Miten timantti hioutuu?

Kun timanttia hiotaan timanttimurusia sisältävällä hiomalaikalla, syntyy niiden väliin hyvin ohut amorfisen hiilen kerros. Amorfisen kerroksen synty tapahtuu helpommin tietyissä suunnissa. Käytännössä ilmiö on tunnettu jo kauan; timantti hioutuu parhaiten tietyissä suunnissa mutta ei ole tiedetty miten hioutuminen atomitasolla tapahtuu. Timanttien hiomista selvitti saksalainen tutkijaryhmä sekä kokeellisesti että teoreettisesti.
Timantit ovat puhdasta hiiltä, yksi hiilen monista esiintymismuodoista normaalioloissa. Timantit ovat erittäin kovia, luonnonmateriaaleista kaikkein kovimpia mikä johtuu hiiliatomien välisistä erittäin tiukoista sidoksista, ns. kovalenttisista sidoksista. Timantin hiominen onnistuu vain toisella timantilla ja käytännössä se tapahtuu timanttimurusia sisältävällä hiomalaikalla. Timantit ovat samalla kuitenkin hauraita eikä vasaralla kannata kokeilla timantin lujuutta.

Timantteja on käytetty maagisina amuletteina ja koruina jo vuosituhansia mutta vasta keskiajalla niitä alettiin hioa. Ensimmäinen timantinleikkaajien ja –hiojien ammattikilta perustettiin Nürnbergissä vuonna 1375. Hiominen onnistuu parhaiten tietyissä suunnissa alkuperäisen timanttikiven kiderakenteen mukaisesti. Siten saadaan aikaan hiotulle timantille ominainen loisto, joka johtuu valon taittumisesta kiteessä. Muissa suunnissa hiominen on hankalampaa ja tuottaa ulkonäöltään huonon tuloksen. Tämä ilmiö on tunnettu pitkään ja se sai selityksensä 1800-luvulla, kun timantin kiderakenne selvisi. Nyt yleisin hiomatapa on ns. briljanttihionta, joka kehitettiin vajaat sata vuotta sitten.

Saksalaistutkimuksessa osoitettiin miten hangattaessa kahta timanttipintaa toisiaan vastaan amorfinen kerros kasvaa pinnalla. Amorfista materiaalia syntyy eniten niille pinnoille, joilla hiominen on helpointa. Amorfisessa materiaalissa atomit ovat satunnaisesti toisiinsa nähden eivätkä kiteelle ominaisesti tarkassa järjestyksessä. Timantin hiomisessa atomien välisen sidoksen rikkoo mekaaninen rasitus eikä esimerkiksi kitkan aikaansaama lämpö. Lämpötila nousi hionnassa vain noin 400 celsiusasteeseen mikä on kaukana timantin sulamiseen vaadittavasta 3500 asteesta.

Hiomisessa syntyvä amorfinen kerros poistuu joko mekaanisesti tai ilmakehän hapen avustuksella. Kiteisen timantin hiiliatomeihin ilman happi ei pääse kiinni, koska ne ovat tiukasti sidoksissa toisiinsa. Amorfisessa kerroksessa happi pääsee reagoimaan hiiliatomien kanssa ja tuloksena syntyy hiilidioksidia tai hiilimonoksidia.

(Yle tiede, Nature Materials)