Diamant

Diamant ist die kubische Modifikation des Kohlenstoffs und als natürlich vorkommender Feststoff ein Mineral aus der Mineralklasse der Elemente. Diamant bildet meist oktaederförmige Kristalle, oft mit gebogenen und streifigen Flächen. Weitere beobachtete Formen sind das Tetraeder, Dodekaeder und der Würfel. Die Kristalle sind transparent, farblos oder durch Verunreinigungen (z. B. Stickstoff oder Bor) oder Kristallgitterdefekte grün, gelb, braun und seltener auch orange, blau, rosa, rot oder grau bis schwarz gefärbt.

Diamant ist der härteste natürliche Stoff. In der Härteskala nach Mohs hat er die Härte 10. Seine Schleifhärte nach Rosiwal (auch absolute Härte) ist 140-mal größer als die des Korunds. Die Härte des Diamanten ist allerdings in verschiedenen Kristallrichtungen unterschiedlich (Anisotropie). Dadurch ist es möglich, Diamant mit Diamant zu schleifen. In dem dazu verwendeten Diamantpulver liegen die Kristalle in jeder Orientierung vor (statistische Isotropie), damit wirken immer auch die härtesten unter ihnen auf den zu schleifenden Körper.

Diamant ist optisch isotrop mit hoher Lichtbrechung und hoher Dispersion. Er zeigt Fluoreszenz und Phosphoreszenz und ist triboelektrisch. Er verfügt über die höchste Wärmeleitfähigkeit aller bekannten Minerale.

Das Gewicht einzelner Diamanten wird traditionell in Karat angegeben, welches seit 1907 auf exakt 0,2 Gramm festgelegt ist (siehe Abschnitt „Gewicht in Karat“). Ein unbehandelter, d. h. insbesondere ungeschliffener Diamant wird Rohdiamant genannt.

Etymologie und Geschichte mini|Ausstellung in Amsterdam, 1955

Der Name Diamant leitet sich aus dem spätlateinischen diamantem, Akkusativ von diamas (im Mittelalter auch dyamas) ab, einer gräzisierenden Abwandlung von adamas, Akkusativ adamanta, zu griechisch ἀδάμας, adámas, „unbezwingbar“. Im klassischen Latein wurden wie bereits im Griechischen als adamas besonders harte Materialien bezeichnet, so etwa von Hesiod der Stahl, von Platon und Theophrast wohl der Diamant und von Plinius der Saphir.

Die ältesten Diamantenfunde werden aus Indien, angeblich bereits im 4. Jahrtausend v. Chr., berichtet. Bereits damals sagte man Diamanten magische Wirkungen nach, weshalb man sie auch als Talismane nutzte. Diamanten waren auch bei den alten Römern bekannt und wurden sehr geschätzt. Chinesische Alchemisten versuchten den für physische Unsterblichkeit und eine Art Stein der Weisen stehenden „Diamantenkörper“ zu gewinnen.

Die Verwendung von Diamanten als Werkzeug beschreibt schon Plinius der Ältere in seinem Werk Naturalis historia, XXXVII 60. Um 600 n. Chr. wurde der erste Diamant auf der indonesischen Insel Borneo gemeldet, doch obwohl Indien nun nicht mehr die einzige Quelle war, blieben die indonesischen Funde unbedeutend, da die Anzahl zu gering und der Transport zu den Handelsstädten zu weit war. Erst im 13. Jahrhundert entdeckte man, dass sich Diamanten bearbeiten lassen, was jedoch in Indien abgelehnt wurde, da die Steine so angeblich ihre magischen Kräfte verlieren könnten. Der heutige typische Brillant­schliff wurde erst um 1910 entwickelt.

Im 18. Jahrhundert erschöpften sich allmählich die indischen und indonesischen Minen. Als ein Portugiese auf der Suche nach Gold in Brasilien war, entdeckte er den ersten Diamanten außerhalb Asiens. Dieser Fund verursachte einen „Diamantrausch“. Den ersten Diamant im Muttergestein Kimberlit fand man 1869 in Kimberley in Südafrika. Ein Jahr später übernahm Südafrika die Rolle des Hauptlieferanten, da auch Funde in Brasilien seltener wurden.

Auf der Weltausstellung in Philadelphia 1876 wurde erstmals eine mit Diamanten besetzte Steinkreissäge einer breiten Öffentlichkeit gezeigt. 1908 entdeckte man an der Diamantenküste Deutsch-Südwestafrikas Diamanten. 1955 wurde der erste Diamant künstlich hergestellt. Den ersten Diamanten auf dem Meeresgrund fand man 1961. Heute ist Russland Hauptlieferant für Diamanten.

