El diamante es una forma sólida del elemento carbono, cuyos átomos están dispuestos en una estructura cristalina denominada diamante cúbico . El diamante, como forma de carbono, es un sólido insípido, inodoro, fuerte, quebradizo, incoloro en estado puro, mal conductor de la electricidad e insoluble en agua. Otra forma sólida de carbono, conocida como grafito , es la forma químicamente estable del carbono a temperatura y presión ambiente , pero el diamante es metaestable y se convierte en él a una velocidad insignificante en esas condiciones. El diamante tiene la mayor dureza y conductividad térmica de todos los materiales naturales, propiedades que se utilizan en las principales aplicaciones industriales, como las herramientas de corte y pulido. También son la razón por la que las celdas de yunque de diamante pueden someter los materiales a presiones que se encuentran en las profundidades de la Tierra.
Debido a que la disposición de los átomos en el diamante es extremadamente rígida, pocos tipos de impurezas pueden contaminarlo (dos excepciones son el boro y el nitrógeno ). Una pequeña cantidad de defectos o impurezas (aproximadamente una por millón de átomos de la red) pueden colorear un diamante de azul (boro), amarillo (nitrógeno), marrón (defectos), verde (exposición a la radiación), violeta, rosa, naranja o rojo. El diamante también tiene un índice de refracción muy alto y una dispersión óptica relativamente alta .
La mayoría de los diamantes naturales tienen edades comprendidas entre 1.000 y 3.500 millones de años. La mayoría se formaron a profundidades de entre 150 y 250 kilómetros (93 y 155 millas) en el manto de la Tierra , aunque algunos han llegado a 800 kilómetros (500 millas) de profundidad. Bajo alta presión y temperatura, fluidos que contenían carbono disolvieron varios minerales y los reemplazaron con diamantes. Mucho más recientemente (hace cientos a decenas de millones de años), fueron llevados a la superficie en erupciones volcánicas y depositados en rocas ígneas conocidas como kimberlitas y lamproitas .
Los diamantes sintéticos se pueden obtener a partir de carbono de alta pureza bajo altas presiones y temperaturas o a partir de gases de hidrocarburos mediante deposición química en fase de vapor (CVD). Los diamantes de imitación también se pueden fabricar a partir de materiales como la circonia cúbica y el carburo de silicio . Los diamantes naturales, sintéticos y de imitación se distinguen más comúnmente mediante técnicas ópticas o mediciones de conductividad térmica.
El diamante es una forma sólida de carbono puro con sus átomos dispuestos en un cristal. El carbono sólido se presenta en diferentes formas conocidas como alótropos dependiendo del tipo de enlace químico. Los dos alótropos más comunes del carbono puro son el diamante y el grafito . En el grafito, los enlaces son híbridos orbitales sp 2 y los átomos se forman en planos, cada uno unido a tres vecinos más cercanos, separados por 120 grados. En el diamante, son sp 3 y los átomos forman tetraedros, cada uno unido a cuatro vecinos más cercanos. [4] [5] Los tetraedros son rígidos, los enlaces son fuertes y, de todas las sustancias conocidas, el diamante tiene el mayor número de átomos por unidad de volumen, por lo que es el más duro y el menos compresible . [6] [7] También tiene una alta densidad, que va desde 3150 a 3530 kilogramos por metro cúbico (más de tres veces la densidad del agua) en diamantes naturales y 3520 kg/m 3 en diamante puro. [2] En el grafito, los enlaces entre los vecinos más cercanos son aún más fuertes, pero los enlaces entre planos adyacentes paralelos son débiles, por lo que los planos se deslizan fácilmente uno sobre el otro. Por lo tanto, el grafito es mucho más blando que el diamante. Sin embargo, los enlaces más fuertes hacen que el grafito sea menos inflamable. [8]
Los diamantes se han adoptado para muchos usos debido a las características físicas excepcionales del material. Tiene la conductividad térmica más alta y la velocidad del sonido más alta. Tiene baja adhesión y fricción, y su coeficiente de expansión térmica es extremadamente bajo. Su transparencia óptica se extiende desde el infrarrojo lejano hasta el ultravioleta profundo y tiene una alta dispersión óptica . También tiene una alta resistencia eléctrica. Es químicamente inerte, no reacciona con la mayoría de las sustancias corrosivas y tiene una excelente compatibilidad biológica. [9]
Las condiciones de presión y temperatura de equilibrio para una transición entre el grafito y el diamante están bien establecidas teórica y experimentalmente. La presión de equilibrio varía linealmente con la temperatura, entre1,7 GPa en0 K y12 GPa en5000 K (el punto triple diamante/grafito/líquido ). [10] [11] Sin embargo, las fases tienen una amplia región alrededor de esta línea donde pueden coexistir. A temperatura y presión estándar , 20 °C (293 K) y 1 atmósfera estándar (0,10 MPa), la fase estable del carbono es el grafito, pero el diamante es metaestable y su tasa de conversión a grafito es insignificante. [7] Sin embargo, a temperaturas superiores a aproximadamenteA 4500 K , el diamante se convierte rápidamente en grafito. La rápida conversión del grafito en diamante requiere presiones muy por encima de la línea de equilibrio:2000 K , una presión deSe necesitan 35 GPa . [10]
Por encima del punto triple grafito-diamante-carbono líquido, el punto de fusión del diamante aumenta lentamente con el aumento de la presión; pero a presiones de cientos de GPa, disminuye. [12] A altas presiones, el silicio y el germanio tienen una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo BC8 , y se predice una estructura similar para el carbono a altas presiones.0 K , se predice que la transición ocurrirá en1100 GPa . [13]
Los resultados publicados en un artículo de la revista científica Nature Physics en 2010 sugieren que, a presiones y temperaturas ultraaltas (alrededor de 10 millones de atmósferas o 1 TPa y 50.000 °C), el diamante se funde formando un fluido metálico. Las condiciones extremas requeridas para que esto ocurra están presentes en los gigantes de hielo Neptuno y Urano . Ambos planetas están compuestos de aproximadamente un 10 por ciento de carbono y podrían contener hipotéticamente océanos de carbono líquido. Dado que grandes cantidades de fluido metálico pueden afectar al campo magnético, esto podría servir como explicación de por qué los polos geográficos y magnéticos de los dos planetas no están alineados. [14] [15]
La estructura cristalina más común del diamante se denomina diamante cúbico . Está formada por celdas unitarias (ver la figura) apiladas entre sí. Aunque hay 18 átomos en la figura, cada átomo de esquina es compartido por ocho celdas unitarias y cada átomo en el centro de una cara es compartido por dos, por lo que hay un total de ocho átomos por celda unitaria. [16] La longitud de cada lado de la celda unitaria se denota por a y es de 3,567 angstroms . [17]
La distancia del vecino más cercano en la red del diamante es 1,732 a /4, donde a es la constante de la red, normalmente expresada en Angstrøms como a = 3,567 Å, que es 0,3567 nm.
