יהלומי רהב

יהלומים אינם מפסיקים להלהיב את דימיוננו לגרות מדענים לחקור אותם. פיזיקאים שעוסקים בלייזרים רבי עוצמה ניסו לענות שאלה פשוטה של כימיה תיכונית שיש לה השלכות על הרכבם של כוכבי לכת רחוקים.

האם ליבת כוכבי הלכת הענקיים מכילה יהלומים?
האם ליבת כוכבי הלכת הענקיים מכילה יהלומים?
יהלום, כידוע, הוא צורה טהורה של פחמן, והוא החומר הקשה ביותר המוכר לאדם. אבל מבחינה כימית-פיזיקלית, הצורה היציבה יותר של פחמן בטמפרטורה ובלחץ של החדר היא דווקא גרפיט – החומר השחור של העיפרון. ולכן, עד כה לא ניתנה תשובה לשאלה הפשוטה: מהי נקודת ההתכה של יהלום?

אם נחמם יהלום הוא אמנם יהפוך לפחמן נוזלי, אבל בדרך הוא יהפוך קודם לגרפיט, ולכן החומר שעובר התכה הוא גרפיט. אבל ידוע לכולנו, שיהלומים נוצרים בתנאי לחץ וטמפרטורה גבוהים, בתנאים כאלה, דווקא היהלום, ולא הגרפיט הוא הצורה היציבה ביותר. מדוע אם כך יהלומים אינם הופכים לגרפיט כשהם משובצים בתכשיטים? התשובה, לשמחתה של תעשיית היהלומים, היא שהתהליך שנוסחתו:

יהלוםC(s) → גרפיטC(s)

הוא תהליך אטי מאוד – יש הטוענים שאכן, כל היהלומים הופכים אט-אט לגרפיט, כך שלטווח ארוך (מאוד) השקעה ביהלומים אינה כדאית.

מה זה בכלל יהלום נוזלי?

עיתונאים שדווחו על הממצא כתבו על יהלומים נוזליים. האם הדבר אפשרי בכלל? נראה שהעיתונאים החסירו כמה שיעורי כימיה בתיכון. כל תלמיד כימיה יודע שיהלום הוא למעשה תיאור של פחמן גבישי. בגביש היהלום קשור כל אטום פחמן לארבעה שכנים באמצעות ארבעה קשרים קוולנטיים יחידים, וכל פחמן שוכן בפינה של טטרהדר. המבנה הדחוס הזה של הגביש האטומרי מקנה לו את קושיו. גרפיט לעומת זאת בנויה ממשטחים ענקיים של פחמנים המסודרים במבנה של משושים, כמו כוורת. התכת היהלום תשבור איפוא את הקשרים הקוולנטיים והנוזל שייווצר לא יכול להיחשב עוד יהלום. כותבי המאמר המקורי אכן נמנעים מן השימוש במונח "יהלום נוזלי". הם מתארים את הנוזל כנוזל מתכתי, ובטמפרטורות ולחצים גבוהים אף יותר, כנוזל בעל "מבנה מורכב".

ולכן, כדי לפתור את סוגיית נקודת ההתכה של היהלומים, ניסה צוות מחקר מן המעבדה הלאומית האמריקנית על שם לורנס ליוורמור, בראשותו של ג'ון אגרט, לחמם יהלומים בתחום טמפרטורות ולחצים גבוה במיוחד. הם חיממו יהלום קטן, של כעשירית קראט (0.02 ג'), באמצעות לייזר רב-עוצמה בלחץ של 40 מיליון אטמוספרות (לחץ של אטמוספרה אחת הוא הלחץ השורר על כדור הארץ בגובה פני הים) – בתנאים אלה הפך היהלום לטיפת נוזל. אז החלו המדענים להוריד בהדרגה את הלחץ ואת הטמפרטורה. כשהלחץ ירד ל-11 מיליון אטמוספרות והטמפרטורה הגיע לכ-50,000 מעלות צלזיוס, המשיך הלחץ לרדת אבל ירידת הטמפרטורה נעצרה – סימן היכר למעבר פאזה – הנוזל החל לקפוא ויהלומים מוצקים החלו להיווצר.

אבל כאן מצפה לנו הפתעה. רוב המוצקים צפופים מן הנוזלים שלהם, ולכן, גוש ברזל ישקע בברזל נוזלי, וגוש שמן מוצק ישקע בתוך בקבוק שמן נוזלי. יוצא דופן אחד מוכר לכולנו: מים. קרח צף על פני המים בגלל התכונה הנדירה של מים: המוצק פחות צפוף מן הנוזל. ובכן, למים יש בן זוג – יהלום. היהלומים הזעירים שהחלו להיווצר צפו על פני טיפת "היהלום הנוזלי", עדות לצפיפותם הקטנה יותר.

