[スポンサーリンク]

一般的な話題

ダイヤモンドは砕けない

[スポンサーリンク]

 

4月の誕生石 ダイヤモンド

 

世界一硬い物質としてダイヤモンドは知られ、他の物質では歯が立たず、そのためダイヤモンドはダイヤモンド自体でもって磨かれます。なんという発想の転換、子どもの頃それを聞いて驚いたものです。4月になりましたので誕生石にちなんで、ダイヤモンドがなぜ磨けるのか、分子動力学のシミュレーション結果を紹介したいと思います。ただ単に、硬いもの同士で砕かれていたというわけではないようですよ。物理変化だけではなく、ダイヤモンドの研磨に潜んでいた化学反応とはいったい?

永遠の絆の象徴として、宝飾品でおなじみのダイヤモンド。ずば抜けて高い屈折率を持ち、電気は通さないものの熱はよく通し、ひっかき傷に対する硬さではナンバーワン。炭素の単体として知られ、産業界でも重要な材料です。 

硬いダイヤモンドを「磨く」というのだから、変化はやはりダイヤモンドの表面で起きています。研磨にともなう変化の舞台となるダイヤモンドの表面はどうなっているのかというと、高校ではごまかされてしまったと思いますが、アルキル基の水素原子であったり、ヒドロキシ基であったり、カルボニル基であったりして、永遠に炭素原子が続くわけではありません。今回、紹介する分子動力学シミュレーション[1]では、炭素原子の連なる端は便宜上すべて水素原子であるものとして演算しています。

samdiamond

ダイヤモンドは端まで永遠に炭素原子が続くわけではないッ!

 

ダイヤモンドで通常もとの炭素原子は4方向に結合がのびるsp3混成軌道を取っています。メタンやエタンと同じアレです。

強い力をかけてダイヤモンドどうしをこすりあわせると、まず3方向に結合がのびるsp2混成軌道になります。エチレンと同じアレです。

さらに、このまま続けると、炭素原子が2方向に結合がのびるsp混成軌道を取ります。アセチレンと同じアレです。

炭素がアモルファスに変化するとともに、ここで大気中の酸素分子が登場し、sp軌道を取った不安定な炭素原子と反応して、二酸化炭素なり一酸化炭素なりが生成するようです。単に砕かれていたわけではなく、磨かれるとダイヤモンドは表面だけ燃えていたというのです。

以前から知られていた減圧下ではダイヤモンドを擦りあわせても磨かれにくいという観察を、このシミュレーション結果は上手く説明することができます。酸素分圧がかなめだったのでしょう。

 

GREEN0401.PNG

論文[1]より

さすがダイヤモンド!

他の物質たちにできないことを平然とやってのけるッ!

 

 参考論文

[1] “Anisotropic mechanical amorphization drives wear in diamond” Lars Pastewka et al. Nature Materials 2010 DOI: 10.1038/NMAT2902 

 

関連書籍

 

The following two tabs change content below.
Green

Green

静岡で化学を教えています。よろしくお願いします。
Green

最新記事 by Green (全て見る)

関連記事

  1. 「科学者の科学離れ」ってなんだろう?
  2. TED.comで世界最高の英語プレゼンを学ぶ
  3. アステラス病態代謝研究会 2018年度助成募集
  4. 金属原子のみでできたサンドイッチ
  5. 有機合成化学総合講演会@静岡県立大
  6. 水素ガス/酸素ガスで光特性を繰り返し変化させる分子
  7. 投票!2018年ノーベル化学賞は誰の手に!?
  8. 化学の資格もってますか?

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 理系の海外大学院・研究留学記
  2. カーボンナノベルト合成初成功の舞台裏 (3) 完結編
  3. Thieme-IUPAC Prize in Synthetic Organic Chemistry ―受賞者一覧
  4. 小さなケイ素酸化物を得る方法
  5. コラボリー/Groups(グループ):サイエンスミートアップを支援
  6. 有機合成化学協会誌 紹介記事シリーズ
  7. 医薬品への新しい合成ルートの開拓 〜協働的な触媒作用を活用〜
  8. UCリアクター「UCR-150N」:冷媒いらずで-100℃!
  9. 高圧ガス甲種化学 受験体験記① ~概要・申し込み~
  10. 脱水素型クロスカップリング重合法の開発

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

排ガス原料のSAFでデリバリーフライトを実施

ANAは日本時間の10月30日、排ガスを原料とするSustainable Aviation Fuel…

“つける“と“はがす“の新技術―分子接合と表面制御

お申込み・詳細はこちら日程2020年1月9日(木)・10日(金)定員20名  先着順…

【日産化学】画期的な生物活性を有する新規除草剤の開発  ~ジオキサジン環に苦しみ、笑った日々~

日産化学は、コア技術である「精密有機合成」や「生物評価」を活かして自社独自開発の…

モノクローナル抗体を用いた人工金属酵素によるエナンチオ選択的フリーデル・クラフツ反応

第234回のスポットライトリサーチは、大阪大学大学院理学研究科・安達 琢真さんにお願いしました。…

α,β-不飽和イミンのγ-炭素原子の不斉マイケル付加反応

α,β-不飽和イミンのγ-炭素原子のエナールへのエナンチオ選択的マイケル付加反応が開発された。新規環…

化学者だって数学するっつーの! :定常状態と変数分離

本記事では、原子軌道や分子軌道に電子が安定に存在するときの波動関数を調べるための方程式である、「時間…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP