Los diamantes NO son para toda la vida

 Igual que Homer Simpson le dijo a Lisa en el episodio 124: “Lisa, en esta casa, seguimos las leyes de la ¡TERMODINÁMICA!”, lo mismo aplico yo en mi vida. No es que aplique ecuaciones en mi vida diaria, es que le grito esa frase a la gente.

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Yo no soy quién para contradecir a un icono de mi infancia, y por tanto voy a seguir el principio general de que en la vida, se siguen las normas de la termodinámica. Y, por tanto, voy a demostrar que un diamante no es para toda la vida a partir de Homer.

front balanza

La termodinámica explica la relación entre el calor y el resto de energías, a las que llamaremos trabajo, y lo hace a través de tres leyes:

  • Ley 0: dos cuerpos que se tocan, tienden a igualar su temperatura (T). Se conoce como la ley “¡pasooo, estoy ardiendooo!”.
  • Ley 1: la energía de todo el universo es constante. La de un sistema, por llevar la contraria, no. Se mide con la Energía Interna (U).
  • Ley 2: si una gota de tinta se dispersa en un vaso de agua, no vuelve a ser gota. Si desordeno una habitación ordenada, es más fácil que se siga desordenando a que vuelva a ordenarse (a no ser que exista la presencia de una madre). Y así, todo en la vida. Los procesos son espontáneos si tienden al desorden. El desorden se mide con la Entropía (S).
  • Ley 3: hace tanto frío a -273,15 ºC que no podemos llegar, pero si llegamos, la entropía es cero (la materia es un sólido sin desorden). También dice, sin venir a cuento, que con un calorímetro se pueden calcular magnitudes termodinámicas.
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Leyes de la Termodinámica For Dummies

Una vez planteadas estas leyes de una manera científica, preguntémonos, qué es un diamante: ¿Qué es un diamante? Gracias por la pregunta, voces de mi cabeza. Un diamante es, un trozo de mina de lápiz con grandes pretensiones.

Más concretamente, es carbono, el 15º (decimoquinto, para los que como yo les distrae ver números en texto) elemento más abundante en nuestro planeta, con una disposición elegante llamada cristal covalente.

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Estructura Interna, que no os da mucha información, pero hace bonito.

A diferencia del grafito, que se forma por láminas en 2D apiladas de carbono, el diamante tiene una estructura tridimensional, lo cual da lugar a su transparencia y dureza, entre otras propiedades.

Que las condiciones para que se dé lugar a un diamante sean de lejos más difíciles, nos da ya alguna pista del resultado final.

Hay un valor termodinámico, llamado Energía Libre de Gibbs (G), que se refiere a los procesos, y lo que indica es, atención: que un proceso será espontáneo si su variación de energía libre es negativa. Y esto va a misa.

Se resume en esta ecuación:

∆G=∆H-T∆S

Donde H (entalpía) es una unidad que no he comentado, pero te la comento ahora: la entalpía, si es positiva, el proceso es endotérmico (el sistema se pone frío) y si es negativa exotérmico (emite calorcito). Y T es temperatura (25ºC).

Para tomar medidas de estos valores, vamos a usar procesos o estados conocidos.

Vamos a Completar H, T y S para saber G y ver qué le pasa al diamante.

Entalpía

Comparamos las dos formas de carbono en un mismo proceso que sea muy exotérmico o endotérmico, ya que su distinta estructura hará que sea ligeramente diferente. Por ejemplo, la combustiónn: vamos a prender fuego a cosas (¡coged las antorchas!). Y sí, el diamante se puede quemar. Es carbón al fin y al cabo.

Comparamos los dos valores de entalpía, para saber el valor de entalpía del proceso de diamante a grafito y viceversa.

ENTALPIA
Comparación de la Entalpía de la Transformación

Entropía

Los valores de entropía están tabulados en libros por fisico-químicos, ya que se requieren experimentos como calorimetrías, y no los vamos a hacer, que tengo que ir a la compra esta tarde.

