Chemie van de diamant

Alles over de eigenschappen en verwerkingsmogelijkheden van (edel)stenen en parels
Gebruikersavatar
Briolet
Actief lid
Actief lid
Berichten: 420
Lid geworden op: donderdag 16-08-2012, 9:57
Ervaring: Amateur (geen cursist)

Chemie van de diamant

Berichtdoor Briolet » vrijdag 07-05-2021, 11:53

Ik had elders aangegeven dat ik iets over blauwe fluorescentie bij briljant wilde schrijven. Maar om dat te begrijpen is er wel een stuk voorkennis nodig. Dus bij deze een wat uitgebreider verhaal.

In de handel wordt diamant beoordeeld via de 4 C’s. (Clarity, Color, Cut en Carat). Wetenschappers gebruiken een heel andere indeling en verdelen de diamant in de types, Ia, Ib, IIa, IIb etc.

Die wetenschappelijke indeling is gebaseerd op de verschillende moleculaire insluitsels van stikstof en boron. Voor de goudsmid was deze indeling nooit interessant, maar met de opkomst van synthetische diamant, de zogenaamde LabGrown diamant, wordt het wel belangrijk hier enige kennis van te hebben. Het verschil tussen natuurlijk gegroeid en synthetisch gegroeid is via deze types te herkennen.

Voor het goede begrip wil ik even helemaal terug naar de vorming van natuurlijke diamant. Er wordt de laatste 20 jaar erg veel wetenschappelijk onderzoek naar gedaan. Niet om de diamant te begrijpen, maar om een inzicht te krijgen de processen die zich in de vloeibare kern van de aarde afspelen.

De meeste diamanten zijn al zo’n half miljard tot 2 miljard jaar geleden gevormd. Van een zuivere diamant kun je niet zo makkelijk een ouderdom bepalen, maar er zit meestal granaat en olivijn in als insluitsels. Hieraan kun je wel ouderdomsbepalingen doen. Verder bevat 98% van alle diamant het element stikstof als verontreiniging. Dit stikstof kan verschillende gedaantes aannemen via chemische reacties in de steen. Deze reacties zijn temperatuur afhankelijk zodat men aan de samenstelling kan afleiden op welke diepte zo’n steen lang verbleven heeft. Allemaal informatie waaruit men het gedrag van de magma bewegingen in het binnenste van de aarde kan afleiden.

Kort samengevat gaat men er nu van uit dat 98% van de diamant gevormd is in scheurtjes aan de onderkant van de aardkorst. Dit is een stikstofrijke omgeving waardoor er stikstof ingebouwd wordt in het kristalrooster. Typisch gaat het hier om concentraties van een paar honderd ppm (parts pro million) stikstof in het diamant rooster. Deze stikstof houdende diamanten worden ‘Type I’ diamanten genoemd. Op het moment van vorming zijn dit knalgele stenen. Door chemische processen in het binnenste van de aarde verdwijnt die gele kleur weer. Dit gaat heel langzaam, maar omdat de meeste diamant al honderden miljoen jaren oud is voordat het aan het oppervlak komt, is dat lang genoeg voor de ontkleuring tot een witte steen. (Verderop ga ik hier dieper op in)

Daarnaast wordt 2% van de diamant op een veel grotere diepte gevormd die stikstof arm is. Deze stikstofarme stenen worden ‘Type II’ diamant genoemd en zijn direct al wit bij de vorming. Op die grote diepte worden ook veel minder insluitsels ingebouwd en kunnen de kristallen veel groter groeien. Dat is ook de reden dat de supergrote diamant van >1000 ct, die soms gevonden wordt, vaak ook nog loepzuiver en van een river kleur is.

Als je een witte synthetische diamant wilt maken zul je direct een type II diamant moeten maken. Het is niet economisch om een gele type I steen te maken en dan miljoenen jaren te wachten totdat hij wit geworden is. Een witte type I steen zal dus altijd natuurlijk zijn.
Gebruikersavatar
Briolet
Actief lid
Actief lid
Berichten: 420
Lid geworden op: donderdag 16-08-2012, 9:57
Ervaring: Amateur (geen cursist)

Re: Chemie van de diamant

Berichtdoor Briolet » vrijdag 07-05-2021, 11:53

Nu naar de stikstofchemie binnen de type I diamanten.

In het magma komt stikstof voor als losse stikstof atomen en niet als N2 zoals in de atmosfeer. Bij het inbouwen in het diamantrooster zullen ze dan ook geïsoleerd ingebouwd worden door af en toe een koolstof atoom door een stikstof atoom te vervangen. Dit geïsoleerde stikstof geeft de steen een kanariegele kleur. Een paar procent van de diamant komt zo kort na de vorming aan het oppervlak, dat deze sterk gele kleur nog aanwezig is. Dit noemen we een ‘Type Ib’ steen.

Dit geïsoleerde stikstof heeft echter nog een vrij elektron die een binding wil aangaan met een ander stikstof atoom. Bij de hoge temperaturen aan de onderkant van de aardkorst kunnen de stikstof atomen zich langzaam door de steen bewegen totdat ze een 2e stikstof atoom tegenkomen en reageren tot een N2 groep. Deze N2 groep is kleurloos, maar de ontstane dubbele binding tussen de twee stikstof atomen absorbeert UV-C straling. Dit in tegenstelling tot type II diamant waar helemaal geen stikstof in zit en die transparant is voor UV-C licht. Diamant waar het stikstof gegroepeerd in zit noemen we een ‘Type Ia’ steen. Dit is veruit de meest voorkomende soort diamant.

De reacties gaan echter verder. Af en toe zal een geïsoleerd stikstof atoom met een N2 groep reageren tot een N3 groep. Deze N3 groep absorbeert weer zichtbaar licht en is verantwoordelijk voor de gele kleur bij de meeste cape stenen.

