Diamante

Diamante é um mineral composto apenas por carbono, sendo considerada uma forma alotrópica natural desse elemento. Os diamantes chamam a atenção pela sua beleza, podendo alcançar valores exorbitantes no mercado de joias. Contudo, tais materiais também são cobiçados por conta de suas propriedades únicas.

Diamante é o material mais duro que se conhece até então, sendo, portanto, muito resistente a riscos e abrasão. Porém, apresenta baixa tenacidade, o que o torna quebradiço. Os diamantes são muito empregados em instrumentos de cortes e perfuração, como brocas de perfuração para exploração de petróleo e gás.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre diamante
• 2 - O que é o diamante?
• 3 - Do que é feito o diamante?
• 4 - Características do diamante
  • → Diamantes sintéticos
• 5 - Propriedades do diamante
• 6 - Para que serve o diamante?
• 7 - Quanto vale um diamante?
• 8 - Exercícios resolvidos sobre diamante

Resumo sobre diamante

• O diamante é um mineral composto apenas por carbono, sendo uma forma alotrópica natural deste elemento.
• Pode ser de origem natural ou sintética.
• O valor do diamante é elevado no mercado de joias, consequência do seu brilho e sua aparência.
• Apresenta propriedades físicas únicas, como elevada dureza, alto índice de refração, mas baixa tenacidade.
• É aplicado em instrumentos de cortes e perfuração, como brocas de perfuração para exploração de petróleo e gás.

O que é o diamante?

O diamante é um mineral que é composto apenas por carbono, sendo, aliás, uma das formas alotrópicas naturais desse elemento químico. Destaca-se por seu elevador valor, além de ser o material mais duro conhecido até então. Os diamantes são cobiçados pelas suas propriedades únicas, mas também pela sua beleza e raridade.

Do que é feito o diamante?

O diamante é constituído por 99,9% de carbono, contendo adição de nitrogênio em teores que podem alcançar até 0,3% em massa. É possível existir ainda outros elementos na forma de impurezas, como hidrogênio, oxigênio, enxofre, cromo, ferro, cobalto, níquel, cobre, boro, magnésio, alumínio, cálcio, silício, vanádio, manganês, entre outros.

É por meio da presença de nitrogênio que se estabelecem dois tipos de diamante, o do tipo I, com nitrogênio, e o do tipo II, praticamente isentos de nitrogênio.

• Diamante tipo Ia: a maioria dos diamantes naturais são desse tipo, com até 0,3% de nitrogênio presente.
• Diamante tipo Ib: são muito raros na natureza, mas quase todos os diamantes sintéticos (industriais) são desse tipo, com uma concentração de nitrogênio que vai até 500 ppm (500 mg/kg).
• Diamante tipo Iia: muito raros na natureza, com teor muito baixo de nitrogênio, a ponto de não ser detectado com facilidade por meio dos métodos usuais de detecção. É considerado o tipo puro.
• Diamante tipo Iib: extremamente raros na natureza, com concentração de nitrogênio inferior aos diamantes do tipo IIa. Contudo, apresenta impurezas de boro, sendo azuis e com propriedades semicondutoras.

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Características do diamante

A estrutura do diamante é a razão para suas propriedades. Apresenta uma estrutura cristalina dentro do sistema cúbico (ou isométrico), muito compacta e rígida, onde cada átomo de carbono está ligado covalentemente a outros quatro átomos de carbono, com uma hibridização do tipo sp³.

Na natureza são encontrados dois tipos de diamantes:

• os mais tradicionais, monocristalinos, os quais são lapidados para formação de joias; e
• os diamantes policristalinos, conhecidos como carbonados.

Os carbonados, também chamados de diamantes negros, são uma variedade extremamente rara e extremamente dura. Apresentam estrutura porosa e irregular.

Em termos de coloração, os diamantes podem variar do incolor ao preto, podendo ser transparentes, translúcidos ou opacos.

