El diamante es un mineral alótropo del carbono en el que los átomos de carbono están dispuestos en una variante de la estructura cristalina cúbica centrada en la cara denominada. El diamante es la segunda forma más estable de carbono, después del grafito; sin embargo, la tasa de conversión de diamante a grafito es despreciable a condiciones ambientales. El diamante tiene renombre específicamente como un material con características físicas superlativas, muchas de las cuales derivan del fuerte enlace covalente entre sus átomos. En particular, el diamante tiene la más alta dureza y conductividad térmica de todos los materiales conocidos por el ser humano. Estas propiedades determinan que la principal aplicación industrial del diamante sea en herramientas de corte y de pulido, además de otras aplicaciones. Un diamante de calidad superior es denominado un naife.
Es uno de los minerales con más valor del mundo por sus características físicas y ópticas. Debido a su estructura cristalina extremadamente rígida, puede ser contaminado por pocos tipos de impurezas, como el boro y el nitrógeno. Combinado con su gran transparencia (correspondiente a una amplia banda prohibida de 5,5 eV), esto resulta en la apariencia clara e incolora de la mayoría de diamantes naturales. Algunas pequeñas cantidades de defectos o impurezas (aproximadamente una parte por millón) inducen un color de diamante azul (boro), amarillo (nitrógeno), marrón (defectos cristalinos), verde, violeta, rosado, negro, naranja o rojo. El diamante también tiene una dispersión refractiva relativamente alta, esto es, la propiedad de dispersar luz de diferentes colores, lo que resulta en su lustre característico. Sus excelentes propiedades ópticas y mecánicas, combinadas con una mercadotecnia eficiente, hacen que el diamante sea la gema más popular.
La mayor parte de los diamantes naturales se forman en las condiciones de presión y temperatura extremas existentes a profundidades de 140 km a 190 km en el manto terrestre. Los minerales que contienen carbono proveen la fuente de carbono, y el crecimiento tiene lugar en períodos de 1 a 3,3 mil millones de años, lo que corresponde, aproximadamente, a entre el 75 % y el 25 % de la edad de la Tierra. Los diamantes son trasladados cerca de la superficie de la Tierra a través de erupciones volcánicas profundas por el magma, que se enfría en rocas ígneas conocidas como kimberlitas y lamproitas. Los diamantes también pueden ser producidos sintéticamente en un proceso de alta presión y alta temperatura que simula aproximadamente las condiciones en el manto de la Tierra. Una alternativa, y técnica completamente diferente, es la deposición química de vapor. Algunos materiales distintos al diamante, como la zirconia cúbica y carburo de silicio son denominados frecuentemente simulantes de diamantes, por semejarse al diamante en apariencia y muchas propiedades. Se han desarrollado técnicas gemológicas especiales para distinguir los naturales de los diamantes sintéticos y los simulantes de diamantes.
Historia mini|450px|Producción de plata y diamantes en 1912
El nombre diamantes deriva del griego antiguo ἀδάμας (adámas), «propio», «inalterable», «irrompible, indomable», de ἀ- (a-), «sin» + δαμάω (damáō), «yo gobierno, yo domo». Sin embargo, se piensa que los diamantes fueron reconocidos y minados por primera vez en la India, donde podrían haberse encontrado depósitos aluviales significativos hace muchos siglos a lo largo de los ríos Pennar, Krishna y Godavari. Se considera probado que los diamantes eran conocidos en la India desde hace al menos 3000 años y se conjetura que se conocieran hace ya 6000 años.
Los diamantes han sido atesorados como gemas desde su uso como iconos religiosos en la antigua India. Su uso en herramientas de grabado también se remonta a la historia humana más temprana. La popularidad de los diamantes ha ido creciendo desde el debido a su creciente suministro, mejores técnicas de corte y pulido, crecimiento en la economía mundial, y campañas de publicidad innovadoras y exitosas.
En 1813 Humphry Davy usó una lente para concentrar los rayos del sol en un diamante en una atmósfera de oxígeno y demostró que el único producto de la combustión era dióxido de carbono, demostrando que el diamante estaba compuesto de carbono. Posteriormente demostró que, en una atmósfera desprovista de oxígeno, el diamante se convierte en grafito.
El uso más familiar de los diamantes hoy en día es como gemas usadas para adorno, un uso que se remonta a la antigüedad. La dispersión de la luz blanca en los colores espectrales es la característica gemológica primaria de las gemas diamantes. En el expertos en el campo de la gemología han desarrollado métodos para clasificar a los diamantes y otras gemas, basándose en las características más importantes de su valor como gema. Las cuatro características, conocidas informalmente como las cuatro C, desarrolladas por el GIA, son usadas ahora de un modo común como descriptores básicos de los diamantes: estos son carat, cut, colour y clarity (peso, talla, color y pureza).
El Cullinan, o Estrella del Sur, es el mayor diamante hallado en toda la historia del que se tenga conocimiento. Su valor era incalculable, hasta tal punto que debió ser troceado en varios fragmentos. Hay muchos diamantes en el mundo, pero muy pocos que puedan compararse al Cullinan extraído de una mina que sir Thomas Cullinan poseía a 40 kilómetros de Pretoria, Sudáfrica, pesaba en bruto 3.106 quilates (621 gramos) y fue entregado como regalo de cumpleaños al rey británico Eduardo VII.
Propiedades materiales
miniatura|El diamante y el grafito son dos alótropos del carbono: formas puras del mismo elemento, pero que difieren en estructura.
