เพชร อัญมณีที่แข็งแกร่งที่สุดในโลกและคุณสมบัติทางวิทยาศาสตร์

เพชร (Diamond) คือรูปแบบหนึ่งของธาตุคาร์บอนที่อะตอมจัดเรียงตัวในโครงสร้างผลึกที่เรียกว่า diamond cubic เพชรเป็นของแข็งที่ไม่มีรส ไม่มีกลิ่น มีความแข็งแรงสูงแต่เปราะ และเป็นตัวนำไฟฟ้าที่เลว แต่ในรูปแบบบริสุทธิ์จะมีสีใสไม่มีสี ซึ่งไม่ละลายในน้ำ

คุณสมบัติทางกายภาพและเคมี

เพชรมีความแข็งและมีการนำความร้อนสูงที่สุดในบรรดาวัสดุธรรมชาติทั้งหมด ซึ่งคุณสมบัตินี้ถูกนำไปใช้ประโยชน์อย่างมากในงานอุตสาหกรรม เช่น เครื่องมือตัดและเครื่องมือขัดเงา เนื่องจากโครงสร้างอะตอมของเพชรมีความแข็งเกร็งอย่างมาก ทำให้มีสิ่งเจือปนเพียงไม่กี่ชนิดที่สามารถแทรกซึมเข้าไปได้ (ข้อยกเว้นคือโบรอนและไนโตรเจน)

สีของเพชร

สิ่งเจือปนหรือข้อบกพร่องในโครงสร้างผลึกเพียงเล็กน้อย (ประมาณหนึ่งส่วนล้านของอะตอมในโครงข่าย) สามารถทำให้เพชรมีสีสันต่างๆ ได้ ดังนี้:

• สีน้ำเงิน: เกิดจากโบรอน
• สีเหลือง: เกิดจากไนโตรเจน
• สีน้ำตาล: เกิดจากข้อบกพร่องในโครงสร้าง
• สีเขียว: เกิดจากการสัมผัสรังสี
• สีอื่นๆ: เช่น สีม่วง สีชมพู สีส้ม หรือสีแดง

การเปรียบเทียบระหว่างเพชรและแกรไฟต์

คาร์บอนบริสุทธิ์มีรูปแบบที่แตกต่างกันที่เรียกว่า allotropes โดยรูปแบบที่พบบ่อยที่สุดสองรูปแบบคือ เพชร และ แกรไฟต์ (Graphite)

การกำเนิดและแหล่งที่มา

เพชรธรรมชาติส่วนใหญ่มีอายุระหว่าง 1 พันล้านถึง 3.5 พันล้านปี โดยก่อตัวขึ้นที่ระดับความลึกระหว่าง 150 ถึง 250 กิโลเมตรในชั้นเนื้อโลก (Mantle) แม้ว่าบางลูกจะมาจากความลึกถึง 800 กิโลเมตร ภายใต้ความดันและอุณหภูมิที่สูงมาก ของเหลวที่มีคาร์บอนจะละลายแร่ธาตุต่างๆ และแทนที่ด้วยเพชร

ต่อมา เพชรเหล่านี้ถูกนำขึ้นมาสู่พื้นผิวโลกผ่านการปะทุของภูเขาไฟและสะสมตัวในหินอัคนีที่เรียกว่า kimberlites และ lamproites

ประวัติศาสตร์และการค้นพบทางเคมี

ชื่อของเพชรมาจากภาษากรีกโบราณ adámas ซึ่งหมายถึง "ไม่สามารถทำลายได้" หรือ "ไม่สามารถปราบได้" เพชรถูกค้นพบและทำเหมืองครั้งแรกในอินเดีย ซึ่งมีการสะสมตัวของเพชรตามแหล่งน้ำ (alluvial deposits) มานานหลายพันปี

ในปี ค.ศ. 1772 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Antoine Lavoisier ได้พิสูจน์ว่าเพชรประกอบด้วยคาร์บอน โดยการใช้เลนส์รวมแสงอาทิตย์เพื่อเผาเพชรในบรรยากาศที่มีออกซิเจน และพบว่าผลิตภัณฑ์ที่ได้คือคาร์บอนไดออกไซด์

เพชรสังเคราะห์

เพชรสังเคราะห์สามารถสร้างขึ้นได้จากคาร์บอนที่มีความบริสุทธิ์สูงภายใต้ความดันและอุณหภูมิสูง หรือสร้างจากก๊าซไฮโดรคาร์บอนผ่านกระบวนการ chemical vapor deposition (CVD) เพชรธรรมชาติและเพชรสังเคราะห์สามารถแยกแยะได้โดยใช้เทคนิคทางแสงหรือการวัดค่าการนำความร้อน