→ Diamantes sintéticos

Além dos diamantes naturais, existem também os diamantes sintéticos, os quais apresentam a mesma estrutura e composição química do diamante, porém sendo feitos em laboratórios. O diamante sintético pode ser feito a partir da grafita, com pressões superiores a 60 000 atm e temperaturas acima dos 2000 °C.

Os diamantes sintéticos, que carecem de grande quantidade de energia para serem feitos, não conseguem ter uma qualidade tão boa para fins de joalheria, por isso não competem com os naturais no mercado. Existem diamantes sintéticos produzidos pelo chamado método de reconstituição, que apresentam boa qualidade em comparação aos de joalheria. Contudo, o custo de fabricação supera o custo de diamantes naturais.

O diamante não é a forma natural mais estável do carbono em condições ambiente (25 °C e 1 atm). Na verdade, esse posto é da grafita, que apresenta uma energia um pouco menor que a do diamante. Contudo, embora o processo de conversão de diamante em grafite seja termodinamicamente espontâneo, tal processo é extremamente lento: são necessários milhões de anos para que o diamante se transforme em grafita.

Isso porque não existe um mecanismo simples de conversão entre as duas formas, sendo que a interconversão requer praticamente a mesma energia que seria necessária para destruir a molécula e depois reconstruí-la. Assim, o diamante é considerado um material metaestável — um sistema que aparenta estar em equilíbrio, mas não está no seu estado de menor energia —, sendo cineticamente estável, mas termodinamicamente instável.

Propriedades do diamante

O grande fascínio no diamante está em suas propriedades físicas distintas. Destas, a que mais chama a atenção é a sua dureza, uma propriedade mecânica associada à resistência de um material a riscos ou abrasão: não existe, até então, material com maior dureza que o diamante. O diamante, aliás, é o topo da escala Mohs de dureza (índice 10). Em termos simples, o diamante é capaz de riscar qualquer outra substância e, por isso, é utilizado como mineral de corte e abrasivo.

Também se destaca no diamante o seu índice de refração, que varia de 2,417 a 2,419, o qual é responsável pelo brilho adamantino característico do mineral. O diamante monocristalino pode ser fragmentado sob a ação de um choque, o que quer dizer que, apesar de elevada dureza, sua tenacidade (resistência a impactos e propensão à ruptura) é muito baixa, o que quer dizer que se trata de um material quebradiço. Os diamantes policristalinos, como o carbonado, apresentam elevada tenacidade.

Os diamantes também apresentam uma alta dispersão luminosa, permitindo a separação dos componentes violeta e vermelho da luz visível, originando o efeito de arco-íris que emana dos seus cristais lapidados. Apresenta, ainda, uma condutibilidade térmica que é quatro vezes maior que a do cobre, mas uma baixa condutibilidade elétrica, o que o coloca no grupo dos materiais isolantes.

A densidade do diamante, a qual varia de 3,47 a 3,55 g/cm³, é maior que a densidade da grafita, cujos valores ficam na faixa de 2,20 g/cm³, indicando que o diamante se forma a altas pressões, as quais são viáveis apenas em camadas mais internas do nosso planeta. Os diamantes podem apresentar fluorescência ou fosforescência quando expostos à luz ultravioleta, sendo que a fluorescência pode influenciar as cores percebidas. Pouquíssimos diamantes apresentam fosforescência.

A seguir, um resumo das propriedades do diamante:

• Dureza (Mohs): 10
• Clivagem: octaédrica perfeita
• Densidade (g/cm³): 3,47 – 3,55
• Fórmula química: C
• Brilho: não metálico, adamantino.
• Transparência: de transparente a opaco.
• Condutividade térmica: 5 – 25 x 10³ W∙m⁻¹∙K⁻¹
• Condutividade elétrica: 0 – 100 Ω∙cm (a 27 °C)
• Cor: incolor, amarelo, verde, azul, cinza, laranja, rosa, vermelho, roxo, preto, violeta e branco.
• Índice de refração: 2,417 – 2,419
• Índice de dispersão: 0,044
• Cristalografia: isométrico

Para que serve o diamante?