המדענים משערים שבליבה של כוכבי לכת ענקיים, כמו אורנוס (או בשמו העברי החדש "אורון") או נפטון ("רהב"), עשויים להתקיים תנאים שבהם יהלומים יציבים דיים. כוכבי הלכת האלה משתייכים למשפחת "הענקים הגזיים" (ביחד עם צדק ושבתאי) מפני שרוב המסה שלהם היא גזית. האטמוספרה של אורון ורהב מכילה תרכובות פחמימניות (המכילות פחמן ומימן), ועל פי ההשערה,בלב לבם של כוכבי הלכת האלה, שוררים תנאים שבהם הפחמימנים קורסים ומתפרקים לפחמן נוזלי ולמימן. תנאי הלחץ והטמפרטורה מתאימים גם לאלה של הניסוי, ולכן לא מן הנמנע שיהלומים צפים שם על פני נוזל כמו קרחונים על פני האוקיינוס.

כדי לאשר השערה זו יש צורך לשלוח חללית לחקר כוכבי הלכת (אם כי קשה להניח שחללית כזאת תוכל להגיע את ליבת הפלנטות ולשרוד שם) או לבנות מתקן הדמיה על כדור הארץ – שתי אופציות יקרות שלא נראות מציאותיות בעתידה הקרוב.

מקורות

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

10 תגובות

  1. המשקיף:
    זה לא תיקון.
    קודם כל – מפני שבכתבה לא נאמר דבר על ברזל.
    שנית מפני שלפחות על פי ויקיפדיה – ברזל נוזלי קל מברזל מוצק. ראה את הצפיפויות (חפש את המילה density ) כאן:

    http://en.wikipedia.org/wiki/Iron

  2. יוסי:
    אתה צודק.
    מכיוון שעל התמונה במאמר המקורי לא היה ידוע אם היא ברשות הרבים – היא הוחלפה – מבלי שניתנה תשומת לב להתייחסות אליה בכתבה.
    הנושא תוקן בעקבות הערתך (פשוט הורדה ההפניה לתמונה)

  3. למיכאל רוטשילד:
    אין לי בעיה שישימו תמונה מכל סוג שהוא.
    הבעיה היא כאשר בגוף הכתבה מופיע "בתמונה למעלה" ובתמונה למעלה לא רואים את מה שהובטח באותה תמונה. אם אסור לשים תמונה מסויימת אז שלא יופיע בכתבה צמד המילים "בתמונה למעלה".

  4. איתן

    אשמח אם תוכל להשיב.
    גם היהלום וגם הגרפיט הם מבודדים מדוע הנוזל המתקבל מההתכה של היהלום הוא נוזל מתכתי?
    שאלה כללית יותר: מהו נוזל מתכתי? מתכת לפי הבנתי מוגדרת על פי תכונות ההולכה שלה. כדי לקבל הולכה יש צורך במבנה שריגי מחזורי (פונקציות בלוך) לעומת זאת נוזלים אינם בעלי סדר ארוך טווח. מהי אם כן מתכת נוזלית?

  5. יוסי יערי:
    הרי ברור שמדובר באיור שמנסה להעביר איזה רעיון תוך מגבלה בשימוש בתמונות שאין עליהן זכויות יוצרים.
    האם יש לך הצעה איך אפשר ליצור תמונה שבה רואים כוכב ענק יחד עם יהלום של 0.02 גרם בקנה מידה נכון?
    האם יש הצעה איך לצייר יהלום בלתי מלוטש כך שאנשים יבינו שזה יהלום?

  6. האם אפשר להעביר קישור אודות רמות חום ולחץ בתוך ליבת הרי געש?לצורך ההמחשה.
    בלתי נתפשים הערכים המוצגים בניסוי המוצג להלן,50,000 מעלות צלזיוס?תנאי לחץ אטמוספרי מינוס 11 מיליון??

  7. טעות בתמונה?
    ציטוט מהכתבה: "הם חיממו יהלום קטן, של כעשירית קראט (0.02 ג'), באמצעות לייזר רב-עוצמה (בתמונה למעלה) "
    רק לי נדמה שב"תמונה למעלה" רואים יהלום מלוטש על רקע שבתאי?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן