Teemant
| Teemant | |
|---|---|
 |
|
| Omadused | |
| Keemiline valem | C |
| Mineraaliklass | ehedad elemendid |
| Molekulmass | 12,01 |
| Värvus | värvitu, valge, hall, kollane, sinakas, must |
| Tihedus (g/cm³) | 3,50...3,53 |
| Kõvadus | 10 (Mohsi astmik, etalonmineraal) |
| Lõhenevus | täiuslik |
| Süngoonia | kuubiline |
| Punktigrupp | kuubiline heksoktaeedriline |
| Kriips | värvitu |
| Murdepind | karpjas |
| Läige | teemandi |
| Kristallooptilised omadused | |
| Kaksikmurdumine | puudub |
| n | 2,4175...2,4178 |
Teemant on süsiniku allotroopne vorm.
Teemant on kuubilise süngoonia mineraal. Teemandi lõhenevuspindade vahele jäävad osad on oktaeedrilised. Lõhenevuse tõttu on teemant habras, eriti löökkoormustel.
Tema tihedus on 3,5 g/cm³. Teemant on kõige kõvem mineraal. Teemandist kõvem on vaid selle tehislik nanokristalliline vorm hüperteemant. Teoreetiliste arvutustega on näidatud, et mõned boornitriidi vormid peaksid olema teemandist kõvemad.[1]
Teemant on läbipaistev, kui defektid või lisandid tema läbipaistvust ei vähenda. Tal on suur murdumisnäitaja ja tugev dispersioon, ent kuubilise süngoonia tõttu puudub kaksikmurdumine. Puhas teemant ei juhi elektrit, kuid juhib väga hästi soojust – paremini kõigist tahketest ainetest, kaasa arvatud metallid.
Kuumutamisel reageerib teemant hapnikuga ja muude ainetega, samuti lahustub sulatatud metallides. Normaalrõhul on teemant metastabiilne, kuid teemandi muundumine grafiidiks toimub inertses keskkonnas märgatava kiirusega alles temperatuuridel üle 1200 °C. Mitmed süsinikku lahustavad metallid, sealhulgas raud, kiirendavad seda protsessi.
Teemandi lihvimisel saadakse hinnalisim vääriskivi briljant.
Maailma suurimad teemandikaevandused asuvad Lõuna-Aafrika Vabariigis ja Venemaal. Teemandid tekivad vahevöö ülaosas, kus nende moodustumiseks on piisav rõhk.
Sisukord |
[redigeeri] Ajalugu
Teemante on arvatavalt esmakordselt omaksvõetud ja kaevandatud Indias, kus seda võis leida sajandeid jõgede Penner, Krišna ja Godavari rohketest setetest. Teemante tuntakse Indias vähemalt viimased 3000, tõenäoliselt isegi 6000 aastat.[2]
Muistses Indias omasid teemandid väärtust kui religioossed ikoonid. Samuti kasutati teemante eelajaloolisel perioodil graveerimisvahendina.[3][4] Teemantide populaarsus on tõusnud alates 19. sajandist suurenenud tarnete, paranenud lõikamis- ja poleerimistehnika kasutuselevõtu, maailmamajanduse kasvu ja reklaamikampaaniate tõttu.[5]
Prantsuse keemik Antoine Lavoisier tõestas 1772. aastal katse abil, et teemant koosneb süsinikust. Katse käigus suunas ta läätsede abil koondatud päikesekiired teemandile, mis asetses hapnikurikkas keskkonnas. Põlemisprotsessi tulemusena eraldus vaid üks komponent – süsinikdioksiid. Aastal 1797 kordas ja täiendas sama katset Smithson Tennant, tõestades, et teemanti ja grafiidi põletamisel eraldub võrdne kogus süsihappegaasi.[6]
Antiikajast kuni tänapäevani kasutatakse lihvituid teemante eelkõige ehetena. Valguse lahutumine spektriks (dispersioon) on vääriskivide peamine gemmoloogiline näitaja. 20. sajandil on gemmoloogid välja töötanud meetodid teemantide ja teiste kalliskivide väärtuse hindamiseks. Selleks kasutatakse peamiselt nelja karakteristikut: massiühik karaatides, lõige (lihvi tüüp ja kvaliteet), värvus ja puhtus.[7]
[redigeeri] Looduslik moodustumine
