化学　ダイアモンド　マグマで溶けないの？　小3息子

Question

小３の息子の質問です。

化学にお詳しい方、
小学生＆化学的知識の全くない母でも理解できる様、ご教授頂けましたら有難いです。
よろしくお願いたします。

(1)『ダイヤモンドは地球誕生時に小惑星が衝突していく時のエネルギーで、炭素が高圧高温になってくっついてできた。
マグマの中にあったダイヤモンドが、繰り返される火山噴火の時に地表にでてきていた。
人間がはじめて見つけた時は、ちょっと光るきれいな石だなぁって思われてただけで、金よりずっと後になって、みんなが欲しい！欲しい！って言い出して、値段が高くなった。』

・・・と、仕入れてきた様なのですが、

『マグマは４０００℃～６０００℃あるはずなのに、なんで溶けないわけ？』
『ダイヤモンドは火事で燃えたら炭になるっていうじゃない？』
『おかしいよ。』

と言います。

調べてあげましたら
ダイヤモンドの融点は3550℃、沸点は4800℃でした。

(2)『ダイヤモンドは物質の中で一番硬いって本に書いてあったはずなのに、テレビでカーボンナノチューブはダイヤモンドの２倍の硬さって言ってたよ。どういう事？？？』

(3)『しかもね、「ダイヤモンドは硬いけど、とんかちで簡単に粉々にできます。」って言ってたんだ。粉々にできるなら硬くないじゃん。[硬い]って、どういう意味で大人はつかってるの？』

と・・・３つ疑問がある様です。

母の私も[大人]ですが、わかりません…。

お手数をおかけいたしますが、ご回答よろしくお願い致します。

arkasha000 · Accepted Answer

スポンジとガラスがあったとします。
指で押すとスポンジはへこみますが、ガラスはへこみません。
ハンマーでたたいてみると、ガラスは粉々に割れてしまいました。

ガラスは粉々になってしまいましたが、普通はガラスの方が硬いっていいますね。
一般的には、力を加えて変形しない方が硬いといいます。

粉々に割れるかどうかは、靱性という性質で硬さとは別の性質です。

ページの下の方にビッカース硬さで金属とダイヤモンドの比較があります。
ダイヤモンドの方が金属よりかなり硬いことがわかります。
それでもハンマーで割れてしまいます
http://www.toishi.info/metal/hardness.html

トリビアの泉という番組でほんとにダイヤモンドを砕いたみたいです
http://youtu.be/BvyLnlJ9doY

doc_somday · Answer

順デタラメで申し訳ありません。
既に適切なお答が有りますが「硬度」硬度には様々な定義が含まれており、
簡単なモース硬度がよく使われます。測定法は「平面」を「先端」で引っ掻く
と言う、超簡単なもの。普通の人が思い浮かべるのはこれ。
ビッカース硬度は金属の「粘性」も含むもので、元々「大砲」の材質の性能
を比較するために使われでこれも簡単。
試料をしっかり固定し、決まった長さの「腕」を持った先端を９０度(水平)
から自由落下させる、それだけでは情報量が少なすぎるから、試料に開いた
穴を精密に解析する、柔らかければ穴の直径は大きくなる、深さ、形状で
試料の粘弾性の資料が得られる。しっかり冶金学などの教科書に書いてある。
ショア硬度、ブリネル硬度まだ沢山あるが、専門家では無いので全く知らない。
ただ多くは「武器」のための「鉄鋼」の硬度で、知っていても意味が無い。

ダイアモンドは結構柔らかい、１００万気圧で、きれいに磨いた面に超硬物質を
二つのダイアモンドで挟みその超硬物質のＸ線散乱を測定する研究をする人は
多い、この器具を「ダイアモンドアンビル」と呼び超々高圧下での物性を測る
基本のキだ。だがこの圧力下では、使用頻度にも寄るが半年せずにダイアモンド
はヘコんで仕舞う、棄てるのは勿体ないから「磨き屋」に出して平面にして貰う、
だが十年でダイアモンドの「切り口」が大きくなってしまい、１００万気圧が
出せなくなる、仕方が無いから「宝飾屋」に売ってしまう。