Una red cúbica de diamante puede considerarse como dos redes cúbicas interpenetrantes centradas en las caras , una desplazada por 1 ⁄ 4 de la diagonal a lo largo de una celda cúbica, o como una red con dos átomos asociados con cada punto de la red. [17] Visto desde una dirección cristalográfica <1 1 1> , está formado por capas apiladas en un patrón ABCABC repetido. Los diamantes también pueden formar una estructura ABAB, que se conoce como diamante hexagonal o lonsdaleíta , pero esto es mucho menos común y se forma en condiciones diferentes del carbono cúbico. [18]
Los diamantes se presentan con mayor frecuencia como octaedros euédricos o redondeados y octaedros maclados conocidos como maclas . Como la estructura cristalina del diamante tiene una disposición cúbica de los átomos, tienen muchas facetas que pertenecen a un cubo , octaedro, rombicosidodecaedro , tetrakis hexaedro o disdiakis dodecaedro . Los cristales pueden tener bordes redondeados e inexpresivos y pueden ser alargados. Los diamantes (especialmente aquellos con caras cristalinas redondeadas) se encuentran comúnmente recubiertos de nyf , una piel opaca similar a la goma. [19]
Algunos diamantes contienen fibras opacas. Se denominan opacos si las fibras crecen a partir de un sustrato transparente o fibrosos si ocupan todo el cristal. Sus colores varían del amarillo al verde o al gris, a veces con impurezas blancas o grises similares a nubes. Su forma más común es cuboidal, pero también pueden formar octaedros, dodecaedros, maclas o formas combinadas. La estructura es el resultado de numerosas impurezas con tamaños entre 1 y 5 micrones. Estos diamantes probablemente se formaron en magma de kimberlita y tomaron muestras de los volátiles. [20]
Los diamantes también pueden formar agregados policristalinos. Ha habido intentos de clasificarlos en grupos con nombres como boart , ballas , stewartite y framesite, pero no hay un conjunto de criterios ampliamente aceptado. [20] El carbonado, un tipo en el que los granos de diamante se sinterizaron (se fusionaron sin fundirse mediante la aplicación de calor y presión), es de color negro y más resistente que el diamante monocristalino. [21] Nunca se ha observado en una roca volcánica. Hay muchas teorías sobre su origen, incluida la formación en una estrella, pero no hay consenso. [20] [22] [23]
El diamante es el material más duro en la escala cualitativa de Mohs . Para realizar la prueba de dureza cuantitativa Vickers , se golpean muestras de materiales con una pirámide de dimensiones estandarizadas utilizando una fuerza conocida (se utiliza un cristal de diamante para la pirámide para permitir que se pruebe una amplia gama de materiales). A partir del tamaño de la indentación resultante, se puede determinar un valor de dureza Vickers para el material. La gran dureza del diamante en relación con otros materiales se conoce desde la antigüedad y es el origen de su nombre. Esto no significa que sea infinitamente duro, indestructible o irrayable. [24] De hecho, los diamantes pueden ser rayados por otros diamantes [25] y desgastados con el tiempo incluso por materiales más blandos, como los discos de vinilo . [26]
La dureza del diamante depende de su pureza, perfección cristalina y orientación: la dureza es mayor para los cristales puros e impecables orientados en la dirección <111> (a lo largo de la diagonal más larga de la red cúbica del diamante). [27] Por lo tanto, mientras que podría ser posible rayar algunos diamantes con otros materiales, como el nitruro de boro , los diamantes más duros solo pueden ser rayados por otros diamantes y agregados de diamantes nanocristalinos .
La dureza del diamante contribuye a su idoneidad como piedra preciosa. Como solo puede rayarse con otros diamantes, mantiene su pulido muy bien. A diferencia de muchas otras gemas, es ideal para el uso diario debido a su resistencia a los arañazos, lo que quizás contribuya a su popularidad como la gema preferida en los anillos de compromiso o de boda , que suelen usarse todos los días.
Los diamantes naturales más duros provienen principalmente de los yacimientos de Copeton y Bingara , ubicados en el área de Nueva Inglaterra en Nueva Gales del Sur , Australia. Estos diamantes son generalmente pequeños, octaedros perfectos a semiperfectos, y se utilizan para pulir otros diamantes. Su dureza está asociada con la forma de crecimiento del cristal , que es un crecimiento del cristal de una sola etapa. La mayoría de los demás diamantes muestran más evidencia de múltiples etapas de crecimiento, que producen inclusiones, fallas y planos de defectos en la red cristalina, todo lo cual afecta su dureza. Es posible tratar diamantes regulares bajo una combinación de alta presión y alta temperatura para producir diamantes que son más duros que los diamantes utilizados en los medidores de dureza. [28]
Los diamantes cortan el vidrio, pero esto no identifica positivamente un diamante porque otros materiales, como el cuarzo, también se encuentran por encima del vidrio en la escala de Mohs y también pueden cortarlo. Los diamantes pueden rayar a otros diamantes, pero esto puede resultar en daño a una o ambas piedras. Las pruebas de dureza se utilizan con poca frecuencia en la gemología práctica debido a su naturaleza potencialmente destructiva. [29] La extrema dureza y el alto valor del diamante significa que las gemas generalmente se pulen lentamente, utilizando técnicas tradicionales minuciosas y una mayor atención al detalle que en el caso de la mayoría de las otras piedras preciosas; [30] esto tiende a dar como resultado facetas extremadamente planas y muy pulidas con bordes de facetas excepcionalmente afilados. Los diamantes también poseen un índice de refracción extremadamente alto y una dispersión bastante alta. En conjunto, estos factores afectan la apariencia general de un diamante pulido y la mayoría de los diamantistas aún dependen del uso experto de una lupa para identificar los diamantes "a simple vista". [31]
Algo relacionada con la dureza es otra propiedad mecánica , la tenacidad , que es la capacidad de un material para resistir la rotura por un impacto fuerte. La tenacidad del diamante natural se ha medido como 50–65 MPa ·m 1/2 . [ contradictorio ] [32] [33] Este valor es bueno en comparación con otros materiales cerámicos, pero pobre en comparación con la mayoría de los materiales de ingeniería, como las aleaciones de ingeniería, que normalmente muestran una tenacidad superior a 80 MPa ·m 1/2 . Como con cualquier material, la geometría macroscópica de un diamante contribuye a su resistencia a la rotura. El diamante tiene un plano de clivaje y, por lo tanto, es más frágil en algunas orientaciones que en otras. Los cortadores de diamantes utilizan este atributo para hender algunas piedras antes de facetarlas. [34] La "tenacidad al impacto" es uno de los principales índices para medir la calidad de los diamantes industriales sintéticos.
El diamante tiene una resistencia a la compresión de 130 a 140 GPa. [35] Este valor excepcionalmente alto, junto con la dureza y la transparencia del diamante, son las razones por las que las celdas de yunque de diamante son la herramienta principal para los experimentos de alta presión. [36] Estos yunques han alcanzado presiones de600 GPa . [37] Se pueden lograr presiones mucho más altas con diamantes nanocristalinos . [36] [37]
Por lo general, intentar deformar un cristal de diamante a granel mediante tensión o flexión da como resultado una fractura frágil. Sin embargo, cuando el diamante monocristalino tiene la forma de alambres o agujas a escala micro o nanométrica (de ~100 a 300 nanómetros de diámetro y micrómetros de longitud), se puede estirar elásticamente hasta un 9 a 10 por ciento sin fallar, [38] con una tensión de tracción local máxima de aproximadamente 89 a 98 GPa , [39] muy cerca del límite teórico para este material. [40]
También existen o se están desarrollando otras aplicaciones especializadas, incluido el uso como semiconductores : algunos diamantes azules son semiconductores naturales, en contraste con la mayoría de los diamantes, que son excelentes aislantes eléctricos . La conductividad y el color azul se originan a partir de la impureza de boro. El boro sustituye a los átomos de carbono en la red del diamante, donando un hueco en la banda de valencia . [41]
En los diamantes no dopados obtenidos por deposición química de vapor , se observa habitualmente una conductividad considerable . Esta conductividad está asociada a especies relacionadas con el hidrógeno adsorbidas en la superficie y se puede eliminar mediante recocido u otros tratamientos de superficie. [42] [43]
Es posible hacer que agujas delgadas de diamante varíen su banda electrónica desde los 5,6 eV normales hasta casi cero mediante deformación mecánica selectiva. [44]
Las obleas de diamante de alta pureza de 5 cm de diámetro presentan una resistencia perfecta en una dirección y una conductancia perfecta en la otra, lo que crea la posibilidad de utilizarlas para el almacenamiento de datos cuánticos. El material contiene solo 3 partes por millón de nitrógeno. El diamante se cultivó en un sustrato escalonado, lo que eliminó el agrietamiento. [45]
Los diamantes son naturalmente lipofílicos e hidrófobos , lo que significa que la superficie de los diamantes no se puede mojar con agua, pero sí se puede mojar y adherir fácilmente con aceite. Esta propiedad se puede utilizar para extraer diamantes utilizando aceite al fabricar diamantes sintéticos. Sin embargo, cuando las superficies de los diamantes se modifican químicamente con ciertos iones, se espera que se vuelvan tan hidrófilos que puedan estabilizar múltiples capas de hielo de agua a la temperatura corporal humana . [46]
La superficie de los diamantes está parcialmente oxidada. La superficie oxidada se puede reducir mediante un tratamiento térmico bajo flujo de hidrógeno. Es decir, este tratamiento térmico elimina parcialmente los grupos funcionales que contienen oxígeno. Pero los diamantes (sp 3 C) son inestables frente a altas temperaturas (por encima de unos 400 °C (752 °F)) bajo presión atmosférica. La estructura cambia gradualmente a sp 2 C por encima de esta temperatura. Por lo tanto, los diamantes deben reducirse por debajo de esta temperatura. [47]
A temperatura ambiente, los diamantes no reaccionan con ningún reactivo químico, incluidos ácidos y bases fuertes.
