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Revisión / Review Carbono como diamante. Morocho Tenemaza Christian Javier.

1. Introducción. El carbón como un elemento muy común en nuestro planeta. Tanto en la atmosfera como en la materia mineral, así como en los seres vivos como factor importante. El carbono con una característica muy importante y especial a comparación de los otros elementos; es su capacidad con una extraordinaria facilidad de combinación ya que cada uno de sus átomos tiene la capacidad de compartir hasta cuatro electrones con otros átomos. Y es así como puede enlazar formando grandes cadenas que pueden ser lineales, ramificadas o formar anillos. Al tener esta gran versatilidad se lo conoce como única en todos los elementos conocidos. El diamante es un alótropo del carbono donde los átomos de este elemento químico están dispuesto en una variante de estructura cristalina y centrada en una de sus caras la cual es conocida (red de diamante). Sus principales características es que provienen de un elemento muy versátil en la tierra, pero lo más importante no es su compuesto o de que está formado lo más relevante es como se ha formado: en temperaturas muy elevadas debajo de la tierra, y sus estructura física es muy relevante al ser un elemento muy elevado o mejor dicho el elemento más duro que existe en la tierra y el otro aspecto importante que es un muy buen conductor térmico. Y es por estas grandes características que es un elemento muy conocido en la industria principalmente como herramienta de corte. En el siguiente riviuw estaremos detallando desde lo más simple hasta lo más complejo del carbón y como consecuencia el “diamante”. Para así llegar hacia usted con toda la información que la necesite para que saque sus propias conclusiones.

2. Desarrollo. La otra característica del carbón es su gran facilidad de enlazar con otros elementos y formar una gran variedad de compuestos; actualmente ya se conoce dos millones compuestos de carbono pero hay una gran posibilidad que aparezcan muchos más. El carbono en la naturaleza aparece de muchas formas una de esas es que es su estado puro aparece en la naturaleza formando estructuras cristalinas, al combinar y cristalizado. Cuando sus átomos se combinas y cristalizan se forma

el (grafito) una sustancia negra y blanda que mancha el papel y con el cual se forma los lápices. Pero cuando cristalizan su sistema cubico los átomos de carbono forman una de las sustancias más fascinantes que existe en la tierra y de la cual vamos hablar que es el “diamante” Pero el carbono no está solo o en su estado puro, tiende a estar mucho en combinaciones con otros elementos químicos, así el dióxido y el monóxido de carbonos son dos gases bastante frecuentes en la atmosfera. El otro elemento de carbono que abunda en la naturaleza es el carbonato calcio que forma parte de muchas rocas. [CITATION Car18 \p 2;3 \l 12298 ] 2.1.

Carbono en estructuras.

Asimismo forma parte de muchas estructuras duras de animales uno de ellos son los corales. La quitina el duro material del caparazón de los insectos y crustáceos también es un hidrato de carbono. Alrededor del 90% de los compuestos de carbono son compuestos orgánicos.

Los compuestos orgánicos son muy abundantes en la naturaleza, de unos cien elementos químicos que se conoce, solo media docena carbono, hidrogeno, oxigeno, nitrógeno, fosforo y azufre. Constituyen el 96% de la materia viva. Sin embargo la gran diversidad de vida que existe en la tierra se debe en gran parte a las propiedades del carbono en formar cadenas y de crear un amplio diagrama de estructuras. Muchas sustancias de los seres vivos están formados por moléculas gigantes de miles o de incluso de millones átomos que residen el nombre de palomeros entre ellos está, los hidratos de carbono, las grasas, proteínas y los ácidos nucleicos. Los hidratos de carbono son sólidos blancos que se forman a partir de la fotosíntesis, entre ellos están la glucosa el principal combustible de los seres vivos. Otro hidrato de carbono importante es el almidón principal constituyente de las patatas, el arroz y el pan

Como ya hemos visto las aplicaciones del carbono son muy extensas y además muy importantes para los seres vivos. Ahora veremos algunas aplicaciones muy sencillas del carbono, el hombre utiliza mucho en carbono uno de los más conocidos es en la industria de los polímeros. Uno de los más conocidos en forma natural es el caucho que se obtiene a partir del látex una sustancia lechosa la cual se obtiene raspando las cortezas de algunos árboles tropicales como el hevea.

