Tajemnice diamentów

Piękne, oszlifowane diamenty - brylanty.

Diamenty to najbardziej kasowa produkcja natury. Od wielu stuleci są przedmiotem ludzkiego pożądania, zaś w ostatnim czasie na stałe utrwaliły się w ludzkiej świadomości jako symbol bogactwa i przepychu. W swoim uwielbieniu dla tych niewielkich odłamków, zaczęliśmy nadawać im imiona. Któż z nas nie słyszał bowiem o słynnym koh-i-noor, jednym z największych skarbów korony brytyjskiej? Niewielu z Was zastanawiało się jednak zapewne, w jaki sposób powstają diamenty.

Zacznijmy od przedstawienia naszego głównego bohatera. Od środka. W przeciwieństwie do wielu innych minerałów, których wzory chemiczne nie mieszczą się w jednym wersie specjalistycznej publikacji, diament zbudowany jest tylko z jednego pierwiastka - węgla. Nie jest to jednak taki sam węgiel, jak ten, którym opalamy nasze domostwa. Węgiel kamienny zawiera bowiem również inne pierwiastki, w tym tlen, wodór, czy azot. Diament jest zaś węglem w jego czystej postaci. Od innych odmian alotropowych węgla (czyli form jego występowania, do których zaliczamy też grafit czy grafen), odróżnia się między innymi odmiennymi połączeniami pomiędzy poszczególnymi atomami.

Aby węgiel w warunkach naturalnych przybrał postać diamentu, spełnić należy dwa warunki. Po pierwsze, ciśnienie musi wynosić od 4,5 do 6 gigapaskali. To wartość nadzwyczaj wysoka jak na ludzkie standardy, zważywszy na fakt, że pod gołym niebem doświadczamy zazwyczaj nacisku znajdującego się nad nami powietrza w wysokości tysiąca hektopaskali, czyli mniej więcej 0,000001 gigapaskala. Ponadto, by stworzyć diament musimy podnieść temperaturę do zawrotnych 900 stopni Celsjusza, pamiętając przy tym by nie przekroczyć 1300 stopni Celsjusza. Wyżej opisane warunki występują w bardzo niewielu miejscach.

Jednym z nich są niektóre obszary we wnętrzu Ziemi, położone na głębokościach od 140 do 190 metrów, a więc w płaszczu górnym naszej planety. Tam występuje bowiem odpowiednie ciśnienie. Należy jednak zaznaczyć, że diamenty nie powstają we wszystkich miejscach tej warstwy geologicznej - jedynie tam, gdzie korzystne ciśnienie wystąpi wraz z odpowiednią temperaturą. W ten sposób wykrystalizowane diamenty przemieszczają się w kierunku powierzchni Ziemi w jedyny możliwy sposób - przy pomocy wulkanów. Po zakończonej erupcji pozostają w kominach wulkanicznych wypełnionych materiałem, który nie zdążył go opuścić.

Nim człowiek zacznie prowadzić eksploatację musi jednak minąć jeszcze bardzo dużo czasu. Najpierw wulkan musi zakończyć swoją działalność. Gdy już przypnie się mu łatkę wygasłego, w ruch idą różnego rodzaju procesy geologiczne, wiatr i woda, powodując naturalne obniżanie się stożka i przekopując się do głębiej położonych warstw. Dopiero później - po odpowiednim przekopaniu terenu - człowiek natrafić może na diamenty. Nim jednak pospieszycie w kierunku wygasłych wulkanów Dolnego Śląska, muszę Was uprzedzić, że nie każdy wulkan niesie ze sobą diamenty. Jeśli chcecie na nie trafić, musicie pojechać nie na drugi koniec Polski, a raczej na drugi koniec świata. Najlepiej do Afryki. ;)

Kopalnia diamentów w Mirze, w Rosji.

Nieoszlifowany diament.

