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Estructura del diamante
El diamante se forma de forma natural en condiciones de temperatura y presión extremadamente altas que sólo se encuentran en el interior de la Tierra. Los diamantes pueden encontrarse a una profundidad de entre 90 y 125 millas por debajo de la superficie terrestre. Dependiendo de las condiciones, una piedra de diamante puede formarse en cuestión de días o semanas, o incluso puede tardar millones de años.
El diamante es un alótropo del carbono. Eso significa que es una de las muchas formas en que el Carbono forma moléculas. La fórmula empírica del diamante es simplemente C: ¡el diamante está formado sólo por átomos de carbono!
Los alótropos son formas estructurales diferentes en las que puede existir el mismo elemento.
¿Sabías que el diamante, el grafito y el carbón vegetal están formados sólo por átomos de carbono? Todos son alótropos del Carbono, y la fórmula empírica de los tres es simplemente C . La única diferencia entre los tres es la estructura molecular, es decir, la disposición de los átomos en el espacio unos respecto a otros. El diamante tiene una estructura llamada tetraédrica. En este artículo aprenderás más sobre ello. Si te interesa el Grafito, dirígete a Grafito.
La configuración electrónica del Carbono es 1s2 2s2 2p2. Tiene 4 electrones en su capa de valencia y necesita 4 más para completar su octeto. Para ello, establece enlaces covalentes con otros 4 átomos de Carbono.
La regla del Octeto del enlace químico establece que los elementos intentan establecer enlaces entre sí de modo que todos tengan 8 electrones en su capa de valencia. Tener 8 electrones en la capa de valencia se considera una configuración electrónica estable.
Un enlace covalente es un enlace químico en el que los elementos comparten pares de electrones entre sí.
El carbono es un elemento especial en la tabla periódica por su capacidad de formar largas cadenas estables de enlaces con otros átomos de carbono (y a veces por la presencia ocasional de otros átomos). El diamante se forma cuando varios (millones de millones) de átomos de carbono forman largas cadenas de enlaces entre sí y se disponen en una estructura tetraédrica.
Una tetraédrica es una forma geométrica molecular. Para visualizarla, imagina una pirámide triangular (una pirámide de base triangular). Hay un átomo en cada vértice de la pirámide (hay 4 vértices en una pirámide triangular), y en el centro de la pirámide hay un átomo conectado a los 4 átomos. Esta imagen te ayudará a visualizarlo.
Fig. 1: Geometría tetraédrica 3D | Wikimedia
En el Diamante, cada átomo de Carbono tiene 4 enlaces covalentes con otros 4 átomos de Carbono. Se forma una Estructura Covalente Gigante cuando tetraedros tras tetraedros de átomos de Carbono se conectan como una telaraña.
Fig. 2: Disposición tetraédrica de los átomos de carbono en el diamante | Tutormyself
Propiedades del diamante
La estructura del Diamante y su composición química son responsables de las propiedades únicas que tiene.
Alto punto de fusión
Para fundir un material, hay que romper los enlaces químicos que unen los átomos. Debido a la presencia de fuertes enlaces covalentes en toda la estructura del Diamante, se necesita una cantidad significativa de energía para romperlos. El punto de fusión del diamante es de unos ¡4027oC!
Gran dureza
Gracias a la presencia de fuertes enlaces covalentes y una estructura tetraédrica rígida, el Diamante es el material más duro jamás descubierto.
¿Has pensado alguna vez cómo se mide la dureza de cualquier material? La dureza de los minerales se mide mediante la Escala de Mohs de Dureza de los Minerales. Es una escala que clasifica la dureza de los materiales en su forma natural en una escala del 1 al 10, siendo 1 el más blando y 10 el más duro. El diamante es un 10 en la Escala de Dureza Mineral de Mohs. Además, ¡es 40 veces más duro que los minerales del nivel de dureza 9!
¿Estás pensando: "Si el diamante es el material más duro del mundo, ¿cómo se corta en formas precisas para joyería?"? El diamante se corta utilizando láseres de alta potencia. El corte por láser es una tecnología eficaz en general, pero es especialmente útil para cortar diamantes, ¡ya que ninguna otra cosa puede cortarlos (ni siquiera rayarlos)!
Bajo coeficiente de fricción
Lafricción en un material está causada por irregularidades microscópicas en la superficie de ese material. La estructura del diamante es una estructura sólida muy compacta que no se rompe fácilmente ni siquiera a nivel molecular. Por tanto, tiene muy pocas irregularidades superficiales, incluso a nivel microscópico, lo que le confiere un bajo coeficiente de fricción.
