Lonsdaleite

Lonsdaleite (nomeado em homenagem a Kathleen Lonsdale), também chamado de diamante hexagonal em referência à estrutura cristalina, é um alótropo de carbono com uma rede hexagonal, em oposição à rede cúbica do diamante convencional. É encontrado na natureza em detritos de meteoritos; quando meteoros contendo grafite atingem a Terra, o imenso calor e estresse do impacto transformam o grafite em diamante, mas retém a rede cristalina hexagonal do grafite. Lonsdaleite foi identificado pela primeira vez em 1967 a partir do meteorito Canyon Diablo, onde ocorre como cristais microscópicos associados ao diamante comum.

É translúcido e amarelo acastanhado e tem um índice de refração de 2,40–2,41 e uma gravidade específica de 3,2–3,3. Sua dureza é teoricamente superior à do diamante cúbico (até 58% a mais), de acordo com simulações computacionais, mas espécimes naturais exibiram dureza um pouco menor em uma ampla gama de valores (de 7 a 8 na escala de dureza de Mohs). A causa é especulada como sendo devido às amostras terem sido crivadas de defeitos de rede e impurezas.

Além dos depósitos de meteoritos, o diamante hexagonal foi sintetizado em laboratório (1966 ou anterior; publicado em 1967) comprimindo e aquecendo grafite em uma prensa estática ou usando explosivos.

Dureza

De acordo com a interpretação convencional dos resultados do exame das escassas amostras coletadas de meteoritos ou fabricadas em laboratório, a lonsdaleita possui uma célula unitária hexagonal, relacionada à célula unitária do diamante da mesma forma que o cristal hexagonal e cúbico compactado sistemas estão relacionados. Pode-se considerar que sua estrutura diamantina é formada por anéis entrelaçados de seis átomos de carbono, na conformação cadeira. Em lonsdaleite, alguns anéis estão na conformação de barco. Em dimensões em nanoescala, o diamante cúbico é representado por diamondóides enquanto o diamante hexagonal é representado por wurtzóides.

No diamante, todas as ligações carbono-carbono, tanto dentro de uma camada de anéis quanto entre eles, estão na conformação escalonada, fazendo com que todas as quatro direções cúbicas-diagonais sejam equivalentes; enquanto em lonsdaleite as ligações entre as camadas estão na conformação eclipsada, que define o eixo de simetria hexagonal.

A simulação mineralógica prevê que a lonsdaleita seja 58% mais dura do que o diamante no <100> face, e para resistir a pressões de indentação de 152 GPa, enquanto o diamante quebraria a 97 GPa. Isso ainda é superado pelo diamante IIa <111> dureza da ponta de 162 GPa.

As propriedades extrapoladas da lonsdaleita têm sido questionadas, particularmente sua dureza superior, uma vez que as amostras sob inspeção cristalográfica não mostraram uma estrutura de rede hexagonal volumosa, mas sim um diamante cúbico convencional dominado por defeitos estruturais que incluem sequências hexagonais. Uma análise quantitativa dos dados de difração de raios-X de lonsdaleite mostrou que quantidades aproximadamente iguais de sequências de empilhamento hexagonal e cúbico estão presentes. Conseqüentemente, tem sido sugerido que o "empilhamento de diamantes desordenados" é a descrição estrutural mais precisa de lonsdaleite. Por outro lado, experimentos de choque recentes com difração de raios X in situ mostram fortes evidências para a criação de lonsdaleita relativamente pura em ambientes dinâmicos de alta pressão comparáveis aos impactos de meteoritos.

Ocorrência

Amostras de diamante da estrutura de impacto Popigai: (a) é diamante puro, enquanto (b) é diamante com algumas impurezas lonsdaleitas.

A lonsdaleita ocorre como cristais microscópicos associados ao diamante em vários meteoritos: Canyon Diablo, Kenna e Allan Hills 77283. Também ocorre naturalmente em depósitos de diamantes não bólidos na República de Sakha. Material com espaçamentos d consistentes com Lonsdaleite foi encontrado em sedimentos com datas altamente incertas no Lago Cuitzeo, no estado de Guanajuato, México, por proponentes da controversa hipótese de impacto Younger Dryas. Alegações de Lonsdaleite e outros nanodiamantes em uma camada da camada de gelo da Groenlândia que poderia ser da idade de Younger Dryas não foram confirmadas e agora são contestadas. Sua presença em depósitos de turfa locais é reivindicada como evidência de que o evento Tunguska foi causado por um meteoro e não por um fragmento de cometa.

Fabricação

Além da síntese de laboratório por compressão e aquecimento de grafite em uma prensa estática ou usando explosivos, a lonsdaleíta também foi produzida por deposição química de vapor e também pela decomposição térmica de um polímero, poli(hidridocarbino), à pressão atmosférica, sob atmosfera de argônio, a 1.000 °C (1.832 °F).

Em 2020, pesquisadores da Australian National University descobriram por acidente que eram capazes de produzir lonsdaleita em temperatura ambiente usando uma célula de bigorna de diamante.

Em 2021, o Instituto de Física de Choque da Washington State University publicou um artigo afirmando que eles criaram cristais de lonsdaleita grandes o suficiente para medir sua rigidez, confirmando que eles são mais rígidos do que os diamantes cúbicos comuns. No entanto, a explosão usada para criar esses cristais também os destrói nanossegundos depois, fornecendo tempo suficiente para medir a rigidez com lasers.