 Nie jest to jednak jedyny sposób na powstanie diamentów. Te mogą bowiem się wytworzyć również w wyniku katastrof kosmicznych. Gdy duża asteroida zderzy się z powierzchnią Ziemi, również mogą zaistnieć warunki idealne do powstania diamentu. W miejscu kolizji zarówno ciśnienie, jak i temperatury osiągają nadzwyczaj wysokie wartości. Inną opcją jest także przyniesienie diamentów z przestrzeni kosmicznej przez spadające na Ziemię meteoryty. Zjawiska te są niezwykle rzadkie, więc i złóż diamentów powstałych w ten sposób nie mamy zbyt wiele. Niemniej, nie chcielibyśmy raczej tego zmieniać, prawda? Bądź co bądź, wpuszczanie wielkich asteroid do naszego domu to nadzwyczaj ryzykowna metoda wzbogacenia się.

Diamenty, które przybyły do nas z kosmosu mają postać karbonado. Znajdujemy takie w Brazylii
i Republice Środkowoafrykańskiej.

Jako że technika poszła tak daleko, jak poszła, to oczywiście jesteśmy w stanie wyprodukować diamenty syntetyczne. Nigdy nie osiągną one takich wartości, jak te znalezione w ziemi, lecz mogą się przydać zarówno w jubilerstwie, jak i przemyśle - na przykład do ostrzenia wyjątkowo twardych narzędzi. Aby otrzymać taki diament musimy zaopatrzyć się w odrobinę grafitu, który ma taki sam skład chemiczny jak diament, bo tak jak on jest odmianą alotropową węgla. Później wystarczy już tylko poddać surowiec wspomnianym wyżej ciśnieniu i temperaturze. Jest to więc jedno z tych działań, którego pod żadnym pozorem nie powinniście - i zapewne też nie możecie - próbować w domu. ;)

Jak więc widzicie, znalezienie diamentu nie jest wcale takie proste. Po części jest to też powodem jego nadzwyczaj wysokiej wartości. Jeśli jednak kiedykolwiek wejdziecie w kontakt z jakimś diamentem, będziecie mieli przynajmniej świadomość, że widzicie jedno z największych dzieł wnętrza Ziemi :).

Chrząszcz imieniem Chewbacca

Na przestrzeni ostatnich kilkuset lat biolodzy udokumentowali istnienie przeszło miliona gatunków owadów. Jest to liczba wprost porażająca, ale i tak blaknie jeśli spojrzymy na szacunki. Zgodnie z nimi naszą planetę ma zamieszkiwać bowiem jakieś - bagatela - 5 milionów gatunków owadów. A Ci badacze, którzy podchodzą do tematu z największym rozmachem, operują nawet liczbami rzędu 30 milionów! Nie pytajcie, jak się tego doliczyli. Ja też nie mam pojęcia. ;) Ale nie zdziwiłbym się, gdyby szacunki te były trafne, gdyż każdego roku naukowcy stwierdzają istnienie setek nowych gatunków owadów. Jest ich tak dużo, że zaczynają się pojawiać problemy z nazwaniem ich. Tak było w przypadku pewnego odkrytego niedawno gatunku chrząszczy...

... i sam Chewbacca. Rażące podobieństwo, prawda?

Trigonopterus Chewbacca...

Trigonopterus Chewbacca został odnaleziony kilka tygodni temu na Nowej Brytanii, wyspie położonej na północ od Australii. Nazwa wydaje się dziwnie znajoma, nieprawdaż? Trudno nie zauważyć powiązania z włochatym bohaterem rodem z Gwiezdnych Wojen. Nie jest to oczywiście przypadek, a świadome działanie badaczy. Mający cztery milimetry długości chrząszczyk wydał im się podobny do Chewbacci ze względu na delikatne "włoski" pokrywające jego głowę i odnóża. Komentarzem do tej informacji niech będzie stwierdzenie, że zoolodzy mają bardzo bogatą wyobraźnię... :)

Zaznaczyć w tym miejscu musimy jednak, że nie jest to jedyny tego rodzaju wybryk naukowców. W świecie owadów znajdziemy znacznie więcej powiązań z Gwiezdnymi Wojnami. Warto wspomnieć chociażby innego chrząszczyka - Agathidium Vaderi - nazwanego ku czci Dartha Vadera. Na Madagaskarze żyją sobie mrówki Tetramorium jedi, a jeden z gatunków os nosi imię Polemistus yoda.
.

Nie jest to jednak szczyt kreatywności. Żeby do niego dotrzeć, trzeba odwrócić na chwilkę oczy od owadów i skupić się na skamieniałościach. Gdy w 2005 roku odkryto skamieniałe szczątki nowego gatunku trylobitów, utworzono dla niego zupełnie nowy rodzaj - Han. Sam gatunek nazwano zaś mianem Han solo. Prawdziwa gratka dla każdego fana Gwiezdnych Wojen...
.

Jak więc widzimy, nadawanie nazw nowo odkrytym gatunkom zwierząt może przysporzyć dużo radości. Czy macie jakieś interesujące pomysły na imiona kolejnych chrząszczy, które odnalezione zostaną gdzieś w Oceanii? :D

Zobacz też:
1.  Dlaczego strusie nie potrafią latać?
2. Mamut znowu żywy?
3. Głębiej zejść się nie da

Gdy odkrywamy nowe pierwiastki

Ostatnio dość często zdarza mi się pisać o najnowszych odkryciach naszych kreatywnych naukowców. Tak będzie i tym razem, choć muszę przyznać, że dzisiaj prezentowana przeze mnie nowinka ze świata nauki jest tylko okazją do opowiedzenia nieco szerszej historii. A tematem dzisiejszego artykułu są zupełnie nowiutkie pierwiastki chemiczne, których odkrycie zostało nie tak dawno potwierdzone. Co to za indywidua? Jak je "odnaleziono"? I co zrobić, by do katalogu pierwiastków dorzucić coś jeszcze? Na te pytania odpowiemy sobie za chwilkę.

Schemat budowy ununoctium (pierwiastek 118). We wnętrzu znajduje się jądro atomowe
złożone z protonów i neutronów, zaś wokół niego istnieje siedem powłok elektronowych
z elektronami ukazanymi w postaci mniejszych kuleczek.

Pierwsze pierwiastki ludzie odkryli już kilka tysięcy lat temu. Aż do epoki oświecenia odkrycia te nie były jednak jeszcze zakrojone na jakąś szczególnie szeroką skalę. Rozwój chemii ruszył z kopyta dopiero w połowie XVIII wieku. W ciągu ostatnich dwóch stuleci udało się zarejestrować niemalże sto nowych pierwiastków, dobijając z ich liczbą do 118. Cztery z nich, o numerkach 113, 115, 117 i 118, zostały uznane przez Międzynarodową Unię Chemii Czystej i Stosowanej w pierwszych dniach stycznia tego roku.

Układ okresowy pierwiastków w wersji z czterema nowoodkrytymi pierwiastkami oraz pierwiastkiem
ununonium (119), którego odkrycia jeszcze nie potwierdzono.

Warto zaznaczyć, że odkrywanie jako takie zakończono w roku 1940. Wszystkie odkryte później pierwiastki nie występowały już w przyrodzie, więc trzeba je było wyprodukować. Z każdym kolejnym "odkrytym" pierwiastkiem produkcja jest jednak coraz trudniejsza (o czym jeszcze opowiem), więc w ostatnich latach na rynku ich poszukiwania wystąpiła znacząca specjalizacja. W latach 90. prym w tej materii wiódł niemiecki Instytut Badań Ciężkich Jonów w Wixhausen. Począwszy od roku 1999 niemalże wszystkie kolejne pierwiastki odkryli naukowcy reprezentujący rosyjski Zjednoczony Instytut Badań Jądrowych w Dubnej i amerykański Lawrence Livermore National Laboratory. Ich zasługą są także pierwiastki numer 115, 117 i 118. Pierwiastek 113. odkryli natomiast badacze z japońskiego instytutu Riken.

Lawrence Livermore National Laboratory z lotu ptaka. Robi wrażenie, prawda? ;)

Pewnie zastanawiacie się, jakie nazwy noszą nowoodkryte pierwiastki. Już spieszę zaspokoić Waszą ciekawość. Otóż są to kolejno: ununtrium, ununpentium, ununseptium oraz ununoctium. Niezbyt proste do zapamiętania, prawda? Nie martwcie się jednak o to, gdyż nazwy te nie zagrzeją na długo miejsca w układzie okresowym. Są to bowiem jedynie imiona przejściowe, obowiązujące do momentu, kiedy nie wymyśli się czegoś lepszego. Podobne nazwy nosiły niegdyś dzisiejsze roentgen, kopernik, czy też liwermor. A jak można nowe pierwiastki nazwać? Od pewnego czasu utartą regułą jest nadawanie nazw związanych ze słynnymi postaciami świata nauki, bądź miejscami ściśle z nauką powiązanymi - co zobaczyć możecie chociażby na trzech powyższych przykładach.

