LONSDALEİTE

Bu yazıya sebep olan akademik yazı “Nature communication” dergisinde 14 Mart 2016 tarihinde yayınlanmıştır.

Yazarları; D Kraus; A.Rovasio; M.Gauthier; DO Geriche; J. Varderger; S.Frydrch; J.Herlfrick; LB Fletcher; G.Schaumann; B.Nagler; B.Varil; Bachmann; T.Dropper; RW Falcone; SH Glenzer ve M.Roth

https://www.nature.com/articles/ncomms10970

Bilindiği gibi elmas bir karbon “allotropu” dur. Kısacası kimyasal olarak aynı fakat fiziksel olarak (renk,sertlik,Ö.ağırlık vb.) farklı yapılar demektir. Karbon son yörüngesindeki olağanüstülük nedeni ile ( dört elektronu bulunur)  inanılmaz sayıda bileşik yapabilir. Bu nedenle de canlılarında ana yapısında karbonlar bulunur . Çevremizde pek çok karbon allotropu mevcuttur (kömür,grafit,elmas,lonsdaleite,fullerene vb.) 

Elmasın bu kadar sert olmasının bir nedeni de çok küçük boşluğa fazla sayıda atomların sıkıştırılmış olmasıdır. Bir diğer neden ise bu atomların bağlanma açı ve mesafesi neticede de kristal yapı gibi özelliklerin olmasından kaynaklanır.

Sertliği yüksek mineraller eğer kristal yapıda ise kaçınılmaz olarak kırılma incisi yüksek bu nedenle de ışığı renklerine ayırma özelliğine sahip olur bu ise değerli taş olmanın özelliklerindendir. Elmas değerli taşların en pahalı olanlarından biridir ancak ana maddesi olan karbon çok miktarda bulunur.Fakat meydana gelmesi için çok özel şartlara ihtiyaç gösterir (çok yüksek basınç,ısı,ve zaman)

Konumuz olan mineral yani Lonsdaleite ise piyasada “altıgen elmas “diye bilinir.Adını “Kathleeen Lonsdale” den onuruna verilmiştir.

Normal elmaslar kübik kristal ( dörtlü yapı)  yapıda kristalleşir iken bunlar altılı kafes yapıya haizdir.

Lonsdaleite ilk defa 1967 yılında “Diablo Canyon” da bulundu bulunanlar mikroskopiktir.(burası bir ‘impackt’ bölgesi idi yani meteor patlaması olmuştu.)

Doğada göktaşı çarpma yeri kalıntılarında bulunur.İçeriğinde grafit bulunduran meteorlar yere büyük bir patlama ile çarpınca (İmpackt)  içteki grafiğin bir kısmı bir çeşit elmasa (Lonsdaleite ye) dönüşür fakat bilindiği gibi grafit altılı yapıya sahiptir bu iş o kadar kısa zamanda olur ki bu altılı yapı korunarak yeni mineral oluşur oysa elmas da  grafit gibi karbondan oluşur fakat “normal elmas “ ne kömürden ne grafit ten oluşur o yeryüzünün  çok diplerinde (en az 120 km derinde) çok uzun bir süreçte oluşur.Kömür çeşitleri ise bilindiği gibi organik kökenlidir (bitki ve diğer canlılar) ve ilk bitkilerin oluşmaya başladığı tarihin elmasın oluşabilmesi için gereken sürecin çok azına denk geldiğinden bu olasılık mümkün değildir.  (bulunan en genç elmasın yaşı 900 milyon yılın üstüdür)

Lonsdaleite nin bazı özelliklerine bakalım;

Renk : Kırık değilse gri,yarısaydam,kırıksa kahverengimsi sarıdır. Açık gri renkte de olabilir.

Sertlik: Teorik olarak Lonsdaleite elmas tan daha serttir. Çünkü kristal yapısı daha sıkı paketlenmiştir ancak doğada bulunanları hep beklenenden çok daha düşük sertlikte bulunmuştur(7-8 sertlik )

Bunun sebebinin ise kafes yapısı kusurları ile safsızlılkar (yabancı elementler) sonucu olduğu kabul edilir.

Kırılma incisi: 2.404 (elmas ise 2.417)

Parlaklık: elmas gibi “adamantine” dir 

Özgül ağırlığı: 3.2 (elmastan hafif elmas ise 3.52)

Optik özelliği: tek eksenli (elmas gibi)

Bulunduğu yerler: Canyon Diablo, SAHA Cumhuriyeti(Sibirya),Meksika da Cuitzeo Gölü,Grönland (!) 

SENTETİK YAPIMI:

Grafit den birkaç yöntemle elde edilir.

1-) Buhar biriktirme yöntemi

2-) Grafiti basınçla ve patlayıcı ile 

3-) Termal ayrıştırma yolu ile

4-) 2020 yılında Avustralya Ulusal Üniversitesinde bir elmas örs hücresi kullanılarak ve oda sıcaklığında tesadüfen elde edilmiştir.

2021 yılında Washington Eyalet Üniversitesinde sertliği ölçülebilecek kadar büyüklükte Lonsdaleite kristalleri oluşturulduğunu bildiren bir makale yayınlandı.Fakat lonsdaleite kristallerini oluşturan patlama çok kısa zaman aralığından sonra aynı yapıyı tekrar bozuyordu ancak bu kısa zaman aralığındaki lonsdaleite kristallerinin sertliği lazerler ile ölçülebilmiştir.

NOT: Nanodiamond veya “Hyperdiamond” denen karbon allotropları 2003 yılında Japonya’da ilk defa elde edildi.

Meydana gelen oluşumlar lonsdaleite den farklıdır.Elde edilen nano diamondlar normal elmastan çok daha serttir. Bu konu ile ilgili yazı “ Nature dergisinde” yayınlanmıştır.Daha sonrasında ise “Fullereneler “ kullanılarak (yani grafit yerine bu başka karbon allotropu kullanılmıştır) yeni özellikte elmas imal edilmiştir.

Bu “Hyperdiamond veya nanodiamond” lar “491 Gigapascal sertliğinde iken normal elmaslar ise 442-446  gigapascal  sertlik aralığına sahiptir.

Normal bir elmasın yüzeyi bir nanodiamond ile çizildiğinde 107 +,-  6 GPa sertlik değerine sahipken bir nanodiamond yüzeyi bir başka nanodiamond ile çizilmeye çalışıldığında test sonucu olarak 310 GPa olur.

Sonuç olarak bir nanodiamond (veya Hyperdiamond) sertliği belirlenmiş olan skalanın ötesinde (10 un üzerinde ) sertliğe sahiptir.