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Propriétés du diamant

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Propriétés du diamant

Propriétés physiques du diamant

Résistance à la rayure

Dans le diamant, chaque atome de carbone met en commun chacun des quatre électrons de sa couche externe avec quatre atomes de carbone voisins. Cette liaison dite covalente est particulièrement énergétique, donc solide et réfringente, ce qui explique la grande résistance à la rayure de la gemme, la plus dure de tous les minéraux connus.

Indice de réfraction du diamant

Son indice de réfraction est élevé :

- 2,418 pour la lumière jaune,
- 2,407 pour la lumière rouge (à 687 nm),
- 2,451 pour la lumière bleue (à 431 nm).

Ces indices montrent une dispersion de 0,044 (responsable des feux de la gemme taillée) qui est faible en comparaison de celle des cristaux à liaison électrovalente comme la blende (sphalérite).

Édifice cristallin du diamant

Dans l'édifice cristallin du diamant, chaque atome de carbone est au centre d'un tétraèdre régulier formé par ses quatre voisins : l'élément répétitif le plus petit de cette structure (maille) est un cube dont les diagonales sont parallèles aux liaisons carbone-carbone. Si chaque carbone est assimilé à une sphère de 1,54 À de diamètre jointive avec ses voisines, il existe 66 % de vides dans l'édifice cristallin.

Densité du diamant

Structure atomique du diamant

Le diamant a néanmoins une densité élevée (3,52) malgré la faible masse atomique du carbone, car le diamètre des sphères carbone est presque deux fois moins important que celui des ions oxygène formant l'assemblage, bien plus serré, des oxydes et silicates comme le corindon ou la topaze (l'empilement compact des oxygènes du corindon ne compte que 25 % de vides).

Mais l'édifice diamant est métastable à pression ordinaire. S'il n'existait pas de freins, il se détruirait immédiatement en se transformant en poudre de graphite, ce qui se passe lorsqu'il est maintenu, à pression normale, à 1100 °C en atmosphère neutre.

En effet, dans le graphite, chaque carbone met en commun un électron périphérique avec trois voisins, le quatrième vagabondant d'une liaison à l'autre (d'où son emploi comme conducteur électrique). Aussi le graphite est-il constitué d'une succession de feuilles de carbones arrangés selon une structure hexagonale, faiblement liées entre elles par influence réciproque (liaison dite résiduelle) et donc susceptibles de glisser facilement l'une sur l'autre (d'où son emploi comme graisse).

Du diamant au graphite

Le passage du diamant au graphite se fait par rupture des liaisons parallèles à un axe de symétrie d'ordre trois localement privilégié et report des électrons libérés en un nuage rendant planes les surfaces carbone gauches ainsi libérées, qui s'éloignent les unes des autres. Comme l'axe ternaire privilégié varie dans l'espace, il en résulte une désagrégation du cristal, avec forte augmentation de volume (densité du graphite 2,1 à 2,2).

Forme cristalline du diamant

Les formes cristallines du diamant-gemme sont l'octaèdre cubique (parfois maclé comme le spinelle), souvent transformé par dissolution dans le gisement en rhombododécaèdre, le cube (parfois maclé comme la fluorite) et ses formes dérivées. La surface de macle, de symétrie hexagonale, est particulièrement résistante à l'usure, aussi les individus cristallins peuvent-ils être soit simplement accolés (cas le plus fréquent : c'est « l'accouplement » des diamants) soit imbriqués l'un dans l'autre.

Propriétés cristallochimiques du diamant

Substitution du carbone pour de l'azote

Des atomes de grosseur et de constitution électronique similaires à celles du carbone peuvent s'y substituer dans l'édifice diamant. Dans 99 cas sur 100, c'est de l'azote, dont la présence rend le diamant opaque aux rayons ultraviolets courts, ce qui le fait alors qualifier de type I. Les cinq électrons périphériques de l'azote constituent de préférence une paire qui s'isole et trois électrons qui, chacun, sont mis en commun avec un atonie voisi. 

Ainsi se constitue, lorsque l'azote est assez abondant (de 0,1 à 0,2 %), un assemblage hexagonal en forme de plaquette isomorphe de l'assemblage carbone, perpendiculaire à un axe ternaire du diamant. Cette substitution supprime les liaisons perpendiculaires à la plaquette, ce qui favorise la morphologie et le clivage octaédrique de la majeure partie des diamants (dits de type la).

Diamant de teinte jaune

Lorsque sa concentration est faible (quelques millionièmes), l'azote est isolé dans le diamant, il assume alors toutes les liaisons du carbone substitué, et l'électron célibataire en surnombre qui en résulte provoque une absorption de l'extrémité violette du spectre visible, ce qui explique la teinte jaune des diamants de type \b, qui représentent environ 1 % des diamants de type I (les diamants jonquille et canari sont recherchés).

Diamant incolore

Les diamants ne contenant pas d'azote, transparents aux rayons ultraviolets courts, sont dits de type II. Parfaitement incolores, tels le Cullinan, présentant le plus souvent des formes externes peu régulières, ceux ne contenant aucun élément étranger détectable sont dits de type Ha.

Diamant de couleur bleue

Ceux comportant des traces de bore sont dits de type llb : chaque fois qu'un atome de bore, qui ne comporte que trois électrons périphériques, se substitue au carbone, il se forme une lacune électronique tandis qu'un électron célibataire issu d'un carbone provoque l'absorption de l'extrémité rouge du spectre visible, ce qui explique leur conductibilité électrique et leur couleur bleue.

Les diamants de formes cuboïdes comportent des traces d'hydrogène, dont la signification est encore mal comprise.

Fluorescence du diamant

La présence d'azote dispersé dans le diamant entraîne la fluorescence de cette gemme, le plus souvent dans les tons bleu plus ou moins intense. Cette fluorescence est la contrepartie du spectre d'absorption caractéristique, dit « du cap », des diamants présentant une nuance sous-jacente jaunâtre. Quelques pierres, nuancées de brun, présentent une luminescence jaune-vert, contrepartie du spectre d'absorption dit « de la série brune » (lignes à 496 nm et 504 nm), attribuée à des groupes de deux azotes. D'autres couleurs du diamant, en particulier le rose, peuvent être attribuées à la présence d'éléments interstitiels dans la maille, ou à des dislocations ponctuelles ou linéaires.

Comment reconnaître un vrai diamant ?

Contrairement à la plupart de ses imitations, le diamant est un très bon conducteur thermique, aussi donne-t-il une sensation de froid sur la peau. Cette propriété est utilisée dans de petits appareils destinés à différencier le diamant de la plupart de ses substituts.

 

→ VOIR LA COLLECTION : BIJOUX EN DIAMANTS

 

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