Lonsdaleíta

Lonsdaleite (llamado así en honor a Kathleen Lonsdale), también llamado diamante hexagonal en referencia a la estructura cristalina, es un alótropo de carbono con una red hexagonal, a diferencia de a la red cúbica del diamante convencional. Se encuentra en la naturaleza en restos de meteoritos; cuando los meteoros que contienen grafito golpean la Tierra, el inmenso calor y la tensión del impacto transforman el grafito en diamante, pero retienen la red cristalina hexagonal del grafito. La lonsdaleita se identificó por primera vez en 1967 a partir del meteorito Canyon Diablo, donde se presenta como cristales microscópicos asociados con diamantes ordinarios.

Es translúcido y de color amarillo parduzco y tiene un índice de refracción de 2,40 a 2,41 y una gravedad específica de 3,2 a 3,3. Su dureza es teóricamente superior a la del diamante cúbico (hasta un 58% más), según simulaciones computacionales, pero las muestras naturales exhibieron una dureza algo menor en un amplio rango de valores (de 7 a 8 en la escala de dureza de Mohs). Se especula que la causa se debe a que las muestras estaban plagadas de defectos de red e impurezas.

Además de los depósitos de meteoritos, el diamante hexagonal se ha sintetizado en el laboratorio (1966 o antes; publicado en 1967) comprimiendo y calentando grafito en una prensa estática o usando explosivos.

Dureza

Según la interpretación convencional de los resultados del examen de las exiguas muestras recolectadas de meteoritos o fabricadas en el laboratorio, la lonsdaleita tiene una celda unitaria hexagonal, relacionada con la celda unitaria del diamante de la misma manera que el cristal compacto hexagonal y cúbico. Los sistemas están relacionados. Se puede considerar que su estructura de diamante está formada por anillos entrelazados de seis átomos de carbono, en conformación de silla. En la lonsdaleita, algunos anillos están en conformación de bote. En dimensiones a nanoescala, el diamante cúbico está representado por diamondoides mientras que el diamante hexagonal está representado por wurtzoides.

En el diamante, todos los enlaces carbono-carbono, tanto dentro de una capa de anillos como entre ellos, tienen una conformación escalonada, lo que hace que las cuatro direcciones diagonales cúbicas sean equivalentes; mientras que en la lonsdaleita los enlaces entre capas están en la conformación eclipsada, que define el eje de simetría hexagonal.

La simulación mineralógica predice que la lonsdaleita es un 58 % más dura que el diamante en <100> cara, y para resistir presiones de indentación de 152 GPa, mientras que el diamante se rompería a 97 GPa. Esto aún es superado por IIa diamond's <111> dureza de la punta de 162 GPa.

Se han cuestionado las propiedades extrapoladas de la lonsdaleita, en particular su dureza superior, ya que las muestras sometidas a inspección cristalográfica no han mostrado una estructura reticular hexagonal a granel, sino un diamante cúbico convencional dominado por defectos estructurales que incluyen secuencias hexagonales. Un análisis cuantitativo de los datos de difracción de rayos X de la lonsdaleita ha demostrado que están presentes aproximadamente cantidades iguales de secuencias de apilamiento hexagonales y cúbicas. En consecuencia, se ha sugerido que "apilar diamantes desordenados" es la descripción estructural más precisa de la lonsdaleita. Por otro lado, recientes experimentos de choque con difracción de rayos X in situ muestran una fuerte evidencia de la creación de lonsdaleita relativamente pura en entornos dinámicos de alta presión comparables a los impactos de meteoritos.

Ocurrencia

Muestras de diamantes de la estructura de impacto de Popigai: a) es diamante puro, mientras que (b) es diamante con algunas impurezas de lonsdaleita.

La lonsdaleita se presenta como cristales microscópicos asociados con diamantes en varios meteoritos: Canyon Diablo, Kenna y Allan Hills 77283. También se presenta de forma natural en depósitos de placer de diamantes que no son bólidos en la República de Sakha. Los defensores de la controvertida hipótesis del impacto Younger Dryas han encontrado material con espaciamientos d consistentes con Lonsdaleita en sedimentos con fechas muy inciertas en el lago Cuitzeo, en el estado de Guanajuato, México. Las afirmaciones de Lonsdaleite y otros nanodiamantes en una capa de la capa de hielo de Groenlandia que podría tener la edad de Younger Dryas no se han confirmado y ahora se disputan. Su presencia en los depósitos de turba locales se afirma como evidencia de que el evento de Tunguska fue causado por un meteorito y no por un fragmento de cometa.

Fabricación

Además de la síntesis de laboratorio al comprimir y calentar grafito en una prensa estática o con explosivos, la lonsdaleita también se ha producido por deposición química de vapor y también por descomposición térmica de un polímero, poli(hidridocarbino), a presión atmosférica., bajo atmósfera de argón, a 1000 °C (1832 °F).

En 2020, investigadores de la Universidad Nacional de Australia descubrieron por accidente que podían producir lonsdaleita a temperatura ambiente utilizando una celda de yunque de diamante.

En 2021, el Instituto de Física de Choque de la Universidad Estatal de Washington publicó un artículo en el que afirmaba que crearon cristales de lonsdaleita lo suficientemente grandes como para medir su rigidez, lo que confirma que son más rígidos que los diamantes cúbicos comunes. Sin embargo, la explosión utilizada para crear estos cristales también los destruye nanosegundos más tarde, proporcionando el tiempo justo para medir la rigidez con láser.