Schemat przedstawiający budowę atomu kopernika.

Na koniec trzeba jeszcze wyjaśnić, jakie mamy perspektywy na wyprodukowanie kolejnych pierwiastków. Jak zapewne zauważyliście, zapełniliśmy już siódmy okres w tablicy Mendelejewa i kolejne pierwiastki będą już stanowić okres ósmy. Oczywiście wiele instytutów badawczych rozpoczęło już wyścig o odkrycie numerów 119, 120, a nawet dalszych. Tyle że, jak już wcześniej wspominałem, nie będzie to zbyt łatwe. Każdy kolejny pierwiastek jest bowiem coraz mniej trwały. Ununoctium (118) był sobą przez 0,0001 sekundy, po czym zaczął się gwałtownie rozpadać na pierwiastki o mniejszej liczbie atomowej, czyli opatrzone niższym numerkiem. Warto też dodać, że sam proces "produkcji" nie polega tylko na wymieszaniu ze sobą dwóch substancji i poczekaniu na efekty. Nie. Nowe pierwiastki tworzy się poprzez zderzanie jąder atomowych pierwiastków znacznie lżejszych. Prędkość musi być jednak ogromna, zbliżona do prędkości światła. A takie prędkości mogą zapewnić praktycznie tylko akceleratory cząstek, takie jak słynny szwajcarski Wielki Zderzacz Hadronów, i inne im podobne urządzenia.

Wielki Zderzacz Hadronów, największy akcelerator cząstek na świecie. Na zdjeciu lotniczym przy
pomocy kolorowych linii przedstawiono jego położenie (znajduje się on pod ziemią). Ten akcelerator
nie zajmuje się jednak bezpośrednio poszukiwaniem nowych pierwiastków.

No dobra. Tylko skoro to takie trudne, a tworzone pierwiastki nie istnieją nawet przez mgnienie oka, to po co ich poszukujemy? Po kiego grzyba poświęcamy tyle czasu, pieniędzy i energii na uzyskanie atomu, który i tak przestanie istnieć zanim pomyślimy "Udało się"? Działania te wynikają z pewnej hipotezy, która jest dość popularna w środowisku badaczy. Wielu naukowców jest bowiem przekonanych, że gdzieś tam, hen daleko, znajduje się swego rodzaju wyspa stabilności, grupa nieznanych nam jeszcze pierwiastków, które będą w stanie utrzymać się przez kilka godzin, miesięcy, a może nawet i lat. Według niektórych koncepcji takie pierwiastki są już tylko na wyciągnięcie ręki, według innych - daleko nam jeszcze do ich odkrycia. Niemniej jeżeli je już odkryjemy, to z całą pewnością będziemy mogli je w jakiś kreatywny sposób wykorzystać.

Schemat obrazujący koncepcję o wyspie stabilności. Kolorowe słupki przedstawiają stabilność izotopów
różnych pierwiastków. W lewym dolnym rogu mamy pierwiastki już poznane, zaś "wysepka" w prawym
górnym rogu do nasz cel. Ze względu na fakt, że wyspa stabilności jest póki co jedynie teorią, schemat
nie jest zbyt dokładny, a podane wartości mogą nie oddawać w pełni rzeczywistości.

No i co o tym wszystkim myślicie? Czy uda nam się zapełnić ósmy okres tablicy Mendelejewa? Czy uda nam się znaleźć tą przesławną wyspę stabilności? Zachęcam do wypowiedzenia się na ten temat w komentarzach! :)

Zobacz też:
1. Gwiazdy na Ziemi, czyli o energii przyszłości
2. Wikipedia, Spotify, Firefox - skąd te nazwy?
3. Muzea nie z tego świata