En otro elemento que está presente el carbono, son los hidrocarburos o más conocidos los combustibles fósiles. Pero uno de ellos es el petróleo un líquido negro de olor fuerte y menos denso que el agua y que se originó por acumulación del plantón y otros organismos animales y vegetales. El petróleo se originó igual con el gas natural que es una mescla de hidrocarburos conformados por carbono como principal componente y la cual es muy empleada como combustible. 2.2. Formación en cratones

Las condiciones para que suceda la formación de un diamante en el manto de la litosfera ocurren a profundidad considerable, a altas temperaturas y presiones. Estas profundidades están estimadas entre 140 y 190 km. La tasa de cambio de la temperatura con el incremento de profundidad en la Tierra varía grandemente en diferentes partes de la Tierra. En particular, bajo las placas oceánicas, la temperatura sube más rápidamente con la profundidad, más allá del rango requerido para la formación del diamante a la profundidad requerida. La combinación correcta de temperatura y presión sólo se encuentra en las partes gruesas, viejas y estables de las Placas continentales, donde existe regiones de litosfera conocidas como “Cratones”. La cual es una larga estancia de la litosfera cratonica y esto permite a los cristales de diamante crecer más grandes aun. Sus caras lustrosas también indican que el cristal es de un depósito primario. A través de estudios de composición isotópica de carbono (similar a la metodología usada en datación por radiocarbono, pero excepto con los isotopos estables C-12 y C-13). Se ha encontrado que el carbono de los diamantes proviene de fuentes tanto orgánicas como inorgánicas. Algunos diamantes, conocidos como harzburtigicos, están formando por carbonos inorgánicos encontrando originalmente en el fondo del manto terrestre. Los diamantes eclogiticos contienen carbono orgánico de detritus, que ha sido arrastrado hacia abajo desde la corteza terrestre a través de subducción por las placas tectónicas antes de transformarse en diamantes. Estas dos fuentes diferentes de carbono tienen diferentes razones 13C:12C mensurables. Los diamantes que han llegado a la superficie de la Tierra son generalmente bastante viejos, yendo desde mil millones a 3,3 mil millones de años. Esto es del 22% a 73% de la edad de la misma tierra. 2.3.

Carbono en solido

Otro de los aspectos importantes del carbono es la constitución del diamante. Como uno de las trasformaciones más complejas y bellas de la naturaleza, el diamante se forma en las profundidades de las tierras a más de cien mil metros de profundidad sometidos a enormes presiones de temperaturas muy elevadas. La mayoría de diamantes naturales se forman en condiciones de presión y temperatura extremas, existentes a profundidades de 140 km a 190 km en el manto terrestre. Dado que este elemento tiene múltiples minerales la cual hace que contenga al carbono y lo proveen la fuente de carbono, y el

crecimiento tiene lugar en períodos de 1 a 3,3 mil millones de años, lo que corresponde a, aproximadamente, el 25 % a 75 % esto constituye a la edad de la tierra. Los diamantes son llevados cerca de la superficie de la Tierra a través de erupciones volcánicas profundas por un magma, que se enfría en rocas ígneas conocidas son muy conocidas como kimberlitas y lamproitas.

[CITATION Dia06 \p 2 \l 12298 ]

Estas circunstancias que constituyen al diamante tienen las características más extraordinarias como es la capacidad de ser el elemento de más alta dureza y conductividad térmica de todos los materiales conocidos por el ser humano. Estas propiedades le caracterizan en la aplicación industrial principal del diamante y así sea una de las herramientas de corte y de pulido más extraordinarias que existe, además de otras aplicaciones. El diamante tiene unas características especiales entre las que están son: que no son metales, el color típicamente: es amarillo, marrón o gris a incoloro. Menos frecuente azul, verde, negro, blanco translúcido, rosado, violeta, anaranjado, púrpura y rojo. El diamante tiene una estructura cristalina extremadamente rígida, puede ser contaminada por pocos tipos de impurezas, como el boro y el nitrógeno. Pequeñas cantidades de