+ Weitere Erstfunde Jahr Staat 1826 Russland 1851 Australien (erster in Australien) 1866 Südafrika, damals Kapkolonie (erster in Afrika) 1901 Venezuela 1906 USA (Bundesstaat Arkansas) 1908 Namibia, damals Deutsch-Südwestafrika 1912 Angola, damals portugiesisch 1912 Demokratische Republik Kongo, damals Belgisch-Kongo 1920 Westküste Afrikas (Ghana, damals britische Kolonie Goldküste) 1969 China 1992 Kanada

Klassifikation Bereits in der letztmalig 1977 überarbeiteten 8. Auflage der Mineralsystematik nach Strunz gehörte der Diamant zur Mineralklasse der „Elemente“ und dort zur Abteilung „Halbmetalle und Nichtmetalle“, wo er zusammen mit Lonsdaleit und dem nicht anerkannten Polytyp Diamant-2H die „Diamant-Untergruppe“ mit der Systemnummer I/B.02b innerhalb der „Kohlenstoff-Gruppe“ bildete.

In der zuletzt 2018 überarbeiteten Lapis-Systematik nach Stefan Weiß, die formal auf der alten Systematik von Karl Hugo Strunz in der 8. Auflage basiert, erhielt das Mineral die System- und Mineralnummer I/B.02-040. Dies entspricht ebenfalls der Abteilung „Halbmetalle und Nichtmetalle“, wo Diamant zusammen mit Chaoit, Graphit, Lonsdaleit, Moissanit und Fullerit mit bisher fraglichem Mineralstatus eine unbenannte Gruppe mit der Systemnummer I/B.02 bildet.

Auch die von der International Mineralogical Association (IMA) zuletzt 2009 aktualisierte 9. Auflage der Strunz’schen Mineralsystematik ordnet den Diamant in die Abteilung der „Halbmetalle (Metalloide) und Nichtmetalle“ ein. Diese ist allerdings weiter unterteilt nach verwandten Element-Familien. Das Mineral ist hier entsprechend seiner Zusammensetzung in der Unterabteilung „Kohlenstoff-Silicium-Familie“ zu finden, wo es als einziges Mitglied eine unbenannte Untergruppe mit der Systemnummer 1.CB.10a innerhalb der „Diamantgruppe“ bildet.

In der vorwiegend im englischen Sprachraum gebräuchlichen Systematik der Minerale nach Dana hat Diamant die System- und Mineralnummer 01.03.06.01. Dies entspricht der Klasse und gleichnamigen Abteilung „Elemente“, wo das Mineral zusammen mit Graphit, Lonsdaleit, Chaoit und Fullerit in der Gruppe der „Kohlenstoffpolymorphe“ mit der Systemnummer 01.03.06 innerhalb der Unterabteilung „Elemente: Halbmetalle und Nichtmetalle“ zu finden ist.

Kristallstruktur gerahmt|Kubische Kristallstruktur von Diamant. Das Gitter besteht aus zwei sich gegenseitig durchdringenden kubisch flächenzentrierten (fcc) Gittern. Jedes Kohlenstoffatom ist gleichwertig mit vier Nachbaratomen kovalent gebunden.

Diamant kristallisiert in der kubischen mit dem Gitterparameter a = 3,567 Å sowie 8 Formeleinheiten pro Elementarzelle.

Diamant besteht ausschließlich aus reinem, kubisch kristallisiertem Kohlenstoff. Wenn auch der innere Aufbau theoretisch aus reinem Kohlenstoff besteht, so sind die freien Atombindungen an den Grenzflächen des Kristalls doch mit Sauerstoff oder Wasserstoff gesättigt.

Im Diamanten sind die Kohlenstoffatome tetraedrisch gebunden; das bedeutet, jedes Atom hat vier symmetrisch ausgerichtete Bindungen zu seinen nächsten Nachbarn. Die große Härte resultiert aus der sehr hohen Bindungsenergie der vollständig in sp3-Hybridisierung vorliegenden chemischen Bindungen.

Eigenschaften Physikalische und chemische Eigenschaften Die Schallgeschwindigkeit in Diamanten erreicht mit 18,7 km/s den höchsten Wert bei Festkörpern.

