質問: 小3の息子の質問です。 化学にお詳しい方、 小学生&化学的知識の全くない母でも理解できる様、ご教授頂けましたら有難いです。 よろしくお願いたします。 (1)『ダイヤモンドは地球誕生時に小惑星が衝突していく時のエネルギーで、炭素が高圧高温になってくっついてできた。 マグマの中にあったダイヤモンドが、繰り返される火山噴火の時に地表にでてきていた。 人間がはじめて見つけた時は、ちょっと光るきれいな石だなぁって思われてただけで、金よりずっと後になって、みんなが欲しい!欲しい!って言い出して、値段が高くなった。』 ・・・と、仕入れてきた様なのですが、 『マグマは4000°C~6000°Cあるはずなのに、なんで溶けないわけ?』 『ダイヤモンドは火事で燃えたら炭になるっていうじゃない?』 『おかしいよ。』 と言います。 調べてあげましたら ダイヤモンドの融点は3550°C、沸点は4800°Cでした。 (2)『ダイヤモンドは物質の中で一番硬いって本に書いてあったはずなのに、テレビでカーボンナノチューブはダイヤモンドの2倍の硬さって言ってたよ。どういう事???』 (3)『しかもね、「ダイヤモンドは硬いけど、とんかちで簡単に粉々にできます。」って言ってたんだ。粉々にできるなら硬くないじゃん。[硬い]って、どういう意味で大人はつかってるの?』 と・・・3つ疑問がある様です。 母の私も[大人]ですが、わかりません...。 お手数をおかけいたしますが、ご回答よろしくお願い致します。
回答: 順デタラメで申し訳ありません。 既に適切なお答が有りますが「硬度」硬度には様々な定義が含まれており、 簡単なモース硬度がよく使われます。測定法は「平面」を「先端」で引っ掻く と言う、超簡単なもの。普通の人が思い浮かべるのはこれ。 ビッカース硬度は金属の「粘性」も含むもので、元々「大砲」の材質の性能 を比較するために使われでこれも簡単。 試料をしっかり固定し、決まった長さの「腕」を持った先端を90度(水平) から自由落下させる、それだけでは情報量が少なすぎるから、試料に開いた 穴を精密に解析する、柔らかければ穴の直径は大きくなる、深さ、形状で 試料の粘弾性の資料が得られる。しっかり冶金学などの教科書に書いてある。 ショア硬度、ブリネル硬度まだ沢山あるが、専門家では無いので全く知らない。 ただ多くは「武器」のための「鉄鋼」の硬度で、知っていても意味が無い。 ダイアモンドは結構柔らかい、100万気圧で、きれいに磨いた面に超硬物質を 二つのダイアモンドで挟みその超硬物質のX線散乱を測定する研究をする人は 多い、この器具を「ダイアモンドアンビル」と呼び超々高圧下での物性を測る 基本のキだ。だがこの圧力下では、使用頻度にも寄るが半年せずにダイアモンド はヘコんで仕舞う、棄てるのは勿体ないから「磨き屋」に出して平面にして貰う、 だが十年でダイアモンドの「切り口」が大きくなってしまい、100万気圧が 出せなくなる、仕方が無いから「宝飾屋」に売ってしまう。 今はダイアモンドなんて簡単に作れる。もちろん非常に危険だ。 御存知無い方もおいでだが、ルビーやサファイアは鋼玉と成分は同じで極微量の 金属イオンが入っているだけ。こっちは中学生でも作れる、もちろん「装置」 が必要、方法は「水熱合成」と呼ばれる、最近は知らないがボールペンの先端 がみんなルビーになったことがあるが、とても使い易かった何にでも書ける、 私は専らアルミ製の「タグ」に書いた、すり減りさえしない、原料を仕込んで 熱するだけ、攪拌しちゃうと大きな結晶は出来ない。加熱で水溶液は勝手に 高圧になり大きな結晶の方がエネルギー的に有利なのでほっといてもどんどん 成長してしまう。水晶はもっと簡単クズ水晶を放り込み核だけ吊す。 ルビー、サファイア、鋼玉はアルミナ、水晶は(石英) ダイアモンドはそう簡単ではない、ちょっとおかしいところがある、ダイアモンド は灰にはならない、墨にもならない、超微量の灰が出来るが、通常「見えない」 で、ダイアモンドは上記した「ダイアモンドアンビル」の鋼鉄版で黒鉛を「潰す」 もちろん数千度が必要、装置の内殻は一度でアウト、原理的には最初成功した 時とまるで変わっていない。「理科年表」に書いてあるが、分子生成エネルギー を最初に見て、多分駒場だ、愕然とした、ダイアモンドは黒鉛とほとんど、いや もう「双子」位しか差が無い。もしダイアモンドが有利ならダイアモンドだらけ になったはずだが、何故か黒鉛が「微かに」有利だ。この程度の差では最初に 人工合成した人たちは非常に運が良かったか、大馬鹿で諦める事を知らなかった としか思えない。ご存知かと思うが現在原料は「砂糖」だ、炭水化物だから、水は どうでも良い、グラファイトの精製は非常に苦しいが砂糖の精製なら素人だって 容易だ。 蛇足ばかりになって申し訳ないが、ダイアモンドの物理と化学は少なくとも 厚い本一冊、こだわると叢書になってしまう。