今はダイアモンドなんて簡単に作れる。もちろん非常に危険だ。
御存知無い方もおいでだが、ルビーやサファイアは鋼玉と成分は同じで極微量の
金属イオンが入っているだけ。こっちは中学生でも作れる、もちろん「装置」
が必要、方法は「水熱合成」と呼ばれる、最近は知らないがボールペンの先端
がみんなルビーになったことがあるが、とても使い易かった何にでも書ける、
私は専らアルミ製の「タグ」に書いた、すり減りさえしない、原料を仕込んで
熱するだけ、攪拌しちゃうと大きな結晶は出来ない。加熱で水溶液は勝手に
高圧になり大きな結晶の方がエネルギー的に有利なのでほっといてもどんどん
成長してしまう。水晶はもっと簡単クズ水晶を放り込み核だけ吊す。
ルビー、サファイア、鋼玉はアルミナ、水晶は(石英)
ダイアモンドはそう簡単ではない、ちょっとおかしいところがある、ダイアモンド
は灰にはならない、墨にもならない、超微量の灰が出来るが、通常「見えない」
で、ダイアモンドは上記した「ダイアモンドアンビル」の鋼鉄版で黒鉛を「潰す」
もちろん数千度が必要、装置の内殻は一度でアウト、原理的には最初成功した
時とまるで変わっていない。「理科年表」に書いてあるが、分子生成エネルギー
を最初に見て、多分駒場だ、愕然とした、ダイアモンドは黒鉛とほとんど、いや
もう「双子」位しか差が無い。もしダイアモンドが有利ならダイアモンドだらけ
になったはずだが、何故か黒鉛が「微かに」有利だ。この程度の差では最初に
人工合成した人たちは非常に運が良かったか、大馬鹿で諦める事を知らなかった
としか思えない。ご存知かと思うが現在原料は「砂糖」だ、炭水化物だから、水は
どうでも良い、グラファイトの精製は非常に苦しいが砂糖の精製なら素人だって
容易だ。

蛇足ばかりになって申し訳ないが、ダイアモンドの物理と化学は少なくとも
厚い本一冊、こだわると叢書になってしまう。

hayasitti · Answer

＞『マグマは４０００℃～６０００℃あるはずなのに、なんで溶けないわけ？』
地球の中心温度は約5500℃らしいので、溶けますが、外側に向かうほど（＝地表に近づくほど）温度が下がります。
上部マントル（プレートとそれに触れるマグマくらいの位置）で約1500℃くらいなので、ダイヤモンドはこの時点で存在できることになります。
http://www.ehime-u.ac.jp/~grc/kenkyu3.html

＞『ダイヤモンドは火事で燃えたら炭になるっていうじゃない？』
炭、というよりも、二酸化炭素になって消えてしまいます。
空気中の酸素と反応して、ダイヤモンドの炭素が酸化されるためです。
裏を返せば、酸素が存在しない状況下では、そのままの状態を維持できることになります。
ダイヤモンドの融点、沸点を指摘されていますが、酸素が存在しない条件での温度のはずです。
酸素が存在すれば、通常の火事、1000℃前後もしくはそれ以下でも酸素と反応して消えてしまうでしょう。

＞『ダイヤモンドは物質の中で一番硬いって本に書いてあったはずなのに、テレビでカーボンナノチューブはダイヤモンドの２倍の硬さって言ってたよ。どういう事？？？』
「強さ」「硬さ」
一般的に漠然と使われる言葉ですが、工業的、工学的にはあらゆる種類の硬さ、強さの定義と指標があります。
「ダイヤモンドが一番硬い」というのは、硬度指標の一種である「モース硬さ」によるものでしょう。
「ダイヤモンドよりCNTの方が2倍硬い」というのは、そのほかの硬さの指標の使って比べたとき、ということなのでしょう。

＞『しかもね、「ダイヤモンドは硬いけど、とんかちで簡単に粉々にできます。」って言ってたんだ。粉々にできるなら硬くないじゃん。[硬い]って、どういう意味で大人はつかってるの？』
「ダイヤモンドが硬い」のは耐摩耗、こすり付けあうとき、押し付けあうとき、です。
「ダイヤモンドが粉々に砕ける」という現象は、工学的には「硬さ」ではなく「粘り強さ」（靱性）によるものであり、叩きつけられるときで、現象として別の話になります。
「硬いが脆い」という言葉がありますが、ダイヤモンドがまさにこれです。

