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Lonsdaleíta

La lonsdaleíta (nombrada en honor a Kathleen Lonsdale ), también llamada diamante hexagonal en referencia a su estructura cristalina , es un alótropo del carbono con una red hexagonal, a diferencia de la red cúbica del diamante convencional . Se encuentra en la naturaleza en los restos de meteoritos ; cuando los meteoritos que contienen grafito golpean la Tierra, el inmenso calor y estrés del impacto transforma el grafito en diamante , pero conserva la red cristalina hexagonal del grafito . La lonsdaleíta se identificó por primera vez en 1967 en el meteorito Canyon Diablo , donde se presenta como cristales microscópicos asociados con el diamante común. [5] [6]

Es translúcido y de color amarillo parduzco y tiene un índice de refracción de 2,40-2,41 y una gravedad específica de 3,2-3,3. Su dureza es teóricamente superior a la del diamante cúbico (hasta un 58% más), según simulaciones computacionales, pero los especímenes naturales exhibieron una dureza algo menor a través de un amplio rango de valores (de 7 a 8 en la escala de dureza de Mohs ). Se especula que la causa se debe a que las muestras estaban plagadas de defectos de red e impurezas. [7]

Además de los depósitos de meteoritos, se ha sintetizado diamante hexagonal en el laboratorio (1966 o antes; publicado en 1967) [8] comprimiendo y calentando grafito en una prensa estática o utilizando explosivos. [9]

Dureza

Según la interpretación convencional de los resultados del examen de las escasas muestras recogidas de meteoritos o fabricadas en el laboratorio, la lonsdaleíta tiene una celda unitaria hexagonal , relacionada con la celda unitaria del diamante de la misma manera que lo están los sistemas cristalinos compactos hexagonales y cúbicos . Se puede considerar que su estructura de diamante está formada por anillos entrelazados de seis átomos de carbono, en la conformación de silla . En cambio, en la lonsdaleíta, algunos anillos están en la conformación de barco . En dimensiones de nanoescala, el diamante cúbico está representado por diamantoides mientras que el diamante hexagonal está representado por wurtzoides . [10]

En el diamante, todos los enlaces carbono-carbono, tanto dentro de una capa de anillos como entre ellos, están en conformación escalonada , lo que hace que las cuatro direcciones cúbico-diagonales sean equivalentes; mientras que en la lonsdaleíta los enlaces entre capas están en conformación eclipsada , que define el eje de simetría hexagonal.

La simulación mineralógica predice que la lonsdaleíta es un 58% más dura que el diamante en la cara <100> y que resiste presiones de indentación de 152  GPa , mientras que el diamante se rompería a 97 GPa. [11] Esto es aún superado por la dureza de la punta <111> del diamante IIa de 162 GPa.

Las propiedades extrapoladas de la lonsdaleíta han sido cuestionadas, particularmente su dureza superior, ya que las muestras bajo inspección cristalográfica no han mostrado una estructura reticular hexagonal en masa, sino en cambio un diamante cúbico convencional dominado por defectos estructurales que incluyen secuencias hexagonales. [12] Un análisis cuantitativo de los datos de difracción de rayos X de la lonsdaleíta ha demostrado que están presentes cantidades aproximadamente iguales de secuencias de apilamiento hexagonales y cúbicas. En consecuencia, se ha sugerido que "diamante desordenado por apilamiento" es la descripción estructural más precisa de la lonsdaleíta. [13] Por otro lado, recientes experimentos de choque con difracción de rayos X in situ muestran una fuerte evidencia de la creación de lonsdaleíta relativamente pura en entornos dinámicos de alta presión comparables a los impactos de meteoritos. [14] [15]

Aparición

Muestras de diamante de la estructura de impacto de Popigai : (a) es diamante puro, mientras que (b) es diamante con algunas impurezas de lonsdaleíta.

