del diamante, consulte el enlace de Wikipedia sobre el diamante y este y este .)

Gran punto que Joe hizo que $10^{80}$ es simplemente eterno para nosotros, insignificantes humanos. Siendo un geek no puedo resistir el impulso de comparar la duración del tiempo $10^{80}$ :

• Hace que toda la vida de una estrella enana roja parezca el segundo de Planck.
• El tiempo suficiente para que usted pueda cribar todos los átomos de todo el UNIVERSO a razón de un átomo por segundo.
• Conseguir 67 dólares en monedas de 25 centavos de dólar y voltearlas, una por segundo, para conseguir todas las cabezas.
• ¡¡Posibilidad de túnel cuántico macroscópico!! (No sé exactamente cuánto, pero bastante grande)

...y esto es $10^{80}$ segundos Estoy hablando de...

Answer 1

¿cuánto tiempo tardaría este supermaterial en convertirse en la materia con el que garabateo?

No, a pesar de que James Bond dijo " Los diamantes son para siempre ", no es exactamente así. Aunque la afirmación de Bond es una aproximación justa a la realidad, no es una descripción científicamente exacta de la misma.

Como pronto veremos, aunque el diamante es ligeramente menos estable que el grafito (en ~ 2,5 kJ/mol), está protegido cinéticamente por una gran energía de activación.

He aquí una representación comparativa de las estructuras del diamante y del grafito.

(fuente de la imagen: Satyanarayana T, Rai R. Nanotecnología: El futuro. J Interdiscip Dentistry 2011;1:93-100 )

( fuente de la imagen )

Obsérvese que el diamante está compuesto por anillos de ciclohexano y cada carbono está unido a otros 2 carbonos externos al anillo de ciclohexano . Por otro lado, el grafito está compuesto por anillos de benceno y cada carbono está unido sólo a un carbono externo al anillo de benceno . Eso significa que tenemos que romper 6 enlaces sigma en el diamante y hacer unos 2 enlaces pi (recuerde que es un conjunto extendido de anillos, no cuente dos veces) en el grafito por cada anillo de 6 miembros para convertir el diamante en grafito.

Una fuerza de enlace alifático C-C típica es de ~340 kJ/mol y una fuerza de enlace pi típica es de ~260 kJ/mol. Así que para romper 6 enlaces sigma y hacer 2 enlaces pi se necesitaría ~((6*340)-(2*260)) ~ 1500 kJ/mol. Si el estado de transición estuviera exactamente a medio camino entre el diamante y el carbono (con una ruptura de enlaces y creación de enlaces más o menos igual), entonces podríamos aproximar la energía de activación como la mitad de ese valor o ~750 kJ/mol. Como el grafito es un poco más estable que el diamante, podemos refinar nuestro modelo y darnos cuenta de que el estado de transición se producirá un poco antes del punto medio. Así que nuestro modelo refinado sugeriría una energía de activación algo inferior a 750 kJ/mol. Si hubiéramos intentado incorporar el efecto de la aromaticidad en el grafito, nuestra estimación sería aún más baja. En cualquier caso, se trata de una extremadamente gran energía de activación, por lo que, como anticipamos la reacción sería muy lento.

Un estimación (ver p. 171) de la energía de activación sitúa la reacción inversa (grafito a diamante; pero como, como se ha señalado anteriormente, la diferencia de energía entre ambas es muy pequeña, la energía de activación para la reacción directa es casi la misma) en 367 kJ/mol. Así que, al menos, nuestra aproximación estaba en lo cierto, con un factor de 2. Sin embargo, parece que el estado de transición está aún más lejos del punto medio (más cerca del material de partida) de lo que podríamos haber supuesto.

Esta energía de activación nos dice que a 25 °C, se necesitaría más de mil millones de años para convertir un centímetro cúbico de diamante en grafito.

Nota 17/04/20: Como se ha mencionado en un comentario, el enlace original de la "estimación" ha desaparecido y ha sido sustituido hoy por un nuevo enlace de estimación. Sin embargo, el artículo original y la estimación pueden seguir viéndose en la página web La máquina del retroceso y estima que la energía de activación es de 538,45 kJ/mol, razonablemente cerca de nuestra estimación.

Answer 2

Y añado otra respuesta: depende de la clase de personas que seáis, si estáis tan locos como ellos, ¡claro que no!

Conferencias de Navidad 2012 - Quemar un diamante

Pero ron la respuesta de 's es mejor seguro! ;)

Answer 3

Bueno, parece que el diamante no es para siempre porque al exponerse a la luz solar pierde átomos .

Answer 4

Los diamantes arden, pero la temperatura a la que arden depende de si los diamantes están o no en contacto con el aire. La temperatura de ignición del diamante en oxígeno puro es de 690º C a 840º C. En una corriente de gas oxígeno, los diamantes arden a un calor rojo bajo inicialmente. Poco a poco irán subiendo de temperatura y alcanzarán un calor blanco. A continuación, los diamantes arderán ininterrumpidamente con una llama azul pálido, incluso después de retirar la fuente de calor de oxígeno. Los cristales de diamante disminuirán gradualmente de tamaño y finalmente desaparecerán. En el último momento, la llama parpadeará intensamente y luego desaparecerá, sin dejar ningún rastro de ceniza o residuo.

Para que esto tenga lugar en una mezcla de aire, el calor debe mantenerse directamente sobre los diamantes en todo momento. Si se retira, los diamantes no seguirán ardiendo, debido a que el oxígeno se diluye con el nitrógeno que no soporta la combustión

Las gemas más famosas de la Tierra tienen una nueva competencia en la forma de un planeta hecho en gran parte de diamante, dicen los astrónomos.

El planeta extraterrestre, denominado "supertierra", se llama 55 Cancri e y fue descubierto en 2004 alrededor de una estrella cercana de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Tras estimar la masa y el radio del planeta, y estudiar la composición de su estrella anfitriona, los científicos afirman ahora que el mundo rocoso está compuesto principalmente de carbono (en forma de diamante y grafito), así como de hierro, carburo de silicio y, potencialmente, silicatos.

Al menos un tercio de la masa del planeta es probablemente diamante puro, información