ทั้งที่จริงแล้ว ในทางเคมีเพชรประกอบขึ้นจากธาตุคาร์บอน เช่นเดียวกับกราไฟต์ที่ใช้ทำไส้ดินสอ และถ่านไม้ที่เราใช้ก่อไฟ
สิ่งที่ทำให้เพชรมีประกายงดงาม มีความแข็ง และมีมูลค่าสูงกว่ากราไฟต์และถ่านอย่างเทียบไม่ได้คือ การจัดเรียงตัวของอะตอมคาร์บอนในเนื้อสาร
จากซ้ายไปขวา ถ่าน กราไฟต์ และเพชร
ในถ่านไม้ที่ใช้จุดไฟ (charcoal) คาร์บอนจะเกาะกันอย่างสะเปะสะปะ ไม่เป็นระเบียบ
ในกราไฟต์ (graphite) อะตอมคาร์บอนจะเรียงตัวกันเป็นรูป 6 เหลี่ยมต่อเนื่องกัน คล้ายรังผึ้ง เมื่อหลายๆ แผ่นมาเรียงซ้อนกัน และเชื่อมด้วยพันธะหลวมๆ จะได้เป็นโครงสร้างคาร์บอนที่มีพื้นผิวเรียบเป็นมัน เปราะ เราจึงนำมาใช้ทำไส้ดินสอ
เมื่อขีดกราไฟต์ไปบนกระดาษ ชั้นของกราไฟต์จะหลุดออกมา กลายเป็นลายเส้นที่เราขีดเขียนบนกระดาษ
ส่วนในเพชร (diamond) อะตอมของคาร์บอนจะยึดเกาะกันอย่างแน่นหนา เรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบ เป็นผลึก 8 เหลี่ยม หรือ 12 เหลี่ยม ทำให้เพชรมีความแข็ง โปร่งแสง และมีประกายแวววาว
เพชรในธรรมชาตินั้นเกิดจากก้อนคาร์บอน (หรือถ่าน) ถูกบีบอัดที่ใต้เปลือกโลก ได้รับแรงดันและความร้อนมหาศาลเป็นเวลานาน อะตอมของคาร์บอนจึงถูกบีบให้เรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบ หรือได้รับแรงกระแทกจากอุกกาบาต นอกจากนี้ยังพบว่ามีเพชรที่น่าจะมาจากนอกโลกด้วย
เมื่อเพชรไม่ได้เกิดขึ้นง่ายๆ และมีคนจำนวนมากต้องการครอบครอง ย่อมทำให้ราคาสูง และเมื่อเพชรถูกนำไปผูกโยงกับเรื่องความรัก กลายเป็นสัญลักณ์ของรักอมตะ ยิ่งทำให้มูลค่าของเพชรเพิ่มขึ้นหลายเท่า
แต่เมื่อไม่นานมานี้ นักวิทยาศาสตร์พบว่าเพชรอาจไม่ได้เกิดยากอย่างที่คิด เพราะในเปลวเทียนที่เราจุดกันอยู่เป็นประจำนั้น มีเพชรเกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลาจริงๆ แล้วนักวิทยาศาสตร์ศึกษาเปลวไฟมานานกว่า 400 ปี แต่ยังไม่มีใครเข้าใจอย่างถ่องแท้เลยว่าการเผาไหม้แต่ละครั้ง ในเปลวไฟมีอะไรเกิดขึ้นบ้าง
ทั้งนี้เพราะกระบวนการเผาไหม้ เป็นกระบวนการที่ซับซ้อนต่อเนื่อง มีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว แม้จะพอทราบปฏิกิริยาเคมี หรือคำนวณความร้อนจากการสันดาปได้ แต่ก็ยังไม่อาจพูดได้เต็มปากว่าเข้าใจมันจริงๆ
นักเคมีจากมหาวิทยาลัยเซนต์แอนดรูว์ เป็นอีกกลุ่มหนึ่งที่เข้ามาเล่นกับไฟ และได้พัฒนาวิธีการจนสามารถวิเคราะห์องค์ประกอบเปลวเทียนที่กำลังเผาไหม้อยู่ได้สำเร็จ
วิธีการทีว่า คือ ใช้แผ่นฟิล์ม Anodic Aluminum Oxide (AAO) ในการดักจับเขม่าจากเปลวเทียน และนำเขม่าไปวิเคราะห์
ฟิล์ม AAO หนาประมาณ 10 ไมโครเมตร มีลักษณะเป็นรูพรุน ในการผลิตฟิล์มสามารถกำหนดขนาดของรูได้ตามต้องการ เมื่อแหย่ฟิล์ม AAO เข้าไปในเปลวเทียนตามแนวนอน อนุภาคของเขม่าที่มีขนาดเล็กกว่ารู จะผ่านเข้าไปในแผ่นฟิล์ม ส่วนเขม่าที่มีขนาดใหญ่จะติดอยู่ด้านนอก ทำให้สามารถกรองเอาอนุภาคเขม่าขนาดที่ต้องการไปวิเคราะห์ได้