Un diamante es un cristal transparente de átomos de carbono enlazados tetraedralmente (sp3) que cristaliza en la red de diamante, que es una variación de la estructura cúbica centrada en cara. Los diamantes se han adaptado para muchos usos, debido a las excepcionales características físicas. Las más notables son su dureza extrema y su conductividad térmica (900–2.320 W/(m·K)), así como la amplia banda prohibida y alta dispersión óptica. Sobre los 1.700 °C (1.973 K / 3.583 °F) en el vacío o en atmósfera libre de oxígeno, el diamante se convierte en grafito; en aire la transformación empieza aproximadamente a 700 °C. Los diamantes existentes en la naturaleza tienen una densidad que va desde 3,15–3,53 g/cm³, con diamantes muy puros generalmente en el extremo cercano a los 3,52 g/cm³.
Dureza miniatura|La dureza extrema del diamante en ciertas orientaciones lo hace útil en la ciencia de los materiales, como en este diamante piramidal incrustado en la superficie de trabajo de un probador de dureza Vickers
El diamante es el material natural más duro conocido hasta el momento (aunque en 2009 se iniciaron unos estudios que parecen demostrar que la lonsdaleíta es un 58% más dura) en el que la dureza está definida como la resistencia a la rayadura. El diamante tiene una dureza de 10 (la máxima) en la escala de Mohs de dureza de minerales.
Los diamantes naturales más duros en el mundo son los de los campos de Copeton y Bingara, ubicados en el área de New England en Nueva Gales del Sur, Australia. Fueron llamados can-ni-faire ("no puede hacerse nada con ellos", una combinación del inglés "can" = poder, italiano "ni" = no y el francés "faire" = hacer) por los cortadores en Amberes cuando empezaron a llegar en cantidades desde Australia en la década de 1870. Estos diamantes son generalmente pequeños, octaedros perfectos a semiperfectos, y se usan para pulir otros diamantes. Su dureza está asociada con la forma de crecimiento del cristal, que es en una sola etapa. La mayor parte de los otros diamantes muestran más evidencias de múltiples etapas de crecimiento, lo que produce inclusiones, fallas y planos de defectos en la red cristalina, todo lo cual afecta a su dureza. Es posible tratar diamantes regulares bajo una combinación de presión y temperatura altas para producir diamantes que son más duros que los diamantes usados en dispositivos de dureza.
La dureza de los diamantes contribuye a su aptitud como gema. Debido a que solo pueden ser rayados por otros diamantes, mantienen su pulido extremadamente bien. A diferencia de otras gemas se adaptan bien al uso diario debido a su resistencia al rayado; tal vez esto contribuye a su popularidad como la gema preferida en anillos de compromiso y anillos de matrimonio, que suelen ser usados todos los días durante décadas.
El uso industrial de los diamantes ha sido asociado históricamente con su dureza; esta propiedad hace al diamante el material ideal para herramientas de cortado y pulido. Como material natural más duro conocido, el diamante puede ser usado para pulir, cortar, o erosionar cualquier material, incluyendo otros diamantes. Las adaptaciones industriales comunes de esta habilidad incluyen brocas y sierras, y el uso de polvo de diamante como abrasivo. Los diamantes de grado industrial menos caros, conocidos como bort, con muchas fallas y color más pobre que las gemas, son usados para tales propósitos.
El diamante no es apto para maquinarias de aleaciones ferrosas a altas velocidades, puesto que el carbono es soluble en hierro a las altas temperaturas creadas por la maquinaria de alta velocidad, conduciendo a un desgaste incrementado en las herramientas de diamante cuando se las compara con alternativas.
Estas sustancias pueden rayar al diamante: Algunos diamantes son más duros que otros. Los agregados nanocristalinos de diamantes producidos por tratamiento de presión alta y temperatura alta del grafito o fullerenos (C60). Nitruro de boro cúbico (Borazón) Una forma hexagonal del diamante denominada lonsdaleíta, que se ha predicho teóricamente ser 58% más fuerte que el diamante.
Conductividad eléctrica Otras aplicaciones especializadas también existen o están siendo desarrolladas, incluyendo su uso como semiconductores: algunos diamantes azules son semiconductores naturales, en contraste a la mayoría de otros diamantes, que son excelentes aislantes eléctricos. La conductividad y color azul se originan de la impureza de boro. El boro sustituye a átomos de carbono en la red de diamante, donando un hueco en la banda de valencia.
Comúnmente se observa una conductividad sustancial en diamantes nominalmente no dopados, que han crecido por deposición química de vapor. Esta conductividad está asociada con especies relacionadas con el hidrógeno adsorbido en la superficie, y puede ser eliminada por recocido u otros tratamientos de superficie.
Tenacidad La tenacidad se refiere a la habilidad del material de resistir la ruptura debido a un impacto fuerte. La tenacidad del diamante natural ha sido medida como 2,0 MPa·m1/2, y el factor de intensidad de tensión crítica es 3,4 MN·m−3/2. Estos valores son altos comparados con otras gemas, pero bajos comparados con la mayoría de materiales de ingeniería. Como con cualquier material, la geometría microscópica de un diamante contribuye a su resistencia a la fractura. El diamante tiene un plano de fractura y de ahí es más frágil en algunas orientaciones que en otras. Los cortadores de diamantes usan este atributo para quebrar algunas piedras, como paso previo al facetado.
Color
derecha|miniatura|Diamantes de color marrón en el Museo Nacional de Historia Natural del Instituto Smithsoniano derecha|miniatura|El diamante de color más famoso, el diamante Hope