defectos o impurezas, aproximadamente una parte por millón inducen un color de diamante azul (boro), amarillo ( nitrógeno), marrón (defectos cristalinos), verde, violeta, rosado, negro, naranja o rojo. Sus propiedades ópticas y mecánicas excelentes, combinadas con una mercadotecnia eficiente, hacen que el diamante sea la gema más popular. Y es el material más duro conocido por el hombre. También es refractiva. si hablamos de material más duro, es porque su dureza es única que para poder rallar un diamante solo se puede lograr con otro diamante y con ningún otro elemento. Y es por eso desde la antigüedad se le conoce con el nombre de indestructible. Pero creo que todos cuando mencionemos diamante no lo representamos como dureza, sino únicamente con la belleza de este elemento una vez tallado, y por esos aspectos es una de las sustancias más caras que existen en la tierra. El diamante tallado produce efectos de luz muy hermosos debido a su gran índice de refracción, al penetrar en la piedra tallada los rayos de luz sufren un gran número de refracciones y la luz quedando muy dispersa. Cuatro de cada cinco diamantes no tienen calidad suficiente para su uso en joyería y por su gran dureza se usa en fines industriales para cortar, marcar o taladrar casi todo. Se usa mucho en las industrias del automóvil, óptica, armamento, herramientas de precisión, etc. 2.4 La piedra más cara del mundo, sus inicios La India fue el único país productor de diamantes hasta que se descubrió en Brasil en el siglo 18 y en África del sur en el siglo 19, de donde se extrajo el “culinan” el mayor diamante encontrado hasta ahora, perteneciendo al rey Eduardo séptimo de Inglaterra y una vez tallado se convirtió en varias piedra que ahora forman parte de las joyas de la corona Británica. Los diamantes han sido atesorados como como gemas desde hace mucho tiempo, su uso como, aunque increíble fie de icono religioso desde la antigüedad en la india. Su uso en herramientas de grabado se remonta desde las antigüedades. Ya que esta forma parte de la historia de los países que descubrieron esta piedra preciosa o más conocido como la gema más cara. La popularidad de los diamantes ha ido creciendo desde el siglo XIX debido a su creciente del suministro, mejores técnicas de corte y pulido, crecimiento en la economía mundial, y campañas de publicidad innovadoras y exitosas. En 1813, Humphry Davy usó un lente para concentrar los rayos del sol en un diamante en una atmósfera de oxígeno, y demostró que el único producto de la combustión era el conocido como dióxido de carbono, demostrando que el diamante estaba compuesto de “carbono”. Posteriormente, demostró que, en la atmósfera desprovista de oxígeno, el diamante se puede convierte en grafito. El uso más familiar que conocemos de los diamantes hoy en día es como gemas usadas para adorno, y es el uso que más se remonta a la antigüedad. La dispersión de la luz blanca y estos al pasar por el diamante la luz antes dicha se convierte en bellos colores espectrales y es la característica gemológica primaria de las gemas diamantes. En el siglo XX, expertos en el

campo dela gemología han desarrollado métodos para clasificar a los diamantes y otras gemas, basándose en las características más importantes de su valor como gema. Ya que los más caros y buenos están destinados para los adornos y los de menos calidad o menos dureza en su compuesto, se lo destina para la industria de todo el mundo. Pero hay unas cuatro características, las conocidas informalmente como las cuatro C, desarrollados per GIA. Son muy usadas ahora por especialistas o personas que de algún modo en común como descriptores básicos de los diamantes: estos son carat, cut, colour y clarity (peso, talla, color y pureza). Hay muchos diamantes en el mundo, pero muy pocos que puedan compararse al Cullinan, la cual es muy conocida como la pantera rosa del mundo real. Los diamantes ocurren más frecuentemente como octaedros redondeados y octaedros gemela dos denominados mesclas. Como la estructura del cristal de diamante tiene una disposición cúbica de los átomos, los cuales tienen muchas facetas que pertenecen a un cubo, octaedro, rombicosidodecaedro, tetraquishexaedro. Los cristales pueden redondearse y las aristas inexpresivas pueden “alongarse”. Algunas veces se les encuentra crecidos juntos o formando cristales dobles "gemela dos" en las superficies del octaedro. Estas formas diferentes y hábitos de los diamantes resultan de las diferentes circunstancias externas. Los diamantes (especialmente aquellas con las caras del cristal redondeadas) se encuentran comúnmente recubiertos en la piel opaca gomosa.

2.5.

Diamante de laboratorio, y el desgaste y erosión.

Pero como todo es posible para el hombre hay diamantes que son producidos sintéticamente en un proceso de alta presión y alta temperatura que simula aproximadamente las condiciones en el manto de la Tierra. Una alternativa, y técnica completamente diferentes es la deposición química de valor. Algunos materiales distintos al diamante, incluyendo a la zirconia cubica así como al carburo de silicio son denominados frecuentemente como son los sí mulantes del diamante, semejando al diamante en apariencia y muchas propiedades. Se han desarrollado técnicas muy gemológicas especiales para distinguir lo que son los diamantes sintéticos de los naturales, y sí mulantes de diamantes. Como se conoce un fenómeno de erosión es causado por los impactos de partículas abrasivas o liquidas, que inciden contra la superficie de un cuerpo solido; el cual `puede ser dúctil o frágil, ocasionando remoción del material mismo. En los casos extremos se puede causar una ataque rápido que deriva de las pérdidas del espesor y penetración de este, lo que a la vez produce mucho daño en las partículas de estas y dejando severos impactos. Claro ya hemos halado en par lo que significa la erosión, pero en este momento hablaremos del carbono. “El carbono hace un recubrimiento con el silicio, tipo diamante sobre los sustratos de acero inoxidable”. Sé que no te quedo muy claro esta oración pero te explicare con un breve ejemplo de lo que se da en la industria; por lo general y como ya lo hemos mencionado el diamante es el material más duro y es por eso muy utilizado en la industria. Los

que conocemos los discos de corte, todos nos damos una idea de qué y para qué sirven, pero ahora te digo que estos sencillos discos de corte están recubiertos por este elemento de dureza que es el diamante en combinación con el silicio, pero como sabemos que el diamante es muy caro se lo usa de case un acero y el más conveniente para este trabajo sea el acero inoxidable dodo sus componentes moleculares. Diamantes para la industria: Aplicasiones del diamnte. Herramientas decorte y de mecanizado.

