炭素

ダイアモンドです。実は準安定相なのですが、もっとも愛される炭素同素体でしょう。

写真は人工のダイアモンドです。えらくちっちゃいの。ぼくのこづかいではこれしかかえないんだ。

結晶は基本的には正六面体の角が切られた「切頭六面体(truncated hexahedron)」です。

正六面体の面はミラー指数では (001), 頭を切っているのは (111) です。

不純物が特定方向に偏析してますね。

ダイアモンドってのはいささか特殊な存在なのです。

炭素の高圧相で、地球上では準安定相。

無色透明で屈折率、硬度が異常に高い。

しかも、そこそこレア。大きな結晶になかなかならない。

おかげで古くから装飾品としての利用があり、今でもデビアスが価格をコントロールしています。

しかし、この呪縛に縛られすぎている人が多く見受けられます。

最近になって、人工のダイアモンドは質量大きさいずれも装飾品レベルのものが安価にできるようになりましたが、デビアスが市場価格を裏で操作しているので値崩れしません。

学術的にはとても奇妙で興味深い存在です。

ダイアモンド、傷も付かなければ破壊もできないって思われている方が時折いらっしゃるんですが、そんなことないです。

静的な圧ではなかなか破壊できない（下の基板がへこむ）のは確かなんですが、ハンマーで砕くと比較的簡単に割れます。硬いですが。

こんな感じ。

三方向にへき開があります。しかし、方解石や蛍石ほどはっきりしません。

ぶん殴って割れば当然、C-C 結合が切断されます。

破壊に化学結合の切断と再生成が伴われるってのは、無機高分子ではよくある話。

あの硬度の高いダイアモンドすら、衝撃には脆いのです。

形あるものはいつか必ずなくなります。

「愛」などのように、形のないものはさらに脆く儚く消え去ってゆくことでしょう。

化学的にみれば、ダイアモンドというのはなんのことはない sp3 炭素の三次元ポリマーです。

sp3 結合を歪ませずに、もっとも密に炭素をくみ上げていけばダイアモンドになります。

というわけで、ダイアモンドは無機鉱物よりむしろ有機化合物的な性質を示すことが多くあります。

ダイアモンドの選鉱は、含有岩石を破砕し、これを水で流しながらグリースのべったり付いたテーブルを通します。

ダイアモンドはグリースによく濡れるので、グリースに沈み込みます。他の鉱物は濡れ性が劣るのでそのまま流れ去ってしまいます。

ビッカース硬度計の圧子です。

先端部に４ｍｍぐらいのダイアモンドが鉄の台座に嵌めてあります。

頂点は４角錐で、１３６度に研磨してありますが、それ以外の埋まっている部分はすべて自然の結晶面のようですね。横に面がちょこっと見えます。

これを対象物に荷重をかけて押し込み、くぼんだ面積を元に対象物の硬さを測定します。

一見黒く見えるのですが、実は宝石級のダイアモンドです。

こういった、物理量測定や高圧実験用のダイアモンドは、欠陥の少ない材料を用いる必要があり、宝石に使うようなクラスのものが用いられます。下手すると、宝石用に研磨されたものをリカットして用いることも。

黒鉛です。昔は石墨と言いました。今は黒鉛かグラファイトです。ケベックのものです。

方解石に埋まっているので、高温高圧で堆積岩中の炭質分が変化したものでしょう。

結晶が歪みやすくわかりづらいんですが、六角板状の結晶。

ここに、連なったベンゼン環がずらーっと並んでいます。巨大分子というか高分子です。

これを、セロテープを貼り付けてはペリペリ剥がすのを続けていくと、最終的には１－数層の「グラフェン」というグラファイトができて、これがなかなか物性的に面白い、というのがこのあいだのノーベル賞でした。

層間にいろいろな金属や分子を挟み込むことができたりなど、奇妙な反応性を示します。

また、ダイアモンドがもっとも硬い鉱物であるのに対し、こちらの炭素は最も軟らかい部類です。

電気も熱もよく通します。

すべては、縮合したベンゼン環と、それに由来したπ電子に起因します。

フラーレン C60 の分子構造です。ある種の化合物と結晶中で包接化合物を作りやすく、こうなるとX線できれいに分子構造が解析できます。

サッカーボールの模様をした、球状に丸めたグラファイトです。

実物のフラーレンは、試薬では何のことない黒い粉です。丁寧に高温で昇華精製すると、黒光りする結晶になるのですが。

ロシア、カレリア共和国で産したシュンガ石（shungite）です。先カンブリア紀の層序に入り込んでくる非晶質炭素で、この中には 19 ppm 程度のフラーレン C60 が含まれているという報告があります。

木炭の燃焼です。木炭は不純な炭素です。