Um anel de diamante e um lápis parecem opostos, até você deixar de lado o romantismo e a tinta amarela. A pedra no anel e o traço escuro do lápis são ambos carbono. A diferença está na arquitetura: os mesmos átomos, presos em arranjos diferentes.
Diamantes tendem lentamente a se transformar em grafite porque a grafite é a forma de carbono de menor energia em temperatura e pressão normais. A mudança é real, mas, nas condições do dia a dia, é tão lenta que um diamante pode durar de milhões a bilhões de anos.
Em um diamante, cada átomo de carbono se liga a quatro átomos de carbono vizinhos em uma rede tridimensional compacta. Na grafite, cada átomo de carbono se liga fortemente a três vizinhos em folhas planas, enquanto essas folhas se mantêm unidas umas às outras apenas de forma fraca.[1] Essa estrutura em camadas é o motivo pelo qual a grafite consegue deixar marcas no papel. Um risco de lápis é carbono se soltando em folhas minúsculas.
Em condições comuns, a grafite é o arranjo mais estável. O Dr. Christopher S. Baird, físico da West Texas A&M University, explica que diamantes se degradam em grafite porque a grafite é uma configuração de menor energia em condições típicas.[1] Nenhum ingrediente químico externo precisa atacar a pedra. Os átomos de carbono teriam de se reorganizar internamente, rompendo algumas ligações e formando outras.
A barreira entre o brilho e a grafite
Um diamante não desmorona simplesmente em grafite porque seus átomos estão presos atrás de uma grande barreira de energia. Baird compara a situação a estar em um buraco raso ao lado de um buraco mais fundo, com uma parede entre eles. O buraco mais fundo é o lugar mais estável para ficar, mas você não consegue chegar lá a menos que primeiro obtenha energia suficiente para escalar a parede.[1]
Químicos chamam o diamante de metaestável. Ele não é a forma de carbono de menor energia em temperatura e pressão normais, mas ainda assim pode permanecer preso em sua estrutura atual por um período extraordinariamente longo.[1] A termodinâmica favorece a grafite. A cinética, a parte da química que trata da velocidade com que as mudanças acontecem, impede que o diamante mude visivelmente dentro de uma escala de tempo humana.
Em temperaturas ambientes confortáveis, longe de bombardeamento intenso por íons e de calor extremo, a conversão de diamante em grafite é tão lenta que, na prática, é inexistente.[1] Baird escreve que um diamante usado no dedo em condições humanas normais pode durar de milhões a bilhões de anos, o que torna “diamantes são para sempre” uma aproximação muito boa para a vida cotidiana.[1]
Algumas estimativas estendem essa escala de tempo ainda mais. Em temperatura ambiente, já se descreveu que um centímetro cúbico de diamante levaria um tempo imensamente maior que a idade do universo para se converter totalmente em grafite; em temperaturas muito altas, o processo pode se tornar bem mais perceptível.[3] Uma pessoa esperando que uma aliança vire grafite de lápis está fazendo uma aposta que nenhuma vida humana conseguirá receber.
Como apressar um diamante
O calor dá energia aos átomos de carbono. Baird observa que aquecer o diamante ou bombardeá-lo com íons pode dar aos átomos energia suficiente para cruzar a barreira e se reconfigurar rumo à grafite.[1] Outro tipo de destruição também é possível. Na presença de oxigênio e em altas temperaturas, diamantes podem queimar e virar dióxido de carbono, em vez de se tornarem grafite.[2]
A pressão empurra o carbono na direção oposta. Diamantes são favorecidos sob alta pressão, o que é parte do motivo pelo qual se formam nas profundezas da Terra, e não sobre uma mesa.[2] Muitos diamantes naturais de qualidade gemológica são antigos, frequentemente datados entre cerca de 1 e 3,3 bilhões de anos.[2] Eles sobrevivem porque, uma vez que o carbono assume a estrutura de diamante, essa estrutura é extraordinariamente difícil de desfazer.
O velho slogan é fisicamente errado e praticamente útil. Diamantes não são eternos em sentido estrito. Eles são carbono preso em um arranjo brilhante e teimoso, inclinando-se quase imperceptivelmente para a estabilidade cinza e opaca da grafite. No dedo, a pedra continua brilhando. Na escala em que a matéria procura seu lar de menor energia, o lápis estava esperando o tempo todo.