Muelas y ruedas abrasivas.

Utiles para tornear y fresar

Diamante en matriz CO [CITATION Dia06 \p 8-9 \l 12298 ] 3.1 Dureza

Como ya lo hemos mencionado con anterioridad, pero es este sub tema te detallaremos en más, lo que es la dureza de este elemento derivado del carbono. El diamante es el material natural más duro conocido hasta el momento (aunque en 2009 se iniciaron unos estudios que parecen demostrar que la lonsdaleita es un 58% más duro en comparación con el diamante), donde la dureza está definida como la resistencia a la ralladura. El diamante tiene una dureza de 10 (la máxima dureza) conocido en las escalas de Mohsde dureza mineral. La dureza del diamante ha sido conocida desde tiempos remostos, y es por la cual tiene ese nombre. Los diamantes naturales más duros en el mundo son de los campos de Copetón y Bingara, ubicados en los áreas de New England en Nueva Gales del Sur, en Australia. Fueron llamados can-ni-faire los cuales son conocidos

por que se dice que ("no puedes hacer nada con ellos", una combinación del inglés "can", (poder, italiano) "ni", (no y el francés) "faire", (hacer). Este nombre se le puso por los contadores en Amberes cuando empezaron a llegar en cantidades desde Australia en las décadas de 1870. Estos materiales tan conocidos, diamantes son generalmente pequeños y muy octaedros perfectos o también casi perfectos, y por lo general se usan para pulir otros diamantes. Su dureza está asociada mucho con la forma del crecimiento del cristal, que es de una sola etapa. La mayoría de otros diamantes muestran más evidencias de múltiples etapas de crecimiento, lo que produce inclusiones, fallas y planos de defectos en la red cristalina, todo lo que afecta su dureza. Es posible tratar con diamantes regulares bajo la combinación de presión alta y temperatura, alta para producir diamantes que son más duros que los diamantes usados en dispositivos de dureza. La dureza de los diamantes contribuye a su aptitud como gema. Debido a que sólo pueden ser rayados por otros diamantes, mantienen su pulido extremadamente bien. A diferencia de otras gemas, se adaptan bien al uso diario debido a su resistencia al rayado, tal que esto contribuye mucho a su popularidad como la gema preferida en anillos de compromiso y anillos de matrimonio, los cuales suelen ser usados todos los días durante décadas. El uso industrial de los diamantes ha sido asociado históricamente con su dureza; esta propiedad hace al diamante el material preferido y muy ideal para las herramientas de corte y de pulido. Y se le reconoce como material natural más duro conocido, el diamante puede ser usado para pulir, cortar, o erosionar cualquier material, incluyendo otros diamantes. Las adaptaciones industriales comunes de esta habilidad incluyen brocas y sierras, y el uso del conocido polvo de diamante la cual es muy utilizado como un abrasivo para materiales industriales. Los diamantes de grado industrial menos caros, conocidos con el nombre de Bort, con muchas fallas y color más pobre (menos concentrado) que las gemas, son usados para tales procesos y propósitos. Estos diamantes no son aptos para maquinarias de aleaciones ferrosas a altas velocidades, puesto que este carbono esta soluble en hierro a las altas temperaturas, las cuales son creadas por la máquina de alta velocidad, y este movimiento muy acelerado y a muy altas velocidades, provoca que el diamante de bajo costo se desgaste incrementando en las herramientas de diamante cuando se las compara con alternativas. Pero ya mencionados con anterioridad solo hay ciertos materiales que pueden rayar a aun diamante: 

Hay diamantes son más duros que otros y es así como un diamante puede rayar a otro.

Los agregados nano cristalinos de diamantes producidos por tratamiento de presión alta y temperatura alta del grafito (C60).  El otro que puede rayar a un diamante es el Nitruro de Boro cubico (Borazón)  Una forma hexagonal del diamante denominada lonsdaleita, que se predijo teóricamente ser 58% más fuerte que el diamante.



3.1. Conductividad eléctrica

Pero el diamante por ser un material de múltiples ventajas se ha creado o se ha aplicado en otras especializadas también existen o están siendo desarrolladas, incluyendo su uso como semiconductores: algunos diamantes azules son semiconductores naturales, en contraste a la mayoría de otros diamantes, que son excelentes aislantes eléctricos. La conductividad y color azul se originan de la impureza del boro. El boro sustituye a átomos de carbono en la red de diamante, donando un hu...