O diamante natural é usado comercialmente como gema, no mercado de joias, e para fins industriais. O primeiro uso industrial do diamante, possivelmente, foi na forma de pó para polimento de gemas de diamante e outras pedras preciosas.

Até o ano de 1860, o diamante tinha como principal uso o corte do vidro. A partir desse ano, o diamante também começa a ser usado para cortar metais. O diamante vem sendo empregado, desde o século XIX, como broca de perfuração de poços de petróleo. Dentre os principais usos do diamante podemos destacar:

• corte de vidro;
• serras diamantadas;
• coroas diamantadas para sondagem na pesquisa mineral;
• corte de rochas ornamentais;
• brocas de perfuração de poços de petróleo;
• inspeção de concreto em diferentes estruturas;
• manufatura de máquinas e de peças de refratário para revestimento de forno;
• fabricação de esmeril;
• aplicações na indústria automobilística e aeroespacial;
• circuitos eletrônicos;
• lentes para equipamentos de radiação a laser;
• suporte de disco na indústria de computadores;
• instrumentos cirúrgicos;
• polimento e corte de pedras;
• abrasivo.

Na indústria, há dois tipos de diamante industrial natural: pedra de diamante, mais empregadas em brocas de perfuração e em ferramentas simples ou de múltiplos pontos, serras e esmeril, e diamante bort (menor, sendo mais fragmentado), usado para brocas de perfuração, como grãos abrasivos para polimento, além de cortadores de vidro e instrumentos cirúrgicos.

Também se faz uso dos diamantes sintéticos na indústria, com destaque para o tipo grit (areia) e pó, usados em esmeril a diamante, serras, ferramentas e brocas impregnadas, assim como compostos abrasivos para polimentos. O pó e os compostos feitos de diamante sintético são também usados para finalização óptica de superfície, joias, gemas e ferramentas de corte.

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Quanto vale um diamante?

É difícil precisar o valor de um diamante, pois diversos são os fatores que implicam sua precificação. Para determinar o valor de um diamante, existem institutos de gemologia, como o GIA (Gemological Institute of America), o IGL (International Gemological Laboratories) e o IGBM (Instituto Brasileiro de Gemas e Metais Preciosos).

Segundo a Academia Brasileira de Joalheria (ABRAJOIA), o preço final de um diamante é baseado no seu peso (quilate, onde 1 quilate equivale a 0,2 gramas) e no seu preço por quilate. O preço por quilate é a quantia, em dólares americanos, que será multiplicada pelo peso em quilates, dando o valor total e final, ou seja, o preço total é o produto do peso pelo preço por quilate.

O difícil, entretanto, é estabelecer o preço por quilate, que, na verdade, é determinado a partir de quatro fatores (os 4 C’s do diamante):

• corte,
• cor,
• clareza e
• peso (carat, ou seja, quilate).

O corte se refere à precisão com a qual a pedra foi lapidada, interferindo diretamente na aparência e no brilho da gema. Diamantes bem cortados refletem a luz de maneira excelente, criando um bom brilho e um efeito de arco-íris (ou fogo). Assim, um diamante mal lapidado será opaco, mesmo que tenha uma qualidade excepcional. Das lapidações existentes, podemos citar a redonda (ou brilhante), oval, gota, triângulo, coração e esmeralda.

A cor também é um fator de valor, de modo que os diamantes são classificados de D até Z, em ordem alfabética, de acordo com a escala GIA. De modo que:

• D até F são diamantes incolores,
• G até J são diamantes quase incolores,
• K até N são diamantes pálidos,
• O até R são diamantes de cor amarelo pálido e
• S até Z são diamantes de cor amarelo-claro.

Quanto menos cor um diamante tiver, mais bonito e valioso ele será, portanto, diamantes com classificação de D até F são mais valiosos. No que diz respeito à clareza, entende-se que ela se refere à quantidade e visibilidade de inclusões (imperfeições internas) e manchas (imperfeições externas) no diamante. Assim, diamantes com menos imperfeições são mais raros e, portanto, mais caros.