ENTROPÍA
Comparación de la Entropía de la Transformación

Energía Libre de Gibbs

Como hemos dicho, la energía libre nos dice si el proceso se lleva a cabo o no. Vamos a comprobar con datos si el diamante es más estable que el grafito y el grafito con tiempo se convierte en diamante, o lo que ocurre es lo contrario.

ENERGÍA LIBRE
Comparación de la Energía de la Transformación

Pues sí, la termodinámica nos dice que los diamantes no son estables, y por tanto, tienden a buscar una forma más estable del carbono, el grafito. ¿Hay una manera más fácil de hacerlo? Pues sí, pero quería daros la tabarra un rato con una cosa que me costó 3 años (esto es real) aprobar.

Si buscáis una gráfica o diagrama de fases del carbono (aquí abajo te pongo uno bonito), comprobaréis cómo a temperatura y presión ambiente, el carbono es más estable como grafito.

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Diagrama de Equilibrio de Alótropos del Carbono

Si se crean formas de un elemento o sustancias menos estables, como diamante o líquido, siempre tenderán a transformarse con el tiempo si los ponemos en condiciones ambientales.

La pregunta que os haréis es: ¿por qué en las películas americanas heredan anillos con diamantes que llevan 10 generaciones en la familia? Deberían estar ennegrecidos.

Porque este cambio es muy, muy, extremadamente muy lento (su cinética, la hermana fea de la termodinámica, es lenta). Que algo esté predeterminado a pasar, no significa que pase rápido.

Mi abuelo se convirtió en un diamante

Y tendréis otra pregunta; si el grafito no pasa a diamante, ¿cómo hacen diamantes con cenizas de familiares fallecidos? Porque, sí, hay gente que lo hace.

Pues se crean cambiando las condiciones, pero es caro debido a la energía necesaria para enfrentar un proceso que no es espontáneo.

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El grafito, más que el carbón, es utilizado para crear diamantes artificiales. Con la aplicación de extremas temperaturas (1093º C) y una presión equivalente a miles de veces nuestra atmósfera, las capas de carbono en el grafito formarán uniones similares a las de los diamantes. Son las condiciones en las que se forman en el manto terrestre.

Se requieren condiciones extremas cuando se trabaja con sustancias menos puras. El mismo proceso puede utilizarse para crear diamantes a partir de casi cualquier sustancia rica en carbono, empezando por el carbón, siguiendo por las cenizas de un familiar, y terminando con el tequila líquido (cuyo estudio y proceso recibió un premio Ig Nobel, el anti-Nobel). Al ser líquido se pueden producir láminas delgadas de este material, útiles en dispositivos electrónicos de alta eficiencia y resistentes a altas temperaturas.

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Los Ig Nobel premian a la gente que Educa y Divierte

Hace unos años se descubrió una alternativa para pequeñas láminas de diamante. Con capas finas de grafito sobre una película de platino y con hidrógeno, descubrieron que el grafito entra en una reacción en en la que su composición se reajusta hasta convertirse en diamante. Nada útil en joyería (que es lo importante, lo que da dinero).

Igualmente, una vez creados, vuelven a empezar su proceso de evolución a grafito. En unos miles de años, ¡puff! Ya no hay diamante.

No dejéis que os ciegue su brillo. El diamante, no deja de ser una piedra.

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Esta entrada participa en la LXVIII edición del Carnaval de Química, alojada en el blog ‘Cardescu Web‘ de @CienciaNformas

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Adán Correa Álvarez

Fan del gato de Schrödinger. Quiero una nariz superlativa. En esta casa se siguen las reglas de la termo. Dinámica. A veces me hacen falta subtítulos. Complejo. Graduado en Ciencias Químicas porque me gustaba la Investigación. Ahora Investigo cómo encontrar trabajo con las Ciencias Químicas. Mientras tanto, divulgo.

6 comentarios sobre “Los diamantes NO son para toda la vida

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