Diamant oxidiert in reinem Sauerstoff bei ca. 720 °C, in Luft ebenfalls ab 720 °C in langsamerer Reaktionsgeschwindigkeit zu (gasförmigem) Kohlendioxid. Mit einem Bunsenbrenner, der zusätzlich Luft ansaugt, beginnt ein normaler Diamant ab 800 Grad Celsius zu verbrennen.

Wird ein auf Gelbglut erhitzter Diamant von einigen Millimetern Durchmesser in flüssigen, also tiefkalten, Sauerstoff gegeben, sinkt er ab und verbrennt unter Glüherscheinung zu Kohlendioxid, das fest ausfällt. Die Reaktionsenthalpie ist mit 395,7 kJ/mol um 1,89 kJ/mol größer als die von Graphit. Um Diamant in einer Gasflamme zu verbrennen, braucht es Sauerstoffüberschuss. Diamantpulver einer geeigneten Korngröße um 50 Mikrometer verbrennt nach Kontakt mit einer Flamme in einem Funkenregen, ähnlich wie Kohlepulver. Dementsprechend können auch pyrotechnische Sätze auf Basis von Diamantpulver gefertigt werden. Während die Funkenfarbe vergleichbar zu Kohlepulver ist, wird aufgrund der ca. zweifach höheren Dichte eine sehr lineare Flugbahn beobachtet. Mit Wasserstoff reagiert er bei hohen Temperaturen zu Kohlenwasserstoffen.

Diamant löst sich in Schmelzen von kohlenstofflösenden Metallen wie Eisen, Nickel, Cobalt, Chrom, Titan, Platin, Palladium und deren Legierungen. Je größer das Korn oder der Kristall ist, umso kleiner ist gemäß dem Verhältnis reaktiver Oberfläche zu Volumen – in allen Fällen – die Umsetzungsgeschwindigkeit.

Seine vollkommene Spaltbarkeit nach den Oktaederflächen {111} macht es möglich, Diamanten in Bruchstücke mit glatten Flächen zu teilen. Durch unkontrollierte Schläge oder auch ungerichtete starke Druckbelastung können Diamanten ebenfalls brechen, wobei unregelmäßige Bruchstücke entstehen.

Altersbestimmung Das Alter der Diamanten kann anhand ihrer Einschlüsse bestimmt werden. Diese Einschlüsse entstehen gleichzeitig mit dem Diamanten, der sie umschließt, und bestehen oft aus Silikatmineralen der Umgebung. Das Alter der Silikatminerale kann mit der Geochronologie anhand ihrer isotopischen Zusammensetzung bestimmt werden; dazu werden hauptsächlich die Zerfallssystematik von 147Sm zu 143Nd und 187Re zu 187Os verwendet. Anhand der inzwischen großen Datenbank an Isotopendaten lässt sich feststellen, dass die Diamantbildung immer wieder zu verschiedenen Zeiten über alle Erdzeitalter hinweg stattfand, und es nicht nur sehr alte Diamanten gibt, die älter als drei Milliarden Jahre sind, sondern auch jüngere, die allerdings immer noch ein Alter von mehreren hundert Millionen Jahren erreichen. Der älteste datierte Diamant hat ein Alter von circa 4,25 Mrd. Jahren.

Modifikationen und Varietäten Neben kubisch kristallisierendem Diamant sind noch folgende Kohlenstoffmodifikationen bekannt: Graphit (hexagonal), Lonsdaleit (hexagonal), Chaoit (hexagonal), Fullerene (mit wenigen Ausnahmen nur synthetisch), Graphen (synthetisch).

Diamant ist bei Raumtemperatur und Normaldruck metastabil. Die Aktivierungsenergie für den Phasenübergang in die stabile Modifikation (Graphit) ist jedoch so hoch, dass eine Umwandlung in Graphit bei Raumtemperatur praktisch nicht stattfindet.

Es gibt mehrere unterschiedliche Diamant-Varietäten, deren Kristallstrukturen durch ungünstige Wachstumsbedingungen vermehrt Gitterfehler aufweisen. Hierzu gehört u. a. Ballas (radialstrahlig, faserig) und Carbonado (schwarzer poröser polykristalliner Diamant, der bislang ausschließlich in Zentralafrika und in Südamerika gefunden wurde), aber auch die rosa Diamanten aus der Argyle Mine.

Bildung und Fundorte mini|Video zur Entstehung von Diamanten mini|Oktaedrischer Diamant von etwa 1,8 Karat (6 mm) in Kimberlit aus dem Diamantbergwerk Finsch, Südafrika