Teemantide looduslikuks moodustumiseks on vajalik väga spetsiifiliste tingimuste täitmine – süsinikurikaste materjalide sattumine keskkonda, kus on kõrge rõhk väärtusega on 45–60 kbar (4,5–6 GPa) ja temperatuur 900–1300 °C. Need tingimused on täidetud Maa litosfääris (suhteliselt stabiilsete laamade all) ja meteoriitide kokkupõrke kraatrites.[8]
[redigeeri] Moodustumine kraatonites
Teemantide looduslikuks tekkeks vajalik rõhk ja temperatuur esineb litosfääris sügavusel 140–190 km, kuigi aeg-ajalt võivad nad moodustuda umbes 300 km sügavusel. Maa geotermiline gradient (temperatuuri muutus sügavuse kasvamisel) erineb märkimisväärselt erinevates geograafilistes piirkondades. Eriti kiiresti tõuseb temperatuur ookeanipõhja alustes Maa kihtides, ületades teemantide tekkeks vajalikku temperatuurivahemikku. Teemantide moodustumiseks vajalikud tingimused on täidetud kraatonis, milles pikaajaline viibimine võimaldab teemandikristallidel suuremaks kasvada.[9]
Süsiniku isotoopide uuringud (sarnased radiosüsiniku meetodile, v.a stabiilsed isotoobid 12C ja 13C) on näidanud, et teemantides sisalduv süsinik on nii orgaanilise kui ka anorgaanilise päritoluga. Teemandid võivad moodustuda anorgaanilisest süsinikust peridotiidist sügaval Maa vahevöös ja orgaanilisest süsinikust (detriidist), mis on läbi maakoore subduktsiooni käigus allapoole surutud. Nendel kahel erineval teemanti tekkematerjalil on erinevad 13C ja 12C väärtused. Maapinnale sattuvad teemandid on üsna vanad – alla miljardi kuni 3,3 miljardi aasta vanused (moodustab 22–73% Maa vanusest).[9]
[redigeeri] Muu tekkepäritoluga teemandid
Mitte kõik Maalt leitud teemandid pole meie planeedil tekkinud. Aafrikas ja Lõuna-Ameerikas leitud carbonado-tüüpi teemandid (ehk mustad teemandid) võisid Maale sattuda asteroididega umbes 3 miljardit aastat tagasi. Need teemandid võisid moodustuda tähtedevahelises keskkonnas, kuid tänapäeval puudub teadlaste vaheline konsensus, kus nad tegelikult tekkinud on.[10][11]
Teemandid võivad moodustuda looduslikes kõrge rõhu tingimustes. Väga väikeseid teemante (nanomeetrise kuni mikromeetrise läbimõõduga ehk nn mikro- ja nanoteemandid) on leitud meteoriidikraatritest. Kokkupõrke plahvatuse ajal esinev temperatuur ja rõhk võivad soodustada teemantide teket. Sellisel viisil moodustunud teemante saab kasutada indikaatorina eelajaloolise perioodi kraatrite asukoha määramisel.[8]
Teaduslikud tõestusmaterjalid viitavad sellele, et valgete kääbuste tuum koosneb kristalliseerunud süsinikust ja hapnikust. Avastatud valgetest kääbustest suurim (BPM 37093) asub Maast 50 valgusaasta (4,7×1014 km) kaugusel Kentauri tähtkujus. Harvard-Smithsonia astrofüüsika keskus kirjeldas ligi 4000 km läbimõõduga tähte kui teemanti,[12] mille hüüdnimeks sai Lucy The Beatles'i laulu "Lucy in the Sky With Diamonds" järgi.[13][14]
[redigeeri] Vahevööst maapinnani jõudmine
[redigeeri] Vulkaanilõõrid – teemantide transpordikoridorid
Teemanti kandev kivim jõuab vahevööst maapinnale sügavate vulkaanipursete abil. Sellise vulkaani magma peab asuma teemantide tekke, s.t rohkem kui 150 km sügavusel, mis on ligi kolm korda suurem sügavus kui tavalistel vulkaanidel. Vulkaanikraatrite läbimõõdud on tavaliselt väikesed ning nad on ühendatud magmakambriga vulkaanilõõri abil, kus vulkaanipurskeid toimub üsna harva. Pursete vaheajal on lõõrid täitunud tardunud vulkaanilise ja muu materjaliga. Pursete ajal kraatrid avanevad ning toimub vaba tsirkulatsioon, mille tõttu on lõõridest leitud palju ksenoliite, aga ka puitu ja fossiile. Teemante kandvad vulkaanilõõrid on lähedaselt seotud vanima ja jahedaima kontinentaalse maakoorega (kraatonid). Seda seetõttu, et kraatonid on üsna paksud ning nad ulatuvad piisavalt sügavale, kus teemandid on stabiilses olekus. Mitte kõik vulkaanilõõrid ei sisalda teemante ning veel vähem on selliseid, kust teemantide kaevandamine osutub majanduslikult tasuvaks.[9]
