יהלום סינטטי

מינרלוגיה, מודיעה לנו שגם גרפיט וגם יהלום חולקים את אותו מרכיב כימי: פחמן. בגלל מבני הגביש השונים שלהם, הגרפיט רך, בעוד שהיהלום קשה.

תן לי להסביר יותר:

מבנה היהלום הוא סידור מעוקב במרכז הפנים המורכב מטטרהדרלית, כאשר אטום הפחמן המרכזי של כל טטרהדר קשור באופן קוולנטי בחיבור חזק וישיר לארבעת אטומי הפחמן בקודקודים. בשל האופי הרווי והכיווני של קשרים קוולנטיים, המבנה הופך לחזק במיוחד.

להבהרה נוספת:

המסגרת של יהלום מאופיינת בסריג מעוקב במרכז הפנים המורכב מטטרהדרות מחוברות זו לזו. בתוך כל טטרהדרון, אטום הפחמן המרכזי יוצר קשרים קוולנטיים עם ארבעת אטומי הפחמן שמסביב בפינות.

המאפיינים המובנים של קשרים קוולנטיים, במיוחד הרוויה והכיווניות שלהם, תורמים ליציבות ולחוזק הקיצונים של סידור זה.

המבנה הגבישי של הגרפיט מוצג באיור, שבו אטומי הפחמן מסודרים בשכבות משושה מישוריות, כאשר המרחק בין אטומי הפחמן בתוך המישור קטן ומקושרים בקשרים קוולנטיים, שהם חזקים ומוצקים. המרחק בין אטומי פחמן בשכבות סמוכות הוא גדול, קשור על ידי כוחות ואן דר ואלס, מה שמביא למרקם הרך של הגרפיט. לכן, גרפיט הוא גם חומר סיכה.

העיקרון הבסיסי של ייצור יהלומים מלאכותיים הוא לשנות את המבנה המשושה השכבתי של הגרפיט למבנה קוביות במרכז הפנים של יהלום. יהלומים סינתטיים מומרים כולם מגרפיט בתנאים של כ-5.6 עד 6 GPa של לחץ וטמפרטורות של כ-1300 מעלות.