En una atmósfera de oxígeno puro, el diamante tiene un punto de ignición que oscila entre los 690 °C (1274 °F) y los 840 °C (1540 °F); los cristales más pequeños tienden a arder más fácilmente. Aumenta su temperatura de rojo a blanco y arde con una llama azul pálida, y continúa ardiendo después de que se retira la fuente de calor. Por el contrario, en el aire la combustión cesará tan pronto como se elimine el calor porque el oxígeno se diluye con nitrógeno. Un diamante claro, impecable y transparente se convierte completamente en dióxido de carbono; cualquier impureza quedará en forma de ceniza. [48] El calor generado al cortar un diamante no encenderá el diamante, [49] y tampoco lo hará un encendedor de cigarrillos, [50] pero los incendios domésticos y los sopletes son lo suficientemente calientes. Los joyeros deben tener cuidado al moldear el metal en un anillo de diamantes. [51]
El polvo de diamante de un tamaño de grano adecuado (alrededor de 50 micras) arde con una lluvia de chispas después de encenderse con una llama. En consecuencia, se pueden preparar composiciones pirotécnicas a base de polvo de diamante sintético . Las chispas resultantes son del color rojo anaranjado habitual, comparable al carbón, pero muestran una trayectoria muy lineal que se explica por su alta densidad. [52] El diamante también reacciona con gas flúor por encima de aproximadamente 700 °C (1292 °F).
El diamante tiene una banda prohibida amplia de5,5 eV correspondiente a la longitud de onda ultravioleta profunda de 225 nanómetros. Esto significa que el diamante puro debería transmitir luz visible y aparecer como un cristal transparente e incoloro. Los colores en el diamante se originan a partir de defectos de la red e impurezas. La red cristalina del diamante es excepcionalmente fuerte, y solo los átomos de nitrógeno , boro e hidrógeno pueden introducirse en el diamante durante el crecimiento en concentraciones significativas (hasta porcentajes atómicos). Los metales de transición níquel y cobalto , que se utilizan comúnmente para el crecimiento del diamante sintético mediante técnicas de alta presión y alta temperatura, se han detectado en el diamante como átomos individuales; la concentración máxima es del 0,01% para el níquel [53] e incluso menos para el cobalto. Prácticamente cualquier elemento puede introducirse en el diamante mediante implantación de iones. [54]
El nitrógeno es, con mucho, la impureza más común que se encuentra en los diamantes de gemas y es responsable del color amarillo y marrón de los diamantes. El boro es responsable del color azul. [55] El color en el diamante tiene dos fuentes adicionales: la irradiación (generalmente por partículas alfa), que causa el color en los diamantes verdes, y la deformación plástica de la red cristalina del diamante. La deformación plástica es la causa del color en algunos diamantes marrones [56] y quizás rosados y rojos. [57] En orden de rareza creciente, el diamante amarillo es seguido por el marrón, incoloro, luego por el azul, verde, negro, rosa, naranja, morado y rojo. [34] Los diamantes "negros", o carbonado , no son realmente negros, sino que contienen numerosas inclusiones oscuras que dan a las gemas su apariencia oscura. Los diamantes coloreados contienen impurezas o defectos estructurales que causan la coloración, mientras que los diamantes puros o casi puros son transparentes e incoloros. La mayoría de las impurezas del diamante reemplazan un átomo de carbono en la red cristalina , conocido como defecto de carbono . La impureza más común, el nitrógeno, causa una coloración amarilla leve a intensa según el tipo y la concentración de nitrógeno presente. [34] El Instituto Gemológico de América (GIA) clasifica los diamantes amarillos y marrones de baja saturación como diamantes en el rango de color normal y aplica una escala de clasificación de "D" (incoloro) a "Z" (amarillo claro). Los diamantes amarillos de alta saturación de color o de un color diferente, como rosa o azul, se denominan diamantes de color fantasía y se incluyen en una escala de clasificación diferente. [34]
En 2008, el diamante Wittelsbach , un diamante azul de 35,56 quilates (7,112 g) que perteneció al rey de España, alcanzó más de 24 millones de dólares en una subasta de Christie's. [58] En mayo de 2009, un diamante azul de 7,03 quilates (1,406 g) alcanzó el precio por quilate más alto jamás pagado por un diamante cuando se vendió en una subasta por 10,5 millones de francos suizos (6,97 millones de euros, o 9,5 millones de dólares estadounidenses en ese momento). [59] Sin embargo, ese récord se batió el mismo año: un diamante rosa intenso de 5 quilates (1,0 g) se vendió por 10,8 millones de dólares estadounidenses en Hong Kong el 1 de diciembre de 2009. [60]
La claridad es una de las 4 C (color, claridad, corte y peso en quilates) que ayuda a identificar la calidad de los diamantes. El Instituto Gemológico de América (GIA) desarrolló 11 escalas de claridad para decidir la calidad de un diamante por su valor de venta. La escala de claridad del GIA abarca desde impecable (FL) hasta con inclusiones (I), pasando por impecable internamente (IF), muy, muy ligeramente incluidas (VVS), muy ligeramente incluidas (VS) y ligeramente incluidas (SI) entre ambas. Las impurezas en los diamantes naturales se deben a la presencia de minerales y óxidos naturales. La escala de claridad clasifica el diamante en función del color, el tamaño, la ubicación de la impureza y la cantidad de claridad visible con un aumento de 10x. [61] Las inclusiones en el diamante se pueden extraer mediante métodos ópticos. El proceso consiste en tomar imágenes de pre-mejora, identificar la parte de eliminación de inclusiones y, finalmente, eliminar las facetas y los ruidos del diamante. [62]
Entre el 25% y el 35% de los diamantes naturales presentan algún grado de fluorescencia cuando se examinan bajo luz ultravioleta invisible de onda larga o fuentes de radiación de mayor energía, como rayos X y láseres. [63] La iluminación incandescente no hará que un diamante emita fluorescencia. Los diamantes pueden emitir fluorescencia en una variedad de colores, incluidos el azul (el más común), el naranja, el amarillo, el blanco, el verde y, muy raramente, el rojo y el morado. Aunque no se comprenden bien las causas, se cree que las variaciones en la estructura atómica, como la cantidad de átomos de nitrógeno presentes, contribuyen al fenómeno.
Los diamantes se pueden identificar por su alta conductividad térmica (900–2320 W·m −1 ·K −1 ). [64] Su alto índice de refracción también es indicativo, pero otros materiales tienen una refractividad similar.
