Een diamanten ring en een potlood lijken elkaars tegenpolen, totdat je de romantiek en de gele verf wegdenkt. De steen in de ring en de donkere streep van het potlood bestaan allebei uit koolstof. Het verschil zit in de bouw: dezelfde atomen, maar vastgezet in verschillende structuren.
Diamanten neigen langzaam naar grafiet, omdat grafiet bij normale temperatuur en druk de koolstofvorm met de laagste energie is. Die verandering is echt, maar onder alledaagse omstandigheden gaat ze zo traag dat een diamant miljoenen tot miljarden jaren kan meegaan.
In een diamant bindt elk koolstofatoom zich aan vier naburige koolstofatomen in een dicht opeengepakt driedimensionaal rooster. In grafiet bindt elk koolstofatoom zich sterk aan drie buren in platte lagen, terwijl die lagen slechts losjes aan elkaar vastzitten.[1] Door die gelaagde structuur kan grafiet over papier afgeven. Een potloodstreep is koolstof die in piepkleine laagjes loskomt.
Onder gewone omstandigheden is grafiet de stabielere rangschikking. Dr. Christopher S. Baird, natuurkundige aan West Texas A&M University, legt uit dat diamanten afbreken tot grafiet omdat grafiet onder typische omstandigheden een configuratie met lagere energie is.[1] Er hoeft geen chemische stof van buitenaf de steen aan te tasten. De koolstofatomen zouden zich vanbinnen moeten herschikken, waarbij sommige bindingen worden verbroken en andere worden gevormd.
De muur tussen schittering en grafiet
Een diamant stort niet zomaar in tot grafiet, omdat zijn atomen gevangen zitten achter een grote energiebarrière. Baird vergelijkt de situatie met iemand die in een ondiepe kuil staat naast een diepere kuil, met een muur ertussen. De diepere kuil is de stabielere plek, maar je kunt er alleen komen als je eerst genoeg energie krijgt om over de muur te klimmen.[1]
Chemici noemen diamant metastabiel. Het is bij normale temperatuur en druk niet de koolstofvorm met de laagste energie, maar het kan toch buitengewoon lang vast blijven zitten in zijn huidige structuur.[1] De thermodynamica geeft de voorkeur aan grafiet. De kinetiek, het deel van de scheikunde dat zich bezighoudt met hoe snel veranderingen verlopen, voorkomt dat de diamant zichtbaar verandert binnen een menselijke tijdschaal.
Bij aangename kamertemperaturen, zonder intens ionenbombardement en extreme hitte, verloopt de omzetting van diamant naar grafiet zo langzaam dat ze praktisch niet bestaat.[1] Baird schrijft dat een diamant die onder normale menselijke omstandigheden aan een vinger wordt gedragen miljoenen tot miljarden jaren kan meegaan, waardoor “diamonds are forever” voor het dagelijks leven een heel goede benadering is.[1]
Sommige schattingen rekken die tijdschaal nog verder op. Bij kamertemperatuur zou een kubieke centimeter diamant er, volgens bepaalde beschrijvingen, veel langer dan de leeftijd van het heelal over doen om volledig in grafiet te veranderen; bij zeer hoge temperaturen kan het proces veel merkbaarder worden.[3] Iemand die wacht tot een trouwring potloodgrafiet wordt, sluit een weddenschap af die geen mensenleven kan innen.
Hoe je een diamant haast geeft
Hitte geeft koolstofatomen energie. Baird merkt op dat het verhitten van diamant of het bombarderen ervan met ionen de atomen genoeg energie kan geven om de barrière over te steken en zich richting grafiet te herschikken.[1] Er is ook een ander soort vernietiging mogelijk. In zuurstof kunnen diamanten bij hoge temperaturen verbranden tot koolstofdioxide in plaats van grafiet te worden.[2]
Druk duwt koolstof juist de andere kant op. Diamanten worden bevoordeeld onder hoge druk, wat mede verklaart waarom ze diep in de aarde ontstaan en niet op een bureau.[2] Veel natuurlijke diamanten van edelsteenkwaliteit zijn oeroud en worden vaak gedateerd op ongeveer 1 tot 3,3 miljard jaar.[2] Ze blijven bestaan omdat, zodra koolstof eenmaal de diamantstructuur heeft aangenomen, die structuur buitengewoon moeilijk ongedaan te maken is.
De oude slogan is natuurkundig onjuist, maar praktisch bruikbaar. Diamanten zijn in strikte zin niet eeuwig. Het is koolstof gevangen in een schitterende, koppige rangschikking, die bijna onmerkbaar overhelt naar de dofgrijze stabiliteit van grafiet. Aan een vinger blijft de steen stralen. Maar op de schaal waarop materie zoekt naar haar thuis met de laagste energie, lag het potlood al die tijd te wachten.
