Cristalografía: ¿Por qué los diamantes son más raros que el grafito?

El diamante tiene la densidad de energía cohesiva más alta que conocemos. Esto significa que representa un estado de alta energía de la materia. La segunda ley de la termodinámica sugiere que esta es la disposición menos “preferible” para los átomos de carbono.

… De hecho, el diamante tiene la densidad atómica más alta de todos los sólidos, y cuando eso se combina con la alta resistencia de enlace de 3.7 eV por enlace CC (Si 2.3 eV), el diamante tiene, con mucho, la densidad de energía cohesiva más alta de todos los sólidos, que asciende a 208 kJ / mol, o 13.0 * 10 ^ -23 eV / cm ^ 3.

Klaus Wandel (Ed.), Surface and Interface Science: Volume 1: Concepts and Methods, Wiley, Weinhem, Alemania, 2012, p. 892
http://books.google.gr/books?id= …

A presión atmosférica, el grafito es la forma más estable de carbono, mientras que el diamante solo es metaestable. Esto significa que, dado el tiempo suficiente (que podría ser miles de millones de años), todos los diamantes se transformarán en grafito si se mantienen a presión atmosférica. Sin embargo, a una presión extrema, el diamante se convierte en el alótropo más estable y el carbono que existía en otras formas comienza a cristalizarse en diamante. Sin embargo, las presiones sostenidas que son lo suficientemente altas para la formación de diamantes son bastante raras en geología. Es por eso que la mayoría del carbono sólido en la tierra (al menos cerca de la superficie) es grafítico en lugar de diamante.

Es pura especulación por ahora, pero los planetas gigantes gaseosos pueden producir suficiente presión para formar diamantes en cantidades sustanciales en sus núcleos. Siempre que haya suficiente carbono presente, estos diamantes podrían ser tan grandes como la Tierra. No es raro según ningún estándar.

Apéndice:
Tiene que ver con la energía libre de Gibbs de la fase de diamante del carbono. La fase con la energía libre de gibbs más baja gana (es una consecuencia de la primera y segunda ley de la termodinámica), siempre. A presión atm, el grafito tiene una energía libre más baja que el diamante. Pero entre la presión atm y las presiones más altas, las curvas de energía libre de grafito y cruz de diamante y diamante se convierten en la fase más estable. Las posibles transiciones se muestran en el diagrama de fases a continuación.

Se necesita mucho más trabajo para producir un diamante que para producir grafito. Los diamantes se producen en la naturaleza bajo tierra, donde las presiones y temperaturas son muy altas.

Así es como se forma el grafito natural: (del artículo de Wiki)
Hay tres tipos principales de grafito natural, cada uno de los cuales se encuentra en diferentes tipos de depósitos de mineral:

1. El grafito cristalino en escamas (o grafito en escamas para abreviar) se presenta como partículas aisladas, planas, en forma de placa con bordes hexagonales si no se rompen y cuando se rompen, los bordes pueden ser irregulares o angulares;
2. El grafito amorfo se presenta como partículas finas y es el resultado del metamorfismo térmico del carbón, la última etapa de la carbonificación, y a veces se llama metaantracita. El grafito en escamas muy fino a veces se llama amorfo en el comercio;
3. El grafito en terrones (también llamado grafito venoso) ocurre en las venas o fracturas de fisuras y aparece como crecimientos en placas masivas de agregados cristalinos fibrosos o aciculares, y es probable que sea de origen hidrotérmico.

Ninguno de estos procesos involucra el tipo de energía que requiere la formación de diamantes.

La termodinámica dice que el diamante no es el alótropo de carbono más estable, pero el grafito sí.
Los diamantes no son para siempre, pero el grafito sí, y dadas las escalas de tiempo geológicas, ¡los extraterrestres en la tierra se desconcertarán por qué usamos el trabajo infantil y peleamos guerras por el grafito!
Las condiciones para crear diamantes, altas presiones y altas temperaturas junto con la abundancia de carbono y la falta de oxígeno son bastante raras, por lo tanto, los diamantes son raros.

Para los investigadores de la ciencia computacional prospectiva, es predecible que la diferencia de estabilidad permita la rareza del Diamante. Como la estructura atomística del sistema de diamantes es más compleja y menos estable en comparación con el grafito, es mucho más raro que el otro. Podemos calcular la energía de formación de cualquier material de carbono mediante el uso de herramientas de cálculo implementadas por la teoría de la función de densidad.