Los diamantes son extremadamente raros, con concentraciones de como máximo partes por mil millones en la roca madre. [20] Antes del siglo XX, la mayoría de los diamantes se encontraban en depósitos aluviales . También se encuentran diamantes sueltos a lo largo de las costas existentes y antiguas , donde tienden a acumularse debido a su tamaño y densidad. [65] : 149 En raras ocasiones, se han encontrado en till glacial (notablemente en Wisconsin e Indiana ), pero estos depósitos no son de calidad comercial. [65] : 19 Estos tipos de depósitos se derivaron de intrusiones ígneas localizadas a través de la erosión y el transporte por el viento o el agua . [66]
La mayoría de los diamantes provienen del manto de la Tierra , y la mayor parte de esta sección analiza esos diamantes. Sin embargo, existen otras fuentes. Algunos bloques de la corteza, o terranes , han sido enterrados lo suficientemente profundos a medida que la corteza se engrosaba, por lo que experimentaron un metamorfismo de presión ultraalta . Estos tienen microdiamantes distribuidos uniformemente que no muestran signos de transporte por magma. Además, cuando los meteoritos golpean el suelo, la onda de choque puede producir temperaturas y presiones lo suficientemente altas para que se formen microdiamantes y nanodiamantes . [66] Los microdiamantes de tipo impacto se pueden utilizar como un indicador de antiguos cráteres de impacto. [67] La estructura de impacto de Popigai en Rusia puede tener el depósito de diamantes más grande del mundo, estimado en billones de quilates, y formado por el impacto de un asteroide. [68]
Un error muy común es creer que los diamantes se forman a partir de carbón altamente comprimido . El carbón se forma a partir de plantas prehistóricas enterradas, y la mayoría de los diamantes que han sido datados son mucho más antiguos que las primeras plantas terrestres . Es posible que los diamantes se puedan formar a partir de carbón en zonas de subducción , pero los diamantes formados de esta manera son raros, y la fuente de carbono es más probable que sean rocas carbonatadas y carbono orgánico en sedimentos, en lugar de carbón. [69] [70]
Los diamantes están lejos de estar distribuidos uniformemente sobre la Tierra. Una regla empírica conocida como la regla de Clifford establece que casi siempre se encuentran en kimberlitas en la parte más antigua de los cratones , los núcleos estables de los continentes con edades típicas de 2.500 millones de años o más. [66] [71] : 314 Sin embargo, hay excepciones. La mina de diamantes Argyle en Australia , el mayor productor de diamantes por peso del mundo, está ubicada en un cinturón móvil , también conocido como cinturón orogénico , [72] una zona más débil que rodea el cratón central que ha sufrido tectónica de compresión. En lugar de kimberlita , la roca anfitriona es lamproíta . También se encuentran lamproítas con diamantes que no son económicamente viables en Estados Unidos, India y Australia. [66] Además, los diamantes en el cinturón Wawa de la provincia Superior en Canadá y los microdiamantes en el arco insular de Japón se encuentran en un tipo de roca llamada lamprofira . [66]
Las kimberlitas se pueden encontrar en diques y umbrales estrechos (de 1 a 4 metros), y en tuberías con diámetros que varían de unos 75 m a 1,5 km. La roca fresca es de color verde azulado oscuro a gris verdoso, pero después de la exposición se vuelve rápidamente marrón y se desmorona. [73] Es una roca híbrida con una mezcla caótica de pequeños minerales y fragmentos de roca ( clastos ) hasta del tamaño de sandías. Son una mezcla de xenocristales y xenolitos (minerales y rocas transportados desde la corteza inferior y el manto), trozos de roca superficial, minerales alterados como la serpentina y nuevos minerales que cristalizaron durante la erupción. La textura varía con la profundidad. La composición forma un continuo con las carbonatitas , pero estas últimas tienen demasiado oxígeno para que el carbono exista en forma pura. En cambio, está encerrado en el mineral calcita ( Ca C O
3). [66]
Las tres rocas que contienen diamantes (kimberlita, lamproíta y lamprofira) carecen de ciertos minerales ( melilita y kalsilita ) que son incompatibles con la formación de diamantes. En la kimberlita , el olivino es grande y visible, mientras que la lamproíta tiene tiflogopita y la lamprofira tiene biotita y anfíbol . Todos ellos se derivan de tipos de magma que brotan rápidamente a partir de pequeñas cantidades de material fundido, son ricos en volátiles y óxido de magnesio , y son menos oxidantes que los materiales fundidos del manto más comunes, como el basalto . Estas características permiten que los materiales fundidos lleven los diamantes a la superficie antes de que se disuelvan. [66]
Las chimeneas de kimberlita pueden ser difíciles de encontrar. Se desgastan rápidamente (en unos pocos años después de la exposición) y tienden a tener un relieve topográfico menor que la roca circundante. Si son visibles en afloramientos, los diamantes nunca son visibles porque son muy raros. En cualquier caso, las kimberlitas a menudo están cubiertas de vegetación, sedimentos, suelos o lagos. En las búsquedas modernas, los métodos geofísicos como los estudios aeromagnéticos , la resistividad eléctrica y la gravimetría , ayudan a identificar regiones prometedoras para explorar. Esto es ayudado por la datación isotópica y el modelado de la historia geológica. Luego, los topógrafos deben ir al área y recolectar muestras, buscando fragmentos de kimberlita o minerales indicadores . Estos últimos tienen composiciones que reflejan las condiciones en las que se forman los diamantes, como el agotamiento extremo del fundido o las altas presiones en las eclogitas . Sin embargo, los minerales indicadores pueden ser engañosos; un mejor enfoque es la geotermobarometría , donde las composiciones de los minerales se analizan como si estuvieran en equilibrio con los minerales del manto. [66]
Para encontrar kimberlitas se necesita perseverancia, y sólo una pequeña fracción contiene diamantes comercialmente viables. Los únicos descubrimientos importantes desde aproximadamente 1980 se han producido en Canadá. Dado que las minas existentes tienen una vida útil de tan sólo 25 años, podría haber escasez de nuevos diamantes en el futuro. [66]
Los diamantes se datan analizando inclusiones utilizando la desintegración de isótopos radiactivos. Dependiendo de las abundancias elementales, se puede observar la desintegración de rubidio a estroncio , samario a neodimio , uranio a plomo , argón-40 a argón-39 o renio a osmio . Los que se encuentran en las kimberlitas tienen edades que van desde 1 a 3.5 mil millones de años , y puede haber múltiples edades en la misma kimberlita, lo que indica múltiples episodios de formación de diamantes. Las propias kimberlitas son mucho más jóvenes. La mayoría de ellas tienen edades entre decenas de millones y 300 millones de años, aunque hay algunas excepciones más antiguas (Argyle, Premier y Wawa). Por lo tanto, las kimberlitas se formaron independientemente de los diamantes y sirvieron solo para transportarlos a la superficie. [20] [66] Las kimberlitas también son mucho más jóvenes que los cratones por los que han entrado en erupción. Se desconoce el motivo de la falta de kimberlitas más antiguas, pero sugiere que se produjo algún cambio en la química o la tectónica del manto. En la historia de la humanidad no ha habido erupción de kimberlitas. [66]
La mayoría de los diamantes de calidad gema provienen de profundidades de entre 150 y 250 km en la litosfera . Dichas profundidades se encuentran debajo de los cratones en las quillas del manto , la parte más gruesa de la litosfera. Estas regiones tienen una presión y una temperatura lo suficientemente altas como para permitir la formación de diamantes y no son convectivas, por lo que los diamantes pueden almacenarse durante miles de millones de años hasta que una erupción de kimberlita los muestre. [66]
Las rocas anfitrionas en una quilla del manto incluyen harzburgita y lherzolita , dos tipos de peridotita . El tipo de roca más dominante en el manto superior , la peridotita, es una roca ígnea que consiste principalmente en los minerales olivino y piroxeno ; es baja en sílice y alta en magnesio . Sin embargo, los diamantes en peridotita rara vez sobreviven el viaje a la superficie. [66] Otra fuente común que mantiene intactos los diamantes es la eclogita , una roca metamórfica que generalmente se forma a partir del basalto cuando una placa oceánica se hunde en el manto en una zona de subducción . [20]
Una fracción más pequeña de diamantes (se han estudiado unos 150) proviene de profundidades de 330 a 660 km, una región que incluye la zona de transición . Se formaron en eclogita, pero se distinguen de los diamantes de origen más superficial por inclusiones de majorita (una forma de granate con exceso de silicio). Una proporción similar de diamantes proviene del manto inferior a profundidades entre 660 y 800 km. [20]
El diamante es termodinámicamente estable a altas presiones y temperaturas, y la transición de fase del grafito ocurre a temperaturas mayores a medida que aumenta la presión. Por lo tanto, debajo de los continentes se vuelve estable a temperaturas de 950 grados Celsius y presiones de 4,5 gigapascales, correspondientes a profundidades de 150 kilómetros o más. En las zonas de subducción, que son más frías, se vuelve estable a temperaturas de 800 °C y presiones de 3,5 gigapascales. A profundidades superiores a 240 km, están presentes fases metálicas de hierro y níquel y es probable que el carbono esté disuelto en ellas o en forma de carburos . Por lo tanto, el origen más profundo de algunos diamantes puede reflejar entornos de crecimiento inusuales. [20] [66]
