Kolefni - SÍÐA Í VINNSLU
Grafít og demantur – kristallað kolefni
Demantur er ekki eina steindin með efnasamsetningu hreins kolefnis. Örfáar aðrar steindir hafa nefnilega sömu efnasamsetningu og er grafít langalgengust þeirra. Grafít og demantur eru góð dæmi um það sem í steindafræði er kallað ,pólýmorf‘ (,polymorph‘ á ensku, stundum nefnt ,fjölgervi‘ á íslensku). Pólýmorf eru efnasambönd sem hafa sömu efnasamsetningu en ólíka kristalbyggingu. Ál-silikötin kýanít, andalúsít og sillimanít, sem nefnd eru hér að ofan, eru góð dæmi um pólýmorf sama efnasambands, Al2SiO5. Sama á við kalsít og aragónít, sem eru bæði pólýmorf kalsíum karbónats (CaCO3).
 |
| Fasarit kolefnis, sem sýnir við hvaða hita og þrýsting demantur og grafít eru stöðug. Lóðrétti ásinn til vinstri sýnir þrýsting í kílóbörum, en eitt kílóbar samsvarar tíu þúsund sinnum meiri þrýstingi en á yfirborði jarðar. Lóðrétti ásinn til hægri sýnir samsvarandi dýpi í jörðinni, svo það sést að á 200 km dýpi er þrýstingurinn 6 kílóbör. Á lárétta ásnum er svo hitastig í kelvinum. Fasaritið sýnir vel að það þarf gríðarlegan þrýsting til að demantur verði hið stöðuga form kolefnis. Frekari lýsing í megintextaum til vinstri. Mynd: Stjörnufræðivefurinn |
Yfirleitt eru pólýmorf efna mis-stöðug við ólíkar umhverfisaðstæður. Það birtist einkar vel í tilfelli kolefnis, því grafít og demantur eru hreint ekki stöðug við sömu aðstæður. Grafít er hið stöðuga form hreins kolefnis við yfirborðsaðstæður á jörðu, en demantur kristallast ekki nema við þær aðstæður sem ríkja djúpt ofan í jörðinni. Raunar þarf að fara afar djúpt niður í iður jarðar, um 140-190 km, til að komast í þær aðstæður sem þarf til að demantar geti myndast. Með því að rannsaka kristallabyggingu og efnasamsetningu demanta og annarra samvaxinna steinda er hægt að reikna út myndunaraðstæðurnar. Við getum hins vegar ekki sannreynt kenningar um myndun demanta, því við höfum enga möguleika á að bora svo djúpt ofan í jörðina.
Til að rannsaka myndunaraðstæður demanta útbúa vísindamenn gjarnan tölvulíkön, en enn betra er að herma eftir aðstæðunum. Það er gert með því að notast við gríðar-öflugar pressur, sem geta búið til sama þrýsting og hita og er til staðar niðri í jarðskorpunni og möttlinum. Þannig er hægt að ...
eð réttu ættu allir demantar að breytast yfir í grafít með tíð og tíma, þar sem orkustig grafíts er lægra en demants og því hagstætt hefur lægri . Það er reyndar alveg en sá tími sem þarf til að umkristalla demanti yfir í grafít er hins vegar svo gífurlega langur að við höfum ekki enn séð það gerast. Þriggja milljarða ára gamlir demantar eru enn jafn tærir og þegar þeir mynduðust. Jú, demantar ættu að umbreytast yfir í grafít við þær aðstæður sem ríkja á yfirborði jarðar, og raunar gera þeir það. Hins vegar tekur umbreytingin svo gífurlega langan tíma að við demantur er það sem kallað er hálfstöðugt (eða meta-stöðugt) form. Það þýðir að demantur er óstöðugur en þeir
myndir á gríðarmiklu dýpi myndast
* Demantar hálfstöðugir við yfirborðsaðstæður ...
* Demantar geta einnig myndast við árekstur loftsteina, sbr. rússneska loftsteinagíginn. Þá eykst þrýstingurinn gífurlega, án þess að hitna jafnmikið og djúpt ofan í jörðinni ...
Þeir eru hins vegar óstöðugir við yfirborðsaðstæður ...