La lonsdaleíta se presenta en forma de cristales microscópicos asociados con diamantes en varios meteoritos: Canyon Diablo , [16] Kenna y Allan Hills 77283. También se presenta de forma natural en depósitos de placer de diamantes no bólidos en la República de Sakha . [17] Los defensores de la controvertida hipótesis de impacto del Younger Dryas han encontrado material con espaciamientos d consistentes con la lonsdaleíta en sedimentos con fechas muy inciertas en el lago Cuitzeo , en el estado de Guanajuato , México, [ 18] que ahora es refutada por científicos de la tierra y especialistas en impactos planetarios. [19] Las afirmaciones de lonsdaleíta y otros nanodiamantes en una capa de la capa de hielo de Groenlandia que podría ser de la edad del Younger Dryas no han sido confirmadas y ahora están en disputa. [20] Su presencia en depósitos de turba locales se afirma como evidencia de que el evento de Tunguska fue causado por un meteoro en lugar de un fragmento de cometa. [21] [22]

Fabricar

Además de la síntesis en laboratorio mediante la compresión y el calentamiento del grafito en una prensa estática o utilizando explosivos, [8] [9] la lonsdaleíta también se ha producido mediante deposición química de vapor , [23] [24] [25] y también mediante la descomposición térmica de un polímero, poli(hidridocarbino) , a presión atmosférica, bajo una atmósfera de argón, a 1000 °C (1832 °F). [26] [27]

En 2020, investigadores de la Universidad Nacional de Australia descubrieron por accidente que podían producir lonsdaleíta a temperatura ambiente utilizando una celda de yunque de diamante . [28] [29]

En 2021, el Instituto de Física de Choques de la Universidad Estatal de Washington publicó un artículo en el que afirmaba que habían creado cristales de lonsdaleíta lo suficientemente grandes como para medir su rigidez, lo que confirmaba que son más rígidos que los diamantes cúbicos comunes. Sin embargo, la explosión utilizada para crear estos cristales también los destruye nanosegundos después, lo que proporciona el tiempo justo para medir la rigidez con láseres. [30]

Estafas

Dado que las características de la lonsdaleíta son desconocidas para la mayoría de las personas fuera de los científicos capacitados en geología y mineralogía , los nombres "lonsdaleíta" y "diamante hexagonal" se han utilizado con frecuencia en la venta fraudulenta de artefactos cerámicos sin valor, presentados como meteoritos en sitios de comercio electrónico en línea y en ferias callejeras y mercados callejeros , con precios que van desde unos pocos dólares a miles de dólares. [31]