Alta conductividad térmica
El diamante puede conducir el calor de forma muy eficiente, incluso más que algunos metales como el cobre. Esto se debe a la presencia de enlaces rígidos y átomos ligeros de carbono muy juntos.
Alta resistividad eléctrica
No hay electrones libres en la estructura del diamante (a diferencia del grafito, otro alótropo del carbono). Al no haber electrones libres, no hay nada que transporte carga en la estructura. El resultado es una elevada resistividad eléctrica.
Bajo coeficiente de expansión térmica
Elcoeficiente de expansión térmica es un factor que indica cuánto calor se necesita para expandir un material. El diamante no se dilata fácilmente con el calor debido a los fuertes enlaces covalentes entre los átomos de carbono, por lo que tiene un bajo coeficiente de dilatación térmica.
Baja Reactividad Química
Los átomos de Carbono de la estructura del Diamante son muy estables , ya que han completado su octeto y están dispuestos en una estructura estable. Por tanto, no reaccionan con ninguna sustancia, ni siquiera a temperaturas elevadas. Debido a su baja reactividad química, los Diamantes son muy resistentes a la corrosión.
Como los Diamantes no reaccionan fácilmente con nada, son biológicamente compatibles. Esta es en parte la razón por la que han sido un éxito en la industria joyera (junto con el hecho de que es un mineral raro).
Amplia transparencia óptica
La transparencia óptica sólo significa que los Diamantes dejan pasar los rayos de luz. Debido a la estructura cristalina del Diamante, los rayos de luz que van de la banda ultravioleta a la banda infrarroja pueden atravesarlo fácilmente.
Un cristal es un sólido en el que los átomos están dispuestos en un orden repetitivo de cierta estructura básica. Se dice que un material con una estructura cristalina es cristalino.
Usos del diamante
Las propiedades únicas del Diamante permiten utilizarlo en diversas aplicaciones industriales.
Joyería
La dureza, rareza, durabilidad y brillo del diamante lo convierten en una atractiva pieza de joyería.
Herramientas industriales
Sólo un material más duro que otro puede rayarlo o cortarlo. Y no hay material más duro que el diamante, por lo que es un material excelente para herramientas de corte como brocas, fresas, muelas, sierras, herramientas de pulido, etc.
Disipadores de calor
Los disipadores de calor son intercambiadores de calor que se utilizan para enfriar un componente. Los diamantes conducen el calor con gran eficacia y, por tanto, pueden calentarse y enfriarse fácil y rápidamente. Por eso se utilizan en disipadores de calor.
Ventanas de diamante
No son ventanas domésticas, sino ventanas de grandes máquinas láser, cámaras de vacío y máquinas de rayos X. Estas ventanas tienen una membrana de diamante muy fina. Se trata de una aplicación útil, ya que el uso de Diamante en estas membranas las hace duraderas y resistentes al calor y la abrasión.
Grabado
El diamante se utiliza en el grabado de piedras duras como el granito y el cuarzo.
Equipos de audio
El diamante se utiliza en agujas de tocadiscos y equipos de DJ. También se cree que el diamante mejora el audio, ya que las cúpulas de diamante pueden vibrar rápidamente sin deformar las ondas de audio y disminuir la calidad.
Equipamiento médico
Los diamantes se utilizan en herramientas dentales. Los nanodiamantes se utilizan en el tratamiento del cáncer. Los diamantes también tienen un uso potencial en la fabricación de implantes oculares biónicos para ayudar a los discapacitados visuales.
Símbolo del diamante en química
El símbolo del diamante en química es C, ya que está compuesto sólo por átomos de carbono con una organización específica.
Diamante - Puntos clave
- El diamante es un alótropo del carbono. Se forma de forma natural.
- La fórmula empírica del diamante es C. Es muy duro, el material más duro del mundo.
- Losátomos de carbono tienen enlaces covalentes en la estructura del diamante. Cada átomo de carbono forma enlaces simples con 4 átomos de carbono. Están dispuestos en una geometría tetraédrica en la estructura del Diamante.
- Tiene una alta conductividad térmica.
- Tiene una alta resistividad eléctrica. No hay electrones libres → no hay flujo de carga → no hay flujo de corriente.
- Baja reactividad química.
- Altaresistencia a la corrosión.
- Bajocoeficiente de dilatación térmica.
- Amplia transparencia óptica. Permite el paso de la luz de longitud de onda que va del ultravioleta al infrarrojo.
- Bajocoeficiente de fricción.
- El diamante se utiliza en joyería, herramientas industriales como herramientas de corte, esmerilado, pulido, etc., equipos médicos, equipos de audio, disipadores de calor. También se utiliza en el grabado de piedras duras como el granito y el cuarzo.
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