แผ่นฟิล์มหลายแผ่นจะถูกแหย่เปลียวเทียนตำแหน่งต่างๆ ตั้งแต่ฐานจนถึงยอดของเปลียวเทียบ เพื่อกักอนุภาคเขม่าที่ตำแหน่งต่างๆ จากนั้นจึงนำเขม่าไปส่องดูด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนความละเอียดสูง (HRTEM)
การจุดเทียนก็คือการเผาคาร์บอน ดังนั้นผลจากการวิเคราะห์เขม่าจึงพบคาร์บอนมากมาย (พื้นที่ส่วนใหญ่ในภาพ a) ส่วนใหญ่เป็นคาร์บอนอสัณฐาน (amorphous carbon) คือ อะตอมเรียงกันไม่เป็นระเบียบ
เม็ดกลมๆ ในภาพ a คืออนุภาคนาโนของกราไฟต์ มีขนาดประมาณ 30-50 นาโนเมตร จากการทดลองพบว่าอนุภาคของกราไฟต์ที่ได้จากใจกลางของเปลวเทียนมีขนาดใหญ่กว่า อนุภาคที่ได้จากขอบเปลวเทียน
เมื่อขยายอนุภาคนาโนกราไฟต์ขึ้นอีกจะได้เป็นภาพ b จุดเข้มที่ลูกศรชี้ คือ อนุภาคคาร์บอนที่มีความหนาแน่นสูง
และเมื่อขยายภาพขึ้นอีกจนเห็นเฉพาะจุดเข้ม (ภาพ c) จนสามารถวัดระนาบของอะตอม (atomic planes) และวัดมุมได้ พบว่า อะตอมคาร์บอนมีมุมที่สอดคล้องกับการเรียงตัวในผลึกของเพชร! ซึ่งแสดงให้เห็นว่าจุดสีเข้มที่กระจายอยู่ทั่วไปในเขม่าคืออนุภาคของเพชรนั่นเอง
นอกจากนี้ยังพบฟูลเลอรีน (Fullerene, C60 อ่านเพิ่มเติม) ในเขม่าของเปลวเทียนด้วย (ภาพ d)
ผู้วิจัยเชื่อว่าเพชรในเขม่าเกิดจากการกระบวนการ chemical vapor deposition (CVD) หรือการที่ไอของคาร์บอนระเหิดกลับมาก่อตัวกันเป็นผลึก ซึ่งก่อนหน้านี้มีผู้ที่สามารถสังเคราะห์อนุภาคของเพชรจากกระบวนการที่ว่านี้ได้แล้ว แต่งานวิจัยนี้เป็นครั้งแรกที่แสดงให้เห็นว่ากระบวนการ CVD น่าจะทำให้เกิดเพชรขึ้นจริงในธรรมชาติ
มนุษย์รู้จักใช้ไฟมาหลายพันปี แต่เรามีความรู้ความเข้าใจเกี่ยวกับเปลวไฟไม่มากนัก งานวิจัยนี้เพิ่งทำให้ทราบว่าทุกครั้งที่จุดไฟมีคาร์บอนในรูปแบบต่างๆ เกิดขึ้นหลายชนิดรวมถึงเพชรด้วย
จากการประเมินคร่าวๆ พบว่าทุกครั้งที่จุดเทียนมีเพชรเกิดขึ้นถึง 1.5 ล้าน อนุภาคเลยทีเดียว แต่ยังมีปริมาณน้อยเกินกว่าจะนำมาทำแหวน และอนุภาคเพชรเหล่านั้นโดนเผาไหม้ไปจนหมด
แต่ไม่แน่ว่าหากเราศึกษากระบวนการเกิดเพชรในเปลวเทียนให้ดีอาจทำให้เราสังเคราะห์เพชรได้ง่ายๆ และทำให้เพชรมีราคาถูกลงก็เป็นได้
ถึงตอนนั้นเพชรจะยังได้รับความนิยมเหมือนเดิมไหมหนอ?
อ้างอิง + เพิ่มเติม
New insight into the soot nanoparticles in a candle flame
Zixue Su, Wuzong Zhou and Yang Zhang Chem. Commun., 2011, 47, 4700–4702
http://www.vcharkarn.com/varticle/16395
http://www.vcharkarn.com/varticle/17878
http://dthrotarydrilling.com/News/9-October-2010/diamonds_form.html
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น