A escala GIA de clareza vai de flawless (FL), que significa “sem nenhuma imperfeição”, até included (I), que significa a “presença de imperfeições” visíveis a olho nu. Entre esses dois níveis de clareza, existe ainda o internally flawless (internamente perfeito), o very very slightly included (VVS, muito pouco incluso), very slightly included (VS, muito pouco incluso) e o slightly included (S, pouco incluso).

Por fim, o peso de um diamante, como já dito anteriormente, é medido em carates (ou quilates), sendo que 1 quilate equivale a 0,2 gramas. Obviamente que diamantes maiores são mais caros, mas o preço não aumentará de maneira linear ao tamanho. O peso do quilate também varia conforme a lapidação do diamante. Um diamante pode ter mais quilates sem parecer ser maior, sendo que dois diamantes com o mesmo peso em quilates podem variar em tamanho a depender de como foram lapidados. Assim, nem sempre a pedra com maior quilate será a mais valiosa, ainda mais se levarmos em consideração a clareza, a cor e o corte.

Dito isso, não há limite para o preço de um diamante. O preço médio por quilate de um diamante com qualidade intermediária (as mais usadas na joalheria) é de cerca de 4 mil dólares. Outros fatores como origem, certificação de institutos de gemologia e demanda, acabam também afetando o valor final do diamante.

Exercícios resolvidos sobre diamante

Questão 1. (UFAM – PSI – CG 2/2023) Com relação ao grafite e ao diamante, é INCORRETO afirmar que eles:

1. são alótropos de carbono.
2. formam os mesmos números de ligações dentro de suas estruturas.
3. conduzem eletricidade.
4. têm usos diferentes.
5. são sólidos, sendo macio e duro, respectivamente.

Resposta: Letra C.

O grafite até é considerado um condutor de eletricidade, mas o diamante é tratado como um isolante, com baixíssima condutividade elétrica (0 – 100 Ω∙cm, a 27 °C).

Questão 2. (UFVJM/2018.2) O diamante é reconhecido mundialmente por sua rara beleza e brilho ofuscante. A lapidação do cristal tem por objetivo realçar o brilho, criando facetas com ângulos e dimensões que permitem que a luz recebida pela parte superior do cristal, por exemplo, seja refletida em seu interior e saia principalmente pela parte superior. Desta forma, há o máximo de cintilação e de espalhamento da luz.

Um joalheiro bastante experiente lapidou um pedaço de vidro e um diamante do mesmo tamanho, cortando-os em inúmeras facetas e, a seguir, os poliu de forma a ficarem idênticos. Contudo, o vidro não apresenta o mesmo brilho do diamante ao ser incidido pela luz.

Fonte: SOUZA, Líria Alves de. "Brilho do diamante"; Brasil Escola. Disponível em https://brasilescola.uol.com.br/quimica/brilho-diamante.htm. Acesso em 20 de maio de 2018. (adaptado)

O vidro, mesmo após todo esse processo, não exibe o mesmo brilho pois o diamante é um sólido

1. molecular, apresenta uma transparência muito maior.
2. iônico, possui índice de refração muito mais alto.
3. iônico, apresenta uma transparência muito maior
4. molecular, possui índice de refração muito mais alto.

Resposta: Letra D.

O diamante é um sólido molecular, sendo que seu brilho é característico do seu elevado índice de refração, que produz a reflexão total de grande parte da luz incidente.

Créditos da imagem

^[1] Lutsenko_Oleksandr/ Shutterstock

Fontes

ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DOS DESIGNERS DE JOIAS E GEMÓLOGOS (ABRAJOIA). O preço final de um diamante. [S. l.], [202-?]. Disponível em: https://www.abrajoia.com.br/tecnicos/diamantes/o-prefinal-de-um-diamante/255/

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