De N3 groep is zelf niet stabiel. Hij heeft de nijging om weer uiteen te vallen in N2 en N. Of om verder te reageren met nog een stikstof atoom tot de stabiele N4 groep. De N4 groep bestaat uit 4 stikstof atomen die rond een roostergat gegroepeerd zijn. Om de N4 groep te visualiseren: Je haalt ergens een C atoom uit het rooster en de vier C atomen rondom dit gat vervang je door stikstof. Door het roostergat in het midden is er ook ruimte om de iets grotere stikstof atomen te huisvesten.

Diamant van het type Ia bevat dus N2 en N4 groepen. En een klein percentage instabiele N3 groepen. De versie met vooral N2 noemen we ‘Type IaA’ en die met vooral N4 groepen ‘Type IaB’. In de praktijk is het een mengsel van IaA en IaB. Slechts 0,5 % van de diamant is alleen type IaB.

De N3 groep vertoont naast een gele kleur ook een blauwe fluorescentie. Deze fluorescentie wordt echter onderdrukt door de N2 groepen. Pas als genoeg N2 in N4 omgezet is, zul je de blauwe fluorescentie gaan waarnemen. Als je naar de chemie kijkt, zie je dat een steen al behoorlijk oud moet zijn, voordat de blauwe fluorescentie begint op te treden. Dit houdt in dat je bij waarnemen van deze fluorescentie direct weet dat het geen recent gevormde LabGrown steen kan zijn.

Met een sterke UV lamp, zoals die in de vliegenvallen van de horeca gebruikt worden, zul je ongeveer 30% van de diamant blauw zien oplichten onder deze lamp. Dan heb je direct zekerheid dat het een natuurlijk gevormde steen is. In zeldzame gevallen kan diamant ook oranje, geel of groen fluoresceren. Deze kleuren komen zowel bij natuurlijke als synthetische stenen voor en zeggen niets over het natuurlijk zijn.

Deze langzame natuurlijke reacties tot N3 groepen kun je kunstmatig versnellen, door de temperatuur te verhogen. In de natuur wordt diamant gevormd bij temperaturen rond de 1000 °C. Verhit je een natuurlijke diamant tot 3000 °C, dan verlopen deze reacties wel binnen een paar uur. Alleen worden de N2 en N4 groepen dan instabiel en vallen uit elkaar tot losse N atomen. Dit verhitten tot 3000 °C is ook de manier waarop de treated gele diamant gemaakt wordt uit witte diamant. Een witte Type I diamant zal nooit kunstmatig gemaakt kunnen worden.
Laatst gewijzigd door Briolet op vrijdag 07-05-2021, 12:03, 2 keer totaal gewijzigd.
Gebruikersavatar
Briolet
Actief lid
Actief lid
Berichten: 420
Lid geworden op: donderdag 16-08-2012, 9:57
Ervaring: Amateur (geen cursist)

Re: Chemie van de diamant

Berichtdoor Briolet » vrijdag 07-05-2021, 11:54

De meeste juweliers zal het wel gebeurd zijn dat een klant terug kwam met een diamant sieraad die ze niet vertrouwden omdat de steen (of één van de stenen) blauw fluoresceerde toen ze een keer langs een blacklight liepen. Met bovenstaand verhaal is uit te leggen dat er niets mis is met deze diamant. Door de blauwe fluorescentie heb je juist meer zekerheid over de echtheid dan bij de stenen die niet oplichten.

Maar ook beleggers in diamant hebben het hele fenomeen van de fluorescentie niet begrepen. Vooral in de VS wil men geen witte stenen hebben met blauwe fluorescentie. Ze zien dit blauw oplichten als een teken dat er een verontreiniging in de steen zit, waardoor ze er minder voor willen betalen. Met de kennis van het bovenstaande zie je dat de fluorescentie iets zegt over de ‘verontreiniging’ met N3 groepen. Ook een witte steen kan ‘verontreiniging’ in de vorm van N2 en N4 groepen bevatten. Een fluorescerende diamant bevat dus niet meer of minder ‘verontreiniging’ met stikstof dan de gemiddelde andere diamant. Slechts 2% van alle diamant. de type II stenen, is geheel vrij van deze stikstof ‘verontreiniging’. Maar het type diamant staat juist niet op een certificaat vermeld.

Als je echt warenkennis had als belegger, zou de blauw fluorescerende steen juist meer waard moeten zijn. Ten eerste omdat hij zeldzamer is. En ten tweede omdat hij de steen in vol zonlicht witter doet lijken dan hij in werkelijkheid is. Alleen bij de off-color stenen hebben ze dat inmiddels begrepen en daar betaal je wel een premium voor fluorescentie.
Gebruikersavatar
Evert J@n
Enthousiast lid
Enthousiast lid
Berichten: 127
Lid geworden op: maandag 30-01-2012, 21:56
Ervaring: Leerling vakopleiding
Woonplaats: Zwolle

Re: Chemie van de diamant

Berichtdoor Evert J@n » zaterdag 08-05-2021, 13:03

Dank je voor het begrijpelijk delen van deze kennis!
Sinterklaas
Enthousiast lid
Enthousiast lid
Berichten: 173
Lid geworden op: woensdag 02-12-2015, 21:07
Ervaring: Overig

Re: Chemie van de diamant

Berichtdoor Sinterklaas » zaterdag 08-05-2021, 21:45

Duidelijke uitleg. Dank je wel. Dit is iets om nog eens terug te lezen.

Advertentie

Terug naar “Stenen en parels”

Wie is er online

Gebruikers op dit forum: Geen geregistreerde gebruikers en 10 gasten