ダイヤモンドとグラファイト

ダイヤモンドとグラファイトは両方とも元素炭素の結晶形です。この事実に基づいて、それらは多くの点で類似していると思うでしょう。しかし実際には、それらは非常に異なります。これは、結晶に関するいくつかの重要な事実を浮き彫りにします。

ダイヤモンドとグラファイトはどちらも非常に単純な化学組成を持っています。どちらも純粋なカーボンです。それでも、ダイヤモンドは人間に知られている最も硬い鉱物です（モース硬度）、およびグラファイトは最も柔らかいものの1つです（モース硬度で1未満）。その結果、ダイヤモンドは究極の研磨剤ですが、グラファイトは優れた潤滑剤です。ダイヤモンドは電気絶縁体ですが、グラファイトは優れた電気伝導体です。ダイヤモンドは通常透明ですが、グラファイトは不透明です。

ダイヤモンドとグラファイトの構造

ダイヤモンドは明らかにグラファイトよりはるかに価値があります。グラファイトは非常に安価であるため、鉛筆の芯を作るために使用されます。それにもかかわらず、グラファイトは多くの点でダイヤモンドと同じくらい興味深い材料です。グラファイトは、自動車、航空機、ハイテクゴルフクラブシャフト、テニスラケットの製造に使用される複合材料の高強度コンポーネントです。

しかし、なぜダイヤモンドはとても硬く、グラファイトはとても柔らかいのですか？また、グラファイトが非常に柔らかい場合、ゴルフクラブのシャフトや航空機のハイテク素材としてどのように使用できますか？

答えは、ダイヤモンドとグラファイトの異なる原子構造にあります。グラファイトは、炭素原子が同じ平面または層上に強い結合を持っているが、上または下の層には弱い結合しかない層またはシートに形成されます。一方、ダイヤモンドの炭素原子は、3次元で強い結合を持っています。ダイヤモンドでは、原子は非常に密集しており、各原子は他の4つの炭素原子に接続されているため、3次元で非常に強力で剛性の高い構造になっています。

グラファイトの場合、グラファイト層間の結合のみが弱くなります。これは、層またはシートが繊維に巻き上げられ、それらの繊維がねじれて糸になると、結合の真の強度が明らかになることを意味します。ねじ山は形に成形され、エポキシ樹脂などのバインダーによって所定の位置に保持されます。得られた複合材料は、あらゆる材料の中で最も高い強度対重量比のいくつかを持っています。

ダイヤモンドとグラファイトの違いは、宝石の特性に対する結晶構造の重要性を浮き彫りにします。たとえば、結晶構造が完全に対称である立方晶の習慣を持つすべての宝石には、共通の重要な特性があります。立方体の固体は、同じ速度ですべての方向に光を屈折させます。だからダイヤモンドなのにガーネットとスピネル化学組成がかなり異なり、それらはすべて 単一屈折それらの類似した結晶構造のため。他の対称性の低い結晶グループは二重屈折、斜方晶系、単斜晶系、三斜晶系を含み、これらはすべて、結晶に入るときに光がどのように曲がるかを決定する特定の内部対称性と軸を持っています。