それにしても
＞「[硬い]って、どういう意味で大人はつかってるの？」
なかなか鋭い指摘だなぁ、と。
厳密に説明しだすと、それだけで工業高校の専門科目、大学の講義レベルになっちゃう質問じゃないかな、これ。
自分も厳密には答えられる自信がありません。これは、専門としては機械・材料工学の領域です。

以上、参考まで。

f272 · Answer

(1)
マグマの温度はそんなに高くありません。1000度付近です。
ダイヤモンドが生成される場所は圧力も高くて、ちょうどダイヤモンドができる条件が揃っているのです。
ダイヤモンドは火事で燃えたら炭になる？低い温度なら表面が隅になるかもしれませんが、内部はそのままです。内部まで高温になればガス化します。
(2)
ダイヤモンドは物質の中で一番硬いというのは天然の物質の中での話です。人工の物質ではそれよりも硬い物質はあります。
(3)
硬いといっているのは引っかきに対してです。引っかいても傷ができないと言うことです。また押し付けてもへこみません。
しかし、衝撃に対してはそれほどでもありません。トンカチでたたけば粉々にすることも可能です。

mshr1962 · Answer

(1)『マグマは４０００℃～６０００℃あるはずなのに、なんで溶けないわけ？』
溶けてます。ただダイヤモンドの元となる炭素の成分が固まりの状態にあるわけです。
地下深くにある、その固まりが地表に移動するときの圧力でダイヤモンドになります。
あとは、再度溶ける前に溶岩が固まったものが採掘されまてます。

(2)『ダイヤモンドは物質の中で一番硬いって本に書いてあったはずなのに、テレビでカーボンナノチューブはダイヤモンドの２倍の硬さって言ってたよ。どういう事？？？』
天然に作られる鉱石の中で、発見されている一番硬いものはダイヤモンドです。
カーボンナノチューブは、確かにダイヤモンドより硬度はありますが、天然には作られません。

(3)『しかもね、「ダイヤモンドは硬いけど、とんかちで簡単に粉々にできます。」って言ってたんだ。粉々にできるなら硬くないじゃん。[硬い]って、どういう意味で大人はつかってるの？』
ダイヤモンドは硬いですけど、耐衝撃性が無いためにとんかちで簡単に粉々にできます。

硬さについてですが
モース硬度（摩擦やひっかき傷に対する強さ）＝１０（最大）
ヌープ硬度（圧力荷重に対する強さ）＝８０００kg/mm2

Saturn5 · Answer

ダイヤモンド・ジョズと赤犬のどちらが強いかということですね。

まずダイヤモンドの融点は非常に高く、溶けることはまずありませんが、
炭素の固まりですので酸素のある環境では簡単に燃えます。
現在の地球上の酸素は植物が光合成によって発生させたものであり、
植物ができる以前は酸素が無かったので燃えなかったのです。

(1)マグマの温度は１０００～１２００℃です。
この温度ではダイヤモンドは溶けません。
http://www3.ocn.ne.jp/~mizukiyo/ganseki/ganseki1.htm

(2)この話自体が聞いたことはありません。
結合の数、距離などを考えてもダイヤモンドが最強のはずです。

(3)トンカチで粉々にできるのは素人にできる訳ではありません。
通常はトンカチがへこみます。
ダイヤモンドを扱うプロが見れば層状に割れやすい方向を見定めることができるのです。
また、一般にいう「硬さ」とは割れにくさではありません。
こすったときに傷がつかないものを「固い」というのです。

化学 ダイアモンド マグマで溶けないの？ 小3息子

スポンジとガラスがあったとします。

順デタラメで申し訳ありません。

＞『マグマは４０００℃～６０００℃あるはずなのに、なんで溶けないわけ？』

(1)

(1)『マグマは４０００℃～６０００℃あるはずなのに、なんで溶けないわけ？』

ダイヤモンド・ジョズと赤犬のどちらが強いかということですね。

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