[redigeeri] Teemante kandvad kivimid ja indikaatormineraalid
Vulkaanilõõridesse tungiv magma on tavaliselt ühte tüüpi (kahest levinumast), mis kivistub vulkaaniliseks kivimiks – kimberliidiks või lamproiidiks. Magma ise ei sisalda teemante ning toimib selle asemel elevaatorina, mis kannab sügaval moodustunud kivimeid (ksenoliite), mineraale ja vedelikke ülespoole. Iseloomulikult kannavad need kivimid rikkalikult magneesiumisisaldusega oliviini, pürokseeni ja amfibooli rühma mineraale, mis on purske ajal ja pärast purset tihti muundunud kuumuse ja vedelike koosmõjul serpentiiniks.[9]
Teatud indikaatormineraalid esinevad tüüpiliselt koos teemante sisaldava kimberliidiga ning nende olemasolu kontrollivad teemandiotsijad vulkaanilõõrides. Need mineraalid sisaldavad rikkalikult kroomi või titaani, mis annavad mineraalidele eredama värvuse. Kõige levinumaks indikaatoriks on kroomi sisaldavad granaadid (tavaliselt punane püroop), eklogiidi granaadid, oranž titaan-püroop, punased kõrge kroom-spinellid, tume kromiit, ereroheline kroom-diopsiid, klaasjas roheline oliviin, must ilmeniit ja magnetiit. Kimberliidi sügavamad setted sisaldavad rohkem serpentiini ja on sinakad, maapinna lähedased setted on aga kollakad ja sisaldavad savimineraale, karbonaatkivimite murenemise ja oksüdatsiooni protsessi jääkprodukte.[9]
[redigeeri] Liikumise kiirus
Arvatavalt tõuseb magma kraatonist kiirusega paar sentimeetrit aastas. Teemandid peavad jõudma üles oluliselt kiiremini, sest vastasel juhul nad põleksid mõne päeva jooksul ära maakoores valitsevate tingimuste tõttu. Laborites tehtud katsed on näidanud, et teemanteid ümbritsevad sulakivimid toimivad omamoodi katalüsaatorina, mille lagunemisel eralduv süsinikdioksiid kiirendab oluliselt vääriskivide liikumiskiirust. Granaatide ja kimberliidiga tehtud katsed näitasid võimalikku liikumiskiirust vastavalt kuni 60 ja 14 km/h. Selliste kiiruste juures jõuaksid teemandid 140 kuni 200 km sügavuselt maapinnani vähem kui ühe ööpäevaga.[15][16]
[redigeeri] Peamised leiukohad
Kui teemandid on transporditud maapinna lähedusse, siis võivad nad erosiooniprotsessi tõttu sattuda vahetult maapinnale ning kanduda laiali suurele territooriumile. Vulkaanilõõre peetakse esmatähtsaks teemantide leiuallikaks. Tähtsuselt teisel kohal on leiukohad, kus teemandid on erosiooni tõttu maapinnal paljastunud ja vee ning tuule abil teatud kohtadesse kogunenud. Nende piirkondade hulka kuuluvad jõesetted ning setted olemasolevatel ja endistel rannikutel, kuhu teemandid võivad oma suuruse ja tiheduse tõttu koguneda. Harva võib teemante esineda ka liustikusetetes (äramärkimist väärivad Wisconsin ja Indiana), kuid võrreldes jõesetetega pole nende kaevandamine majanduslikult otstarbekas.[9]
[redigeeri] Teemandi struktuur
Teemandi kristallivõre moodustavad süsiniku aatomid, mis on omavahel ühendatud kovalentsete sidemetega. Iga süsiniku aatom on kristallivõres seotud nelja naaberaatomiga.[17] Sellist tüüpi kristallivõret, mille keskmetes paiknevad kovalentsete sidemetega seotud aatomid, nimetatakse aatomvõreks.