Véase también

Referencias

  1. ^ Warr, LN (2021). "Símbolos minerales aprobados por IMA–CNMNC". Revista Mineralógica . 85 (3): 291–320. Código Bibliográfico :2021MinM...85..291W. doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID  235729616.
  2. ^ "Lonsdaleíta". Mindat.org .
  3. ^ "Lonsdaleíta" (PDF) . Manual de mineralogía, a través de la Universidad de Arizona , Departamento de Geología.
  4. ^ "Datos de lonsdaleíta". Webmineral .
  5. ^ Frondel, C.; Marvin, UB (1967). "Lonsdaleíta, un nuevo polimorfo hexagonal del diamante". Nature . 214 (5088): 587–589. Código Bibliográfico :1967Natur.214..587F. doi :10.1038/214587a0. S2CID  4184812.
  6. ^ Frondel, C.; Marvin, UB (1967). "Lonsdaleíta, un polimorfo hexagonal del diamante". Mineralogista estadounidense . 52 (5088): 587. Código Bibliográfico :1967Natur.214..587F. doi :10.1038/214587a0. S2CID  4184812.
  7. ^ Carlomagno, GM; Brebbia, CA (2011). Métodos computacionales y mediciones experimentales . Vol. XV. WIT Press. ISBN 978-1-84564-540-3.
  8. ^ ab Bundy, FP; Kasper, JS (1967). "Diamante hexagonal: una nueva forma de carbono". Journal of Chemical Physics . 46 (9): 3437. Bibcode :1967JChPh..46.3437B. doi :10.1063/1.1841236.
  9. ^ ab He, Hongliang; Sekine, T.; Kobayashi, T. (2002). "Transformación directa de diamante cúbico a diamante hexagonal". Applied Physics Letters . 81 (4): 610. Bibcode :2002ApPhL..81..610H. doi :10.1063/1.1495078.
  10. ^ Abdulsattar, M. (2015). "Enfoque molecular para nanocristales de diamante hexagonales y cúbicos". Carbon Letters . 16 (3): 192–197. doi : 10.5714/CL.2015.16.3.192 .
  11. ^ Pan, Zicheng; Sun, Hong; Zhang, Yi y Chen, Changfeng (2009). "Más duro que el diamante: resistencia superior a la indentación de la wurtzita BN y la lonsdaleíta". Physical Review Letters . 102 (5): 055503. Bibcode :2009PhRvL.102e5503P. doi :10.1103/PhysRevLett.102.055503. PMID  19257519.
    • Lisa Zyga (12 de febrero de 2009). "Los científicos descubren un material más duro que el diamante". Phys.org .
  12. ^ Nemeth, P.; Garvie, LAJ; Aoki, T.; Natalia, D.; Dubrovinsky, L.; Buseck, PR (2014). "La lonsdaleíta es un diamante cúbico maclado y fallado y no existe como material discreto". Nature Communications . 5 : 5447. Bibcode :2014NatCo...5.5447N. doi : 10.1038/ncomms6447 . hdl : 2286/RI28362 . PMID  25410324.
  13. ^ Salzmann, CG; Murray, BJ; Shephard, JJ (2015). "Extensión del desorden de apilamiento en el diamante". Diamond and Related Materials . 59 : 69–72. arXiv : 1505.02561 . Bibcode :2015DRM....59...69S. doi :10.1016/j.diamond.2015.09.007. S2CID  53416525.
  14. ^ Kraus, D.; Ravasio, A.; Gauthier, M.; Gericke, DO; Vorberger, J.; Frydrych, S.; Helfrich, J.; Fletcher, LB; Schaumann, G.; Nagler, B.; Barbrel, B.; Bachmann, B.; Gamboa, EJ; Goede, S.; Granados, E.; Gregori, G.; Lee, HJ; Neumayer, P.; Schumaker, W.; Doeppner, T.; Falcone, RW; Glenzer, SH; Roth, M. (2016). "Formación de diamante y lonsdaleíta en nanosegundos mediante compresión por choque de grafito". Nature Communications . 7 : 10970. Bibcode :2016NatCo...710970K. doi :10.1038/ncomms10970. Número de modelo : PMID 26972122  . 
  15. ^ Turnaure, Stefan J.; Sharma, Surinder M.; Volz, Travis J.; Vino, JM; Gupta, Yogendra M. (1 de octubre de 2017). "Transformación de grafito comprimido por choque en diamante hexagonal en nanosegundos". Avances científicos . 3 (10): eao3561. Código Bib : 2017SciA....3O3561T. doi :10.1126/sciadv.aao3561. ISSN  2375-2548. PMC 5659656 . PMID  29098183. 
  16. ^ Lea, Robert (12 de septiembre de 2022). «La colisión de un planeta enano puede haber enviado extraños diamantes ultraduros a la Tierra». Space.com . Consultado el 13 de septiembre de 2022 .
  17. ^ Kaminskii, FV; GK Blinova; EM Galimov; GA Gurkina; YA Klyuev; LA Kodina; VI Koptil; VF Krivonos; LN Frolova; AY Khrenov (1985). "Agregados policristalinos de diamante con lonsdaleita de placeres de Yakutia [Sakhan]". Mineral. Zhurnal . 7 : 27–36.
  18. ^ Israde-Alcantara, I.; Bischoff, JL; Dominguez-Vazquez, G.; Li, H.-C.; Decarli, PS; Bunch, TE; et al. (2012). "Evidencia del centro de México que apoya la hipótesis del impacto extraterrestre del Dryas Reciente". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 109 (13): E:738–747. Bibcode :2012PNAS..109E.738I. doi : 10.1073/pnas.1110614109 . PMC 3324006 . PMID  22392980.  