En 2018 se encontraron las primeras muestras naturales conocidas de una fase de hielo llamada Hielo VII como inclusiones en muestras de diamantes. Las inclusiones se formaron a profundidades de entre 400 y 800 km, a caballo entre el manto superior e inferior, y brindan evidencia de fluido rico en agua a estas profundidades. [75] [76]
El manto tiene aproximadamente mil millones de gigatoneladas de carbono (a modo de comparación, el sistema atmósfera-océano tiene alrededor de 44.000 gigatoneladas). [77] El carbono tiene dos isótopos estables , 12 C y 13 C , en una proporción de aproximadamente 99:1 en masa. [66] Esta proporción tiene un amplio rango en los meteoritos, lo que implica que también varió mucho en la Tierra primitiva. También puede alterarse por procesos superficiales como la fotosíntesis . La fracción generalmente se compara con una muestra estándar utilizando una proporción δ 13 C expresada en partes por mil. Las rocas comunes del manto, como los basaltos, carbonatitas y kimberlitas, tienen proporciones entre −8 y −2. En la superficie, los sedimentos orgánicos tienen un promedio de −25 mientras que los carbonatos tienen un promedio de 0. [20]
Las poblaciones de diamantes de diferentes orígenes tienen distribuciones de δ 13 C que varían notablemente. Los diamantes peridotíticos se encuentran en su mayoría dentro del rango típico del manto; los diamantes eclogíticos tienen valores de −40 a +3, aunque el pico de la distribución está en el rango del manto. Esta variabilidad implica que no se forman a partir de carbono primordial ( que reside en el manto desde que se formó la Tierra). En cambio, son el resultado de procesos tectónicos, aunque (dadas las edades de los diamantes) no necesariamente los mismos procesos tectónicos que actúan en el presente. [66]
Los diamantes en el manto se forman a través de un proceso metasomático donde un fluido o material fundido C–O–H–N–S disuelve los minerales en una roca y los reemplaza con nuevos minerales. (El término vago C–O–H–N–S se usa comúnmente porque no se conoce la composición exacta). Los diamantes se forman a partir de este fluido ya sea por reducción de carbono oxidado (por ejemplo, CO 2 o CO 3 ) o por oxidación de una fase reducida como el metano . [20]
Utilizando sondas como la luz polarizada, la fotoluminiscencia y la catodoluminiscencia , se puede identificar una serie de zonas de crecimiento en los diamantes. El patrón característico de los diamantes de la litosfera implica una serie casi concéntrica de zonas con oscilaciones muy finas en la luminiscencia y episodios alternos donde el carbono es reabsorbido por el fluido y luego crece de nuevo. Los diamantes de debajo de la litosfera tienen una textura más irregular, casi policristalina, que refleja las temperaturas y presiones más altas, así como el transporte de los diamantes por convección. [66]
La evidencia geológica apoya un modelo en el que el magma de kimberlita se eleva a 4-20 metros por segundo, creando un camino ascendente mediante la fracturación hidráulica de la roca. A medida que la presión disminuye, una fase de vapor se exuelve del magma, y esto ayuda a mantener el magma fluido. En la superficie, la erupción inicial explota a través de fisuras a altas velocidades (más de 200 m/s (450 mph)). Luego, a presiones más bajas, la roca se erosiona, formando una tubería y produciendo roca fragmentada ( brecha ). A medida que la erupción disminuye, hay una fase piroclástica y luego el metamorfismo y la hidratación producen serpentinitas . [66]
En casos excepcionales, se han encontrado diamantes que contienen una cavidad dentro de la cual hay un segundo diamante. El primer diamante doble, la Matrioska , fue encontrado por Alrosa en Yakutia , Rusia, en 2019. [78] Otro fue encontrado en el campo de diamantes de Ellendale en Australia Occidental en 2021. [79]
Aunque los diamantes en la Tierra son raros, son muy comunes en el espacio. En los meteoritos , alrededor del tres por ciento del carbono está en forma de nanodiamantes , que tienen diámetros de unos pocos nanómetros. Se pueden formar diamantes suficientemente pequeños en el frío del espacio porque su energía superficial menor los hace más estables que el grafito. Las firmas isotópicas de algunos nanodiamantes indican que se formaron fuera del Sistema Solar en estrellas. [80]
Los experimentos de alta presión predicen que grandes cantidades de diamantes se condensan a partir del metano en una "lluvia de diamantes" en los planetas gigantes de hielo Urano y Neptuno . [81] [82] [83] Algunos planetas extrasolares pueden estar compuestos casi en su totalidad de diamantes. [84]
Los diamantes pueden existir en estrellas ricas en carbono, particularmente enanas blancas . Una teoría sobre el origen del carbonado , la forma más resistente de diamante, es que se originó en una enana blanca o una supernova . [85] [86] Los diamantes formados en estrellas pueden haber sido los primeros minerales. [87]
Los usos más conocidos de los diamantes en la actualidad son como piedras preciosas que se utilizan como adorno y como abrasivos industriales para cortar materiales duros. Los mercados de diamantes de calidad industrial y de calidad gema valoran los diamantes de manera diferente.
La dispersión de la luz blanca en colores espectrales es la característica gemológica principal de los diamantes gema. En el siglo XX, los expertos en gemología desarrollaron métodos para clasificar los diamantes y otras piedras preciosas en función de las características más importantes para su valor como gema. Cuatro características, conocidas informalmente como las cuatro C , se utilizan ahora comúnmente como descriptores básicos de los diamantes: estas son su masa en quilates (un quilate equivale a 0,2 gramos), corte (la calidad del corte se clasifica según las proporciones , la simetría y el pulido ), color (qué tan cerca del blanco o incoloro; para los diamantes de fantasía, qué tan intenso es su tono) y claridad (qué tan libre está de inclusiones ). Un diamante grande y sin defectos se conoce como paragon . [88]
Existe un gran comercio de diamantes de calidad gema. Aunque la mayoría de los diamantes de calidad gema se venden recién pulidos, existe un mercado bien establecido para la reventa de diamantes pulidos (por ejemplo, casas de empeño, subastas, joyerías de segunda mano, diamantistas, bolsas, etc.). Una característica distintiva del comercio de diamantes de calidad gema es su notable concentración: el comercio al por mayor y el tallado de diamantes se limita a solo unos pocos lugares; en 2003, el 92% de los diamantes del mundo se cortaron y pulieron en Surat , India . [89] Otros centros importantes de corte y comercio de diamantes son el distrito de diamantes de Amberes en Bélgica , donde tiene su sede el Instituto Gemológico Internacional , Londres , el Distrito de Diamantes en la ciudad de Nueva York , el Distrito de la Bolsa de Diamantes en Tel Aviv y Ámsterdam . Un factor que contribuye es la naturaleza geológica de los depósitos de diamantes: varias minas primarias de gran tamaño de kimberlita representan cada una porciones significativas de la cuota de mercado (como la mina Jwaneng en Botswana, que es una única mina de gran tamaño que puede producir entre 12.500.000 y 15.000.000 de quilates (2.500 y 3.000 kg) de diamantes al año [90] ). Los depósitos de diamantes aluviales secundarios, por otra parte, tienden a estar fragmentados entre muchos operadores diferentes porque pueden estar dispersos en muchos cientos de kilómetros cuadrados (por ejemplo, los depósitos aluviales en Brasil). [ cita requerida ]
La producción y distribución de diamantes está en gran medida consolidada en manos de unos pocos actores clave, y concentrada en centros tradicionales de comercio de diamantes, siendo el más importante Amberes, donde se manejan el 80% de todos los diamantes en bruto , el 50% de todos los diamantes tallados y más del 50% de todos los diamantes en bruto, tallados e industriales combinados. [91] Esto convierte a Amberes en una "capital mundial del diamante" de facto. [92] La ciudad de Amberes también alberga el Antwerpsche Diamantkring , creado en 1929 para convertirse en la primera y más grande bolsa de diamantes dedicada a los diamantes en bruto. [93] Otro centro importante de diamantes es la ciudad de Nueva York, donde se venden casi el 80% de los diamantes del mundo, incluidas las ventas en subastas. [91]
La empresa De Beers , como la mayor empresa minera de diamantes del mundo, tiene una posición dominante en la industria, y la ha tenido desde poco después de su fundación en 1888 por el empresario británico Cecil Rhodes . De Beers es actualmente el mayor operador mundial de instalaciones de producción de diamantes (minas) y canales de distribución de diamantes de calidad gema. La Diamond Trading Company (DTC) es una subsidiaria de De Beers y comercializa diamantes en bruto de las minas operadas por De Beers. De Beers y sus subsidiarias poseen minas que producen alrededor del 40% de la producción mundial anual de diamantes. Durante la mayor parte del siglo XX, más del 80% de los diamantes en bruto del mundo pasaron por De Beers, [94] pero para 2001-2009 la cifra había disminuido a alrededor del 45%, [95] y para 2013 la participación de mercado de la empresa había disminuido aún más a alrededor del 38% en términos de valor e incluso menos en volumen. [96] De Beers vendió la gran mayoría de sus reservas de diamantes a finales de los años 1990 y principios de los años 2000 [97] y el resto representa en gran medida existencias de trabajo (diamantes que se clasifican antes de la venta). [98] Esto fue bien documentado en la prensa [99] pero sigue siendo poco conocido para el público en general.