Teemandi kristallivõres on aatomid ühendatud tugevate kovalentsete sidemetega ja kristall on väga korrapärase ehitusega. Seetõttu ületab teemant kõvaduselt kõiki teisi lihtained [18] ja tal on väga kõrge sulamistemperatuur (peaaegu 4000 °C)[17]. Kuna kovalentsed sidemed on (erinevalt metallilisest sidemest) üsna jäigad, on teemant siiski suhteliselt habras.[19]
Teemandiga analoogilise ehitusega kristalle moodustavad näiteks ka lihtaine räni ja mitmed liitained (nt ränikarbiid ehk karborund SiC). Kvartsi kristall on aga keerulisema ehitusega: kristallivõre keskmetes asuvad räni aatomid pole kovelentsete sidemetega ühendatud mitte vahetult, vaid hapnikuaatomite kaudu.[20] Sünteetilistest ühenditest on sarnase struktuuriga näiteks mitmed boornitriidi vormid, mis on samuti väga kõvad ja selles osas võrreldavad teemandiga.[21]
[redigeeri] Viited
- ↑ "Harder than Diamond: Superior Indentation Strength of Wurtzite BN and Lonsdaleite". prl.aps.org, Kasutatud 02.03.2012. (inglise)
- ↑ Hershey, W. (1940). The Book of Diamonds. New York: Hearthside Press, 22–28. ISBN 1-4179-7715-9.
- ↑ Pliny the Elder (2004). Natural History: A Selection. Penguin Books, 371. ISBN 0-14-044413-0.
- ↑ "Chinese made first use of diamond". news.bbc.co.uk, Kasutatud 02.03.2012. (inglise)
- ↑ Edward Jay Epstein. "Have You Ever Tried To Sell a Diamond?". www.theatlantic.com, Kasutatud 02.03.2012. (inglise)
- ↑ Hazen, R. M (1999). The diamond makers. Cambridge University Press, 7–10. ISBN 0-521-65474-2.
- ↑ Hesse, R. W. (2007). Jewelrymaking through history. Greenwood Publishing Group, 42. ISBN 0-313-33507-9.
- ↑ 8,0 8,1 Carlson, R.W. (2005). The Mantle and Core. Elsevier, 248. ISBN 0-08-044848-8.
- ↑ 9,0 9,1 9,2 9,3 9,4 9,5 Erlich, E.I. (2002). Diamond Deposits. Society for Mining, Metallurgy, and Exploration, 74–94. ISBN 0-87335-213-0.
- ↑ Garai, J. (2006). "Infrared Absorption Investigations Confirm the Extraterrestrial Origin of Carbonado Diamonds". Astrophysical Journal 653 (2): L153–L156. doi:10.1086/510451. Bibcode: 2006ApJ...653L.153G.
- ↑ "Diamonds from Outer Space: Geologists Discover Origin of Earth's Mysterious Black Diamonds". www.nsf.gov, Kasutatud 02.03.2012. (inglise)
- ↑ "This Valentine's Day, Give The Woman Who Has Everything The Galaxy's Largest Diamond". www.cfa.harvard.edu, Center for Astrophysics. Kasutatud 02.03.2012. (inglise)
- ↑ Boser, U. (2008). "Diamonds on Demand". Smithsonian 39 (3): 52–59.
- ↑ Stephen Cauchi. "Biggest Diamond Out of This World". www.theage.com.au, Center for Astrophysics. Kasutatud 02.03.2012. (inglise)
- ↑ "Diamonds travel at 60 km per hour inside Earth". www.thefreelibrary.com, Kasutatud 02.03.2012. (inglise)
- ↑ Russell, James K. (2012). "Kimberlite ascent by assimilation-fuelled buoyancy". Nature 481 (7380): 352–356. doi:10.1038/nature10740.
- ↑ 17,0 17,1 "Giant Covalent Structures". www.chemguide.co.uk, Kasutatud 02.03.2012. (inglise)
- ↑ "Diamond and Graphite". www.enmu.edu, Kasutatud 02.03.2012. (inglise)
- ↑ "Metallic and Molecular Bonds". www.chemistrytutorials.org, Kasutatud 02.03.2012. (inglise)
- ↑ "Minerals". www.chemistryexplained.com, Kasutatud 02.03.2012. (inglise)
- ↑ "Properties and Information on Boron Nitride". www.azom.com, Kasutatud 02.03.2012. (inglise)
[redigeeri] Vaata ka
[redigeeri] Välislingid
 |
Pildid, videod ja helifailid Commonsis: Teemant |