  19. ^ Holliday, Vance T.; Daulton, Tyrone L.; Bartlein, Patrick J.; Boslough, Mark B.; Breslawski, Ryan P.; Fisher, Abigail E.; Jorgeson, Ian A.; Scott, Andrew C.; Koeberl, Christian; Marlon, Jennifer; Severinghaus, Jeffrey; Petaev, Michail I.; Claeys, Philippe (26 de julio de 2023). "Refutación exhaustiva de la hipótesis del impacto del Dryas Reciente (YDIH)". Earth-Science Reviews : 104502. doi : 10.1016/j.earscirev.2023.104502 .
  20. ^ Kurbatov, Andrei V.; Mayewski, Paul A.; Steffensen, Jorgen P.; West, Allen; Kennett, Douglas J.; Kennett, James P.; Bunch, Ted E.; Handley, Mike; Introne, Douglas S.; Hee, Shane S. Que; Mercer, Christopher; Sellers, Marilee; Shen, Feng; Sneed, Sharon B.; Weaver, James C.; Wittke, James H.; Stafford, Thomas W.; Donovan, John J.; Xie, Sujing; Razink, Joshua J.; Stich, Adrienne; Kinzie, Charles R.; Wolbach, Wendy S. (20 de septiembre de 2022). "Descubrimiento de una capa rica en nanodiamantes en la capa de hielo de Groenlandia". PubPeer . Consultado el 28 de septiembre de 2022 .
  21. ^ Kvasnytsya, Victor; Wirth; Dobrzhinetskaya; Matzel; Jacobsend; Hutcheon; Tappero; Kovalyukh (agosto de 2013). "Nueva evidencia del origen meteorítico del cuerpo cósmico de Tunguska". Ciencia planetaria y espacial . 84 : 131–140. Código Bibliográfico :2013P&SS...84..131K. doi :10.1016/j.pss.2013.05.003.
  22. ^ Redfern, Simon (28 de junio de 2013). «La onda expansiva de un meteorito ruso dio dos vueltas alrededor del mundo». BBC News . British Broadcasting Corporation . Consultado el 28 de junio de 2013 .
  23. ^ Bhargava, Sanjay; Bist, HD; Sahli, S.; Aslam, M.; Tripathi, HB (1995). "Politipos de diamantes en las películas de diamantes depositadas químicamente mediante vapor". Applied Physics Letters . 67 (12): 1706. Bibcode :1995ApPhL..67.1706B. doi :10.1063/1.115023.
  24. ^ Nishitani-Gamo, Mikka; Sakaguchi, Isao; Loh, Kian Ping; Kanda, Hisao; Ando, ​​Toshihiro (1998). "Observación espectroscópica Raman confocal de la formación de diamantes hexagonales a partir de carbono disuelto en níquel en condiciones de deposición química de vapor". Applied Physics Letters . 73 (6): 765. Bibcode :1998ApPhL..73..765N. doi :10.1063/1.121994.
  25. ^ Misra, Abha; Tyagi, Pawan K.; Yadav, Brajesh S.; Rai, P.; Misra, DS; Pancholi, Vivek; Samajdar, ID (2006). "Síntesis de diamantes hexagonales en películas tensas de h-GaN". Letras de Física Aplicada . 89 (7): 071911. Código bibliográfico : 2006ApPhL..89g1911M. doi : 10.1063/1.2218043.
  26. ^ Nur, Yusuf; Pitcher, Michael ; Seyyidoğlu, Semih; Toppare, Levent (2008). "Síntesis sencilla de poli(hidridocarbino): un precursor del diamante y de las cerámicas similares al diamante". Journal of Macromolecular Science, Parte A. 45 (5): 358. doi :10.1080/10601320801946108. S2CID  93635541.
  27. ^ Nur, Yusuf; Cengiz, Halime M.; Pitcher, Michael W.; Toppare, Levent K. (2009). "Polimerización electroquímica de hexacloroetano para formar poli(hidridocarbino): un polímero precerámico para la producción de diamantes". Journal of Materials Science . 44 (11): 2774. Bibcode :2009JMatS..44.2774N. doi :10.1007/s10853-009-3364-4. S2CID  97604277.
  28. ^ Lavars, Nick (18 de noviembre de 2020). «Los científicos producen diamantes raros en minutos a temperatura ambiente». New Atlas . Consultado el 12 de febrero de 2021 .
  29. ^ McCulloch, Dougal G.; Wong, Sherman; Shiell, Thomas B.; Haberl, Bianca; Cook, Brenton A.; Huang, Xingshuo; Boehler, Reinhard; McKenzie, David R.; Bradby, Jodie E. (2020). "Investigación de la formación a temperatura ambiente de los nanocarbonos ultraduros diamante y lonsdaleíta". Small . 16 (50): 2004695. doi :10.1002/smll.202004695. ISSN  1613-6829. OSTI  1709105. PMID  33150739. S2CID  226259491.
  30. ^ "Los diamantes hexagonales fabricados en laboratorio son más rígidos que los diamantes cúbicos naturales". Phys.org . Marzo de 2021.
  31. ^ "Bolas de molino y "diamantes de lonsdaleíta" | Información sobre meteoritos | Universidad de Washington en St. Louis". sites.wustl.edu . Consultado el 6 de octubre de 2024 .

Lectura adicional

Enlaces externos