Como parte de la reducción de su influencia, De Beers se retiró de la compra de diamantes en el mercado abierto en 1999 y dejó, a fines de 2008, de comprar diamantes rusos extraídos por la compañía de diamantes rusa más grande, Alrosa . [100] A partir de enero de 2011, De Beers afirma que solo vende diamantes de los siguientes cuatro países: Botsuana, Namibia, Sudáfrica y Canadá. [101] Alrosa tuvo que suspender sus ventas en octubre de 2008 debido a la crisis energética mundial , [ cita requerida ] pero la compañía informó que había reanudado la venta de diamantes en bruto en el mercado abierto en octubre de 2009. [102] Además de Alrosa, otras importantes compañías mineras de diamantes incluyen BHP , que es la compañía minera más grande del mundo; [103] Rio Tinto , propietario de las minas de diamantes Argyle (100%), Diavik (60%) y Murowa (78%); [104] y Petra Diamonds , propietaria de varias minas de diamantes importantes en África.
Más abajo en la cadena de suministro, los miembros de la Federación Mundial de Bolsas de Diamantes (WFDB) actúan como un medio para el intercambio de diamantes al por mayor, comercializando tanto diamantes pulidos como en bruto. La WFDB está formada por bolsas de diamantes independientes en los principales centros de corte, como Tel Aviv, Amberes, Johannesburgo y otras ciudades de los EE. UU., Europa y Asia. [34] En 2000, la WFDB y la Asociación Internacional de Fabricantes de Diamantes establecieron el Consejo Mundial de Diamantes para evitar el comercio de diamantes utilizados para financiar guerras y actos inhumanos. Las actividades adicionales de la WFDB incluyen el patrocinio del Congreso Mundial de Diamantes cada dos años, así como la creación del Consejo Internacional de Diamantes (IDC) para supervisar la clasificación de diamantes. [105]
Una vez adquiridos por Sightholders (que es un término de marca registrada que se refiere a las empresas que tienen un contrato de suministro de tres años con DTC), los diamantes se cortan y pulen en preparación para la venta como piedras preciosas (las piedras "industriales" se consideran un subproducto del mercado de piedras preciosas; se utilizan para abrasivos). [106] El corte y pulido de diamantes en bruto es una habilidad especializada que se concentra en un número limitado de lugares en todo el mundo. [106] Los centros tradicionales de corte de diamantes son Amberes, Ámsterdam , Johannesburgo, Nueva York y Tel Aviv. Recientemente, se han establecido centros de corte de diamantes en China, India, Tailandia , Namibia y Botsuana. [106] Los centros de corte con menor costo de mano de obra, en particular Surat en Gujarat, India , manejan una mayor cantidad de diamantes de quilates más pequeños, mientras que es más probable que se manipulen cantidades más pequeñas de diamantes más grandes o más valiosos en Europa o América del Norte. La reciente expansión de esta industria en la India, que emplea mano de obra de bajo costo, ha permitido preparar diamantes más pequeños como gemas en mayores cantidades de lo que antes era económicamente factible. [91]
Los diamantes preparados como piedras preciosas se venden en bolsas de diamantes llamadas bourses . Hay 28 bolsas de diamantes registradas en el mundo. [107] Las bolsas son el paso final estrictamente controlado en la cadena de suministro de diamantes; los mayoristas e incluso los minoristas pueden comprar lotes relativamente pequeños de diamantes en las bolsas, después de lo cual se preparan para la venta final al consumidor. Los diamantes se pueden vender ya engastados en joyas o sin engastar ("sueltos"). Según Rio Tinto, en 2002 los diamantes producidos y lanzados al mercado se valoraron en 9.000 millones de dólares estadounidenses como diamantes en bruto, 14.000 millones de dólares estadounidenses después de ser cortados y pulidos, 28.000 millones de dólares estadounidenses en joyas de diamantes al por mayor y 57.000 millones de dólares estadounidenses en ventas minoristas. [108]
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Los diamantes en bruto extraídos se convierten en gemas mediante un proceso de varios pasos llamado "talla". Los diamantes son extremadamente duros, pero también frágiles y se pueden partir con un solo golpe. Por lo tanto, el tallado de diamantes se considera tradicionalmente un procedimiento delicado que requiere habilidades, conocimientos científicos, herramientas y experiencia. Su objetivo final es producir una joya facetada donde los ángulos específicos entre las facetas optimizarían el brillo del diamante, es decir, la dispersión de la luz blanca, mientras que el número y el área de las facetas determinarían el peso del producto final. La reducción de peso al cortar es significativa y puede ser del orden del 50%. [109] Se consideran varias formas posibles, pero la decisión final a menudo está determinada no solo por consideraciones científicas, sino también prácticas. Por ejemplo, el diamante podría estar destinado a exhibirse o usarse, en un anillo o un collar, solo o rodeado de otras gemas de cierto color y forma. [110] Algunos de ellos pueden considerarse clásicos, como los diamantes redondos , pera , marquesa , ovalados , corazones y flechas , etc. Algunos de ellos son especiales, producidos por ciertas empresas, por ejemplo, los diamantes Phoenix, Cushion, Sole Mio, etc. [111]
La parte del tallado que más tiempo requiere es el análisis preliminar de la piedra en bruto. Es necesario abordar una gran cantidad de cuestiones, conlleva mucha responsabilidad y, por lo tanto, puede durar años en el caso de diamantes únicos. Se tienen en cuenta las siguientes cuestiones:
Después del corte inicial, el diamante se va dando forma en numerosas etapas de pulido. A diferencia del corte, que es una operación responsable pero rápida, el pulido elimina material mediante una erosión gradual y requiere mucho tiempo. La técnica asociada está bien desarrollada; se considera una rutina y puede ser realizada por técnicos. [113] Después del pulido, el diamante se vuelve a examinar para detectar posibles defectos, ya sean persistentes o inducidos por el proceso. Esos defectos se ocultan mediante diversas técnicas de mejora del diamante , como el repulido, el relleno de grietas o la disposición inteligente de la piedra en la joyería. Las inclusiones restantes que no son de diamante se eliminan mediante la perforación con láser y el relleno de los huecos producidos. [29]
El marketing ha afectado significativamente la imagen del diamante como un bien valioso.
NW Ayer & Son , la firma de publicidad contratada por De Beers a mediados del siglo XX, logró revivir el mercado estadounidense de diamantes y creó nuevos mercados en países donde antes no existía una tradición de diamantes. El marketing de NW Ayer incluía la colocación de productos , publicidad centrada en el producto de diamantes en sí en lugar de en la marca De Beers, y asociaciones con celebridades y la realeza. Sin publicitar la marca De Beers, De Beers también estaba publicitando los productos de diamantes de sus competidores, [114] pero esto no era una preocupación ya que De Beers dominó el mercado de diamantes durante todo el siglo XX. La cuota de mercado de De Beers cayó temporalmente al segundo lugar en el mercado mundial por debajo de Alrosa tras la crisis económica mundial de 2008, hasta menos del 29% en términos de quilates extraídos, en lugar de vendidos. [115] La campaña duró décadas, pero se interrumpió efectivamente a principios de 2011. De Beers todavía anuncia diamantes, pero la publicidad ahora promueve principalmente sus propias marcas o líneas de productos con licencia, en lugar de productos de diamantes completamente "genéricos". [115] La campaña fue quizás mejor capturada por el eslogan " un diamante es para siempre ". [116] Este eslogan ahora lo usa De Beers Diamond Jewelers, [117] una empresa de joyería que es una empresa conjunta al 50/50% entre la empresa minera De Beers y LVMH , el conglomerado de artículos de lujo.
