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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, en particular su dureza superior, ya que las muestras bajo inspección cristalográfica no han mostrado una estructura reticular hexagonal en masa, sino 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 compresión y calentamiento de 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]

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

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