Liệu kim cương có phải là thứ tồn tại mãi mãi?

  •  
  • 2.004

Nguồn gốc của từ "Diamond" (kim cương) xuất phát bởi từ "Adamas" trong tiếng Hy Lạp có nghĩa là "không thể đánh bại, bất khả chiến bại". Kim cương được phát hiện lần đầu tiên vào khoảng thế kỷ thứ 4 trước Công nguyên.

Một số viên kim cương có giá trị nhất thế giới hiện nay được xác định hình thành cách đây hàng trăm triệu, thậm chí là hàng tỷ năm. Điều này khiến cho nhiều người cho rằng khoáng sản với những tính chất vật lý hoàn hảo này là vĩnh cửu, trường tồn với thời gian.

Tuy nhiên, theo các nhà khoa học kim cương không tồn tại mãi mãi. Thay vào đó, chúng có thể biến đổi thành than chì. Mặt khác, một viên kim cương tinh khiết cũng có thể biến mất hoàn toàn nếu bị đốt cháy đủ lâu.

Kim cương là một dạng thù hình của Carbon

Các nhà khoa học cho rằng kim cương là một dạng thù hình của Carbon - nguyên tố phi kim loại có số nguyên tử bằng 6. Khi Carbon liên kết với các nguyên tử Carbon khác, nó có thể tạo ra vô số cấu trúc và mỗi cấu trúc lại sở hữu một bộ đặc tính riêng.

Kim cương có cấu trúc hình bát diện đều
Kim cương có cấu trúc hình bát diện đều.

Các dạng thù hình là đặc điểm của các nguyên tố phi kim loại như: Carbon, Silic hay Phosphor. Carbon có rất nhiều dạng thù hình do tính chất của nó. Nguyên tố này có 4 electron tự do để chia sẻ với các nguyên tố khác để tạo ra hợp chất. Điều này mang đến cho nó tính linh hoạt để liên kết thành các cấu trúc khác nhau khi liên kết với các nguyên tử Carbon khác.

Kim cương có cấu trúc hình bát diện đều, trong đó mỗi nguyên tử Carbon riêng lẻ sẽ gắn với 4 nguyên tử Carbon khác theo kiểu cấu trúc kim tự tháp 3 mặt. Các dạng thù hình của Carbon khác có cấu trúc khác nhau, ví dụ than chì và Graphen có dạng tấm, buckminsterfullerene hình cầu...

Kim cương có cấu trúc hình bát diện khiến nó trở thành thứ cứng nhất mà con người từng biết đến. Tuy nhiên, kim cương lại không phải dạng thù hình ổn định nhất của Carbon. Danh hiệu này thuộc về than chì.

Một số dạng thù hình của Carbon.
Một số dạng thù hình của Carbon.

Tại sao kim cương chưa biến thành than chì?

Theo các nhà khoa học, kim cương ổn định ở điều kiện hiện tại trên Trái đất. Hơn nữa, than chì chỉ ổn định hơn kim cương vài electronvolt. Sự khác biệt về độ ổn định của kim cương và than chì không phải quá nhiều. Hơn nữa, năng lượng cần thiết để chuyển đổi kim cương thành than chì là quá lớn.

Các nhà hóa học và địa chất đã cố gắng chuyển hóa kim cương thành than chì trong quá khứ. Họ phát hiện ra rằng khi nén một viên kim cương với một vết lõm (về cơ bản là việc đưa một thứ gì đó có đầu nhọn chọc vào viên kim cương), bề mặt của viên kim cương tiếp xúc với vết lõm sẽ chuyển thành than chì.

Nếu không thích việc nén kim cương thì vẫn có một cách khác để biến nó thành than chì. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng, ở áp suất thấp và nhiệt độ cao (1.500 - 1.900 độ C) thì việc biến kim cương thành than chì sẽ diễn ra.

Tuy nhiên, nếu muốn biến kim cương thành than chì thì đừng để nó tiếp xúc với áp suất cao. Dưới áp suất cao, kim cương ổn định hơn than chì. Kim cương chỉ chuyển thành than chì ở áp suất cao với một số điều kiện nhất định.

Vậy kim cương sẽ tồn tại trong bao lâu?

Về mặt thực tế, một viên kim được làm trang sức (trên nhẫn đính hôn của bạn chẳng hạn) sẽ tồn tại mãi mãi nếu bạn không cố gắng làm hỏng nó. Tuy nhiên, nếu viên kim cương ở trên các công cụ để cắt hoặc mài thứ gì, đặc biệt là để cắt sắt đó thì vấn đề lại khác.

Phần kim cương tiếp xúc với vật liệu mà nó cắt sẽ bị nung nóng đủ chuyển thành than chì. Khi đó, những mảnh nhỏ của kim cương sẽ biến thành than chì và cuối cùng, sau một thời gian dài làm hành động này thì nó sẽ hoàn toàn biến thành than chì.

Cùng với đó, bạn cũng có thể phá hủy viên kim cương của mình bằng cách đốt cháy nó. Vào năm 1694 ở Florence (Ý) hai nhà khoa học Giuseppe Averani và Cipriano Targioni đã từng dùng một chiếc kính lúp, tận dụng ánh nắng mặt trời để đốt kim cương.

Cập nhật: 20/03/2021 Theo VnReview
  • 2.004

Theo dõi cộng đồng KhoaHoc.tv trên facebook