Los diamantes de color marrón constituían una parte importante de la producción de diamantes y se utilizaban predominantemente con fines industriales. Se consideraban inútiles para la joyería (ni siquiera se evaluaban en la escala de colores de los diamantes ). Después del desarrollo de la mina de diamantes Argyle en Australia en 1986 y su comercialización, los diamantes marrones se han convertido en gemas aceptables. [118] [119] El cambio se debió principalmente a las cifras: la mina Argyle, con sus 35.000.000 de quilates (7.000 kg) de diamantes al año, produce aproximadamente un tercio de la producción mundial de diamantes naturales; [120] el 80% de los diamantes Argyle son marrones. [121]
Los diamantes industriales son valorados principalmente por su dureza y conductividad térmica, lo que hace que muchas de las características gemológicas de los diamantes, como las 4 C , sean irrelevantes para la mayoría de las aplicaciones. El ochenta por ciento de los diamantes extraídos (equivalentes a unos 135.000.000 de quilates (27.000 kg) al año) no son aptos para su uso como piedras preciosas y se utilizan industrialmente. [122] Además de los diamantes extraídos, los diamantes sintéticos encontraron aplicaciones industriales casi inmediatamente después de su invención en la década de 1950; en 2014, se produjeron 4.500.000.000 de quilates (900.000 kg) de diamantes sintéticos, el 90% de los cuales se produjeron en China. Aproximadamente el 90% de la granalla de molienda de diamantes es actualmente de origen sintético. [123]
La frontera entre los diamantes de calidad gema y los diamantes industriales está mal definida y depende en parte de las condiciones del mercado (por ejemplo, si la demanda de diamantes pulidos es alta, algunas piedras de menor calidad se pulirán para convertirlas en piedras preciosas de baja calidad o pequeñas en lugar de venderse para uso industrial). Dentro de la categoría de diamantes industriales, existe una subcategoría que comprende las piedras de menor calidad, en su mayoría opacas, que se conocen como bort . [124]
El uso industrial de los diamantes se ha asociado históricamente con su dureza, lo que hace que el diamante sea el material ideal para herramientas de corte y pulido. Como el material natural más duro conocido, el diamante se puede utilizar para pulir, cortar o desgastar cualquier material, incluidos otros diamantes. Las aplicaciones industriales comunes de esta propiedad incluyen brocas y sierras con punta de diamante, y el uso de polvo de diamante como abrasivo . Los diamantes de grado industrial menos costosos (bort) con más defectos y un color más pobre que las gemas, se utilizan para tales fines. [125] El diamante no es adecuado para mecanizar aleaciones ferrosas a altas velocidades, ya que el carbono es soluble en hierro a las altas temperaturas creadas por el mecanizado de alta velocidad, lo que genera un desgaste mucho mayor en las herramientas de diamante en comparación con las alternativas. [126]
Las aplicaciones especializadas incluyen el uso en laboratorios como contención para experimentos de alta presión (ver celda de yunque de diamante ), cojinetes de alto rendimiento y uso limitado en ventanas especializadas . [124] Con los avances continuos que se están realizando en la producción de diamantes sintéticos, las aplicaciones futuras se están volviendo factibles. La alta conductividad térmica del diamante lo hace adecuado como disipador de calor para circuitos integrados en electrónica . [127]
Se extraen anualmente aproximadamente 130.000.000 de quilates (26.000 kg) de diamantes, con un valor total de casi 9.000 millones de dólares estadounidenses, y se sintetizan anualmente alrededor de 100.000 kg (220.000 lb). [128]
Aproximadamente el 49% de los diamantes provienen de África central y meridional , aunque se han descubierto fuentes importantes del mineral en Canadá , India , Rusia , Brasil y Australia . [123] Se extraen de chimeneas volcánicas de kimberlita y lamproita, que pueden traer cristales de diamantes, originarios de las profundidades de la Tierra, donde las altas presiones y temperaturas les permiten formarse, a la superficie. La extracción y distribución de diamantes naturales son temas de frecuente controversia, como las preocupaciones por la venta de diamantes de sangre o diamantes de conflicto por parte de grupos paramilitares africanos . [129] La cadena de suministro de diamantes está controlada por un número limitado de empresas poderosas, y también está altamente concentrada en un pequeño número de lugares alrededor del mundo.
Sólo una fracción muy pequeña del mineral de diamante está formada por diamantes reales. El mineral se tritura, durante lo cual se requiere cuidado para no destruir los diamantes más grandes, y luego se clasifica por densidad. Hoy en día, los diamantes se ubican en la fracción de densidad rica en diamantes con la ayuda de fluorescencia de rayos X , después de lo cual los pasos finales de clasificación se realizan a mano. Antes de que el uso de rayos X se volviera común, [109] la separación se hacía con cintas de grasa; los diamantes tienen una tendencia más fuerte a adherirse a la grasa que los otros minerales en el mineral. [34]
Históricamente, los diamantes se encontraron solo en depósitos aluviales en el distrito de Guntur y Krishna del delta del río Krishna en el sur de la India . [130] India lideró el mundo en la producción de diamantes desde el momento de su descubrimiento en aproximadamente el siglo IX a. C. [131] [132] hasta mediados del siglo XVIII d. C., pero el potencial comercial de estas fuentes se había agotado a fines del siglo XVIII y en ese momento India fue eclipsada por Brasil, donde se encontraron los primeros diamantes no indios en 1725. [131] Actualmente, una de las minas indias más importantes se encuentra en Panna . [133]
La extracción de diamantes de depósitos primarios (kimberlitas y lamproitas) comenzó en la década de 1870, tras el descubrimiento de los yacimientos de diamantes de Sudáfrica. [134] La producción ha aumentado con el tiempo y ahora se han extraído un total acumulado de 4.500.000.000 de quilates (900.000 kg) desde esa fecha. [135] El veinte por ciento de esa cantidad se ha extraído en los últimos cinco años y, durante los últimos 10 años, nueve nuevas minas han comenzado a producir; cuatro más están a la espera de abrirse pronto. La mayoría de estas minas se encuentran en Canadá, Zimbabue, Angola y una en Rusia. [135]
En los EE. UU., se han encontrado diamantes en Arkansas , Colorado , Nuevo México , Wyoming y Montana . [136] [137] En 2004, el descubrimiento de un diamante microscópico en los EE. UU. condujo a la toma de muestras masivas en enero de 2008 de chimeneas de kimberlita en una parte remota de Montana. El Parque Estatal Crater of Diamonds en Arkansas está abierto al público y es la única mina en el mundo donde el público puede excavar en busca de diamantes. [137]
Hoy en día, la mayoría de los depósitos de diamantes comercialmente viables se encuentran en Rusia (principalmente en la República de Sakha , por ejemplo, la tubería Mir y la tubería Udachnaya ), Botswana , Australia ( Australia del Norte y Occidental ) y la República Democrática del Congo . [138] En 2005, Rusia produjo casi una quinta parte de la producción mundial de diamantes, según el British Geological Survey . Australia cuenta con la tubería diamantífera más rica, con una producción de la mina de diamantes Argyle que alcanzó niveles máximos de 42 toneladas métricas por año en la década de 1990. [136] [139] También se están extrayendo activamente depósitos comerciales en los Territorios del Noroeste de Canadá y Brasil. [123] Los buscadores de diamantes continúan buscando en el mundo tuberías de kimberlita y lamproita que contengan diamantes.
