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ご遺骨からなぜダイヤモンドがつくれるのか(2) いろいろなパターンがある炭素の結晶構造

2024年8月26日

「ライフジェム」は故人のご遺骨からつくるメモリアルダイヤモンドの世界的なブランドです。ご遺骨からなぜダイヤモンドがつくれるのか、その仕組みやポイントを改めて詳しくご紹介します。

 

 

 

前回は、ダイヤモンドは炭素のみからできた結晶であり、ご遺骨から炭素を取り出し、それを結晶化させることでダイヤモンドをつくることができると述べました。

ただ、炭素の結晶構造にはいろいろなパターンがあり、炭素が結晶化すれば必ずダイヤモンドになるわけではありません。

今回は、ダイヤモンドがどのような炭素結晶なのか、また炭素の結晶構造にはどんなパターンがあるのかについて見ていきましょう。

 

炭素の結晶とは、炭素の原子が結合したもの。

比喩的にいうと、炭素原子には他の原子と結合できる手が4本ある。4本というのは数多くの元素のなかでもっとも多く、炭素がほかの元素と結びついて作る化合物の種類は5000以上にのぼるといわれる。

 

ダイヤモンドの場合、炭素原子が持つ4本の手がすべて他の炭素原子と結合し、3次元的な結晶構造になっている。そのため、どの方向から力がかかってもなかなか離れない。その結果、ダイヤモンドは地球上で最も硬い物質となっている。

 

一方、鉛筆の芯などに使われる黒鉛(グラファイト)はダイヤモンドと同じく炭素原子のみでできた結晶。しかし、黒鉛はとても柔らかい。

この違いは炭素原子の結びつき方にある。ダイヤモンドは4つの手を全て使って3次元の結晶構造をしているのに対して、黒鉛(グラファイト)は4つの手のうち3つを使った平面的な層状の結晶構造。水平方向には強い結びつきだが、垂直方向の結びつきが弱いのですぐ剥がれてしまい、ばらばらになる。

 

 

図表 グラファイトとダイヤモンドの結晶構造

https://science-stock.com/graphite-diamond/

 

炭素原子のみからできている結晶にはこのほかにもいろいろな構造があり、例えば下の図は球状の「フラーレン」と呼ばれるもの。1985年に初めて発見され、発見した3人の研究者は後にノーベル化学賞を受賞しています。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%95%E3%83%A9%E3%83%BC%E3%83%AC%E3%83%B3#/media/%E3%83%95%E3%82%A1%E3%82%A4%E3%83%AB:Fullerene-C60.png

 

 

また、下の図は「カーボンナノチューブ」と呼ばれるもので、単層のグラファイト(グラフェン)が円筒状に巻かれた構造になっており、同じ重量の鋼鉄と比較すると、80倍の強度と60度近い屈曲にも耐える弾力性を持っています。

https://www.ashizawa.com/nanoparticles/introduction/carbon

 

 

炭素のみからできたダイヤモンドは、その結晶構造においても極めてユニークな存在であることが分かります。

 

 

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