Propriétés physico-chimiques du diamant


Les propriétés du diamant sont les principales effectrices de sa rareté. En effet, cette pierre précieuse possède des propriétés physico-chimiques qui sont peu communes dans la nature.
Il existe différentes variétés de diamant aux couleurs jaune, bleu, vert, rose, noir et fumé allant du clair au


Caractéristiques du diamant
Numéro Atomique 6
Densité 3.52
Cortège électronique 1s², 2s², 2p²
Isotopes stables 12 (98.9%) et 13 (1.1%)
Isotopes radioactifs 11, 15, 16
Rayon atomique 0.08nm
Température de fusion 3500°C
Température d’ébullition 4800°C
Masse atomique 12.011
Le diamant possède diverses propriétés physico-chimiques. Nous allons étudier ses propriétés physiques, mécaniques, chimiques, optiques, thermiques, électriques et de surface.

1 ) Propriétés Physiques



Il existe différentes variétés de diamant, de l’incolore aux couleurs, jaune, bleu, vert, rose, noir et fumé allant du clair au sombre. Le diamant, comme le graphite, est du carbone pur, et en est une forme cristallisée. Il existe plusieurs variétés de diamants mais tous cristallisent dans la forme isométrique. Ses formes cristallines dérivent du cube : octaèdre, dodécaèdre, rhombododécaèdre (12 faces)...

strcuture cristalline diamant

Structures cristallines du diamant



Chaque atome de carbone est associé de façon tétraédrique à ses quatre voisins les plus proches (hybridation sp3 du carbone), et complète ainsi sa couche extérieure. On appelle cela un cristal de coordinence 4.

coordinence 4

Structure atomique du diamant



La structure cubique du diamant comporte un atome central entouré de quatre autres atomes, sommets d'un tétraèdre.
Les liaisons covalentes du carbone sont très courtes, de l’ordre de 1,54 nm et couvrent tout le cristal. De plus dans l'édifice cristallin du diamant, les liaisons entre atomes de carbones résultent de la mise en commun des électrons de la couche périphérique afin de former des couches saturées.

2 ) Propriétés mécaniques



Sa densité



La densité d’un élément a la même valeur que sa masse volumique, celle-ci résultant de la division de la masse de cet élément par son volume. Le poids spécifique des gemmes sont mesurables sur une échelle de 1 à 7.Ainsi, certaines gemmes sont considérées comme légères ou lourdes.
La densité moyenne du diamant est de 3,52. Une variation de cet indice peut être rencontrée selon une présence ou non de corps étrangers. De ce fait, la densité de certains diamants peut varier, en adoptant comme une densité de valeur 3,60.

Sa dureté



La dureté d’un élément se définit par sa résistance aux rayures. Elle se mesure à l’aide de l’échelle de Mohs, graduée de 1 à 10. Les pierres de 1et 2 sont tendres, celles entre 3 et 6 sont d’une dureté moyenne et celles au dessus de 6 sont dures.
Par sa dureté de 10, le diamant est classé comme la pierre la plus dure et on peut noter que, compte tenu de cette extraordinaire caractéristique, le diamant ne peut être taillé que par lui-même. Cette dureté exceptionnelle est due aux fortes liaisons covalentes, difficiles à casser et qui couvrent tout le cristal.

Sa fragilité



La résistance aux chocs mécaniques est inversement proportionnelle à la dureté ce qui laisse supposer que le diamant est une pierre des plus fragiles d’autant plus que les traitements thermiques qu’elle subit pour améliorer sa couleur le fragilisent encore. Toutefois, il faut noter que, grâce à son importante élasticité, le diamant peut rebondir et ne pourra se briser qu’après plusieurs chocs répétés.

3 ) Propriétés chimiques



Sa résistance aux produits chimiques



Une gemme doit résister un minimum aux produits chimiques usuels. Certaines pierres sont connues pour être sensibles aux acides gras contenus dans les crèmes de beauté et les parfums. Quelques acides plus forts arrivent même à corroder le lapis-lazuli.
Le diamant ne connait pas ce type d’inconvénients et résiste aux produits chimiques usuels.
Il est inattaquable aux acides et aux alcalis, sauf au nitrate de potassium ou à la soude fondue qui arrivent à le dissoudre.

Sa résistance au feu



Le diamant peut brûler s'il est chauffé à rouge avec un chalumeau, et deviendra d’un blanc laiteux. Il suffira de le repolir pour lui redonner tout son éclat.
Un diamant chauffé à 1 400 degrés pendant 2 heures, brûle entouré d'une flamme très vive. Si l'on rajoute de l'oxygène et qu'on le place en vase clos, il brûlera vers 800-850 degrés.

4 ) Les propriétés optiques



Sa réfraction



Son indice de réfraction est particulièrement élevé, et varie en fonction de la longueur d'onde : ce sont ces propriétés qui lui donnent son éclat caractéristique, « adamantin ».

Cet indice est de :