En algunos de los países de África central y occidental más inestables políticamente, grupos revolucionarios han tomado el control de las minas de diamantes y han utilizado los ingresos de las ventas de diamantes para financiar sus operaciones. Los diamantes vendidos mediante este proceso se conocen como diamantes de conflicto o diamantes de sangre . [129]
En respuesta a las preocupaciones públicas de que sus compras de diamantes estaban contribuyendo a la guerra y a los abusos de los derechos humanos en África central y occidental , las Naciones Unidas , la industria del diamante y las naciones que comercian con diamantes introdujeron el Proceso de Kimberley en 2002. [140] El Proceso de Kimberley tiene como objetivo garantizar que los diamantes de zonas en conflicto no se mezclen con los diamantes que no están controlados por esos grupos rebeldes. Esto se hace exigiendo a los países productores de diamantes que proporcionen pruebas de que el dinero que ganan con la venta de los diamantes no se utiliza para financiar actividades criminales o revolucionarias. Aunque el Proceso de Kimberley ha tenido un éxito moderado en limitar el número de diamantes de zonas en conflicto que entran en el mercado, algunos todavía encuentran su camino. Según la Asociación Internacional de Fabricantes de Diamantes, los diamantes de zonas en conflicto constituyen el 2-3% de todos los diamantes comercializados. [141] Dos defectos importantes todavía obstaculizan la eficacia del Proceso de Kimberley: (1) la relativa facilidad de contrabandear diamantes a través de las fronteras africanas, y (2) la naturaleza violenta de la minería de diamantes en naciones que no están en un estado técnico de guerra y cuyos diamantes son por lo tanto considerados "limpios". [140]
El Gobierno canadiense ha creado un organismo conocido como el Código de Conducta Canadiense de Diamantes [142] para ayudar a autentificar los diamantes canadienses. Se trata de un estricto sistema de seguimiento de los diamantes y ayuda a proteger la etiqueta de "libre de conflictos" de los diamantes canadienses. [143]
La explotación de recursos minerales en general causa daños ambientales irreversibles, que deben sopesarse frente a los beneficios socioeconómicos para un país. [144]
Los diamantes sintéticos son diamantes fabricados en un laboratorio, a diferencia de los diamantes extraídos de la tierra. Los usos gemológicos e industriales del diamante han creado una gran demanda de piedras en bruto. Esta demanda ha sido satisfecha en gran parte por los diamantes sintéticos, que se han fabricado mediante diversos procesos durante más de medio siglo. Sin embargo, en los últimos años se ha hecho posible producir diamantes sintéticos de calidad gema de tamaño significativo. [65] Es posible fabricar piedras preciosas sintéticas incoloras que, a nivel molecular, son idénticas a las piedras naturales y tan similares visualmente que solo un gemólogo con equipo especial puede notar la diferencia. [145]
La mayoría de los diamantes sintéticos disponibles comercialmente son amarillos y se producen mediante los llamados procesos de alta presión y alta temperatura ( HPHT ). [146] El color amarillo es causado por impurezas de nitrógeno . También se pueden reproducir otros colores como el azul, el verde o el rosa, que son el resultado de la adición de boro o de la irradiación después de la síntesis. [147]
Otro método popular para hacer crecer diamantes sintéticos es la deposición química en fase de vapor (CVD). El crecimiento se produce a baja presión (por debajo de la presión atmosférica). Implica introducir una mezcla de gases (normalmente de 1 a 99 de metano a hidrógeno ) en una cámara y dividirlos en radicales químicamente activos en un plasma encendido por microondas , filamento caliente , descarga de arco , soplete de soldadura o láser . [148] Este método se utiliza principalmente para revestimientos, pero también puede producir monocristales de varios milímetros de tamaño (véase la imagen). [128]
En 2010, casi la totalidad de los 5.000 millones de quilates (1.000 toneladas) de diamantes sintéticos producidos al año se destinan a uso industrial. Alrededor del 50% de los 133 millones de quilates de diamantes naturales extraídos al año terminan en uso industrial. [145] [149] Los gastos de las compañías mineras promedian entre 40 y 60 dólares estadounidenses por quilate para diamantes naturales incoloros, mientras que los gastos de los fabricantes sintéticos promedian los 2.500 dólares por quilate para diamantes sintéticos incoloros de calidad gema. [145] : 79 Sin embargo, es más probable que un comprador se encuentre con un diamante sintético cuando busca un diamante de color fantasía porque solo el 0,01% de los diamantes naturales son de color fantasía, mientras que la mayoría de los diamantes sintéticos están coloreados de alguna manera. [150]
Un simulante de diamante es un material que no es diamante y que se utiliza para simular la apariencia de un diamante, y puede denominarse diamante. La circonita cúbica es el más común. La piedra preciosa moissanita (carburo de silicio) puede considerarse un simulante de diamante, aunque su producción es más costosa que la circonita cúbica. Ambos se producen de forma sintética. [151]
Las mejoras de diamantes son tratamientos específicos que se realizan en diamantes naturales o sintéticos (normalmente aquellos que ya han sido cortados y pulidos para formar una gema), que están diseñados para mejorar las características gemológicas de la piedra de una o más maneras. Estas incluyen la perforación con láser para eliminar inclusiones, la aplicación de selladores para rellenar grietas, tratamientos para mejorar el grado de color de un diamante blanco y tratamientos para dar un color de fantasía a un diamante blanco. [152]
Cada vez se utilizan más los recubrimientos para dar a un diamante simulado, como la circonia cúbica, un aspecto más "similar al diamante". Una de estas sustancias es el carbono similar al diamante , un material carbonoso amorfo que tiene algunas propiedades físicas similares a las del diamante. La publicidad sugiere que un recubrimiento de este tipo transferiría algunas de estas propiedades similares al diamante a la piedra recubierta, mejorando así el diamante simulado. Técnicas como la espectroscopia Raman deberían identificar fácilmente este tipo de tratamiento. [153]
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Las primeras pruebas de identificación de diamantes incluían una prueba de rayado basada en la dureza superior del diamante. Esta prueba es destructiva, ya que un diamante puede rayar a otro diamante, y rara vez se utiliza en la actualidad. En cambio, la identificación de diamantes se basa en su conductividad térmica superior. Las sondas térmicas electrónicas se utilizan ampliamente en los centros gemológicos para separar los diamantes de sus imitaciones. Estas sondas consisten en un par de termistores alimentados por batería montados en una punta fina de cobre. Un termistor funciona como un dispositivo de calentamiento mientras que el otro mide la temperatura de la punta de cobre: si la piedra que se está probando es un diamante, conducirá la energía térmica de la punta lo suficientemente rápido como para producir una caída de temperatura medible. Esta prueba dura aproximadamente de dos a tres segundos. [154]
Mientras que la sonda térmica puede separar los diamantes de la mayoría de sus imitadores, distinguir entre varios tipos de diamantes, por ejemplo sintéticos o naturales, irradiados o no irradiados, etc., requiere técnicas ópticas más avanzadas. Esas técnicas también se utilizan para algunos imitadores de diamantes, como el carburo de silicio, que pasan la prueba de conductividad térmica. Las técnicas ópticas pueden distinguir entre diamantes naturales y diamantes sintéticos. También pueden identificar la gran mayoría de los diamantes naturales tratados. [155] Nunca se han encontrado cristales "perfectos" (a nivel de red atómica), por lo que tanto los diamantes naturales como los sintéticos siempre poseen imperfecciones características, que surgen de las circunstancias de su crecimiento cristalino, que permiten distinguirlos entre sí. [156]
Los laboratorios utilizan técnicas como la espectroscopia, la microscopía y la luminiscencia bajo luz ultravioleta de onda corta para determinar el origen de un diamante. [155] También utilizan instrumentos especialmente diseñados para ayudarlos en el proceso de identificación. Dos instrumentos de detección son el DiamondSure y el DiamondView , ambos producidos por el DTC y comercializados por el GIA. [157]
Se pueden realizar varios métodos para identificar diamantes sintéticos, dependiendo del método de producción y el color del diamante. Los diamantes CVD generalmente se pueden identificar por una fluorescencia naranja. Los diamantes de color D-J se pueden examinar a través del Diamond Spotter del Swiss Gemmological Institute [158] . Las piedras en el rango de color D-Z se pueden examinar a través del espectrómetro UV/visible DiamondSure, una herramienta desarrollada por De Beers. [156] De manera similar, los diamantes naturales generalmente tienen imperfecciones y defectos menores, como inclusiones de material extraño, que no se ven en los diamantes sintéticos.
Los dispositivos de detección basados en el tipo de diamante se pueden utilizar para distinguir entre diamantes que son ciertamente naturales y diamantes que son potencialmente sintéticos. Estos últimos requieren una investigación más exhaustiva en un laboratorio especializado. Algunos ejemplos de dispositivos de detección comerciales son D-Screen (WTOCD / HRD Antwerp), Alpha Diamond Analyzer (Bruker / HRD Antwerp) y D-Secure (DRC Techno).
El nombre diamante se deriva del griego antiguo ἀδάμας ( adámas ), 'apropiado, inalterable, irrompible, indómito', de ἀ- ( a- ), 'no' + griego antiguo δαμάω ( damáō ), 'dominar, domar'. [159] Se cree que los diamantes fueron reconocidos y extraídos por primera vez en la India , donde se pudieron encontrar importantes depósitos aluviales de la piedra hace muchos siglos a lo largo de los ríos Penner , Krishna y Godavari . Los diamantes se conocen en la India desde hace al menos 3000 años, pero lo más probable es que desde hace 6000 años. [131]
Los diamantes han sido apreciados como piedras preciosas desde su uso como iconos religiosos en la antigua India . Su uso en herramientas de grabado también se remonta a la historia temprana de la humanidad . [160] [161] La popularidad de los diamantes ha aumentado desde el siglo XIX debido al aumento de la oferta, las técnicas mejoradas de corte y pulido, el crecimiento de la economía mundial y las campañas publicitarias innovadoras y exitosas. [116]
En 1772, el científico francés Antoine Lavoisier utilizó una lente para concentrar los rayos del sol sobre un diamante en una atmósfera de oxígeno , y demostró que el único producto de la combustión era dióxido de carbono , demostrando que el diamante está compuesto de carbono. [162] Más tarde, en 1797, el químico inglés Smithson Tennant repitió y amplió ese experimento. [163] Al demostrar que quemar diamante y grafito libera la misma cantidad de gas, estableció la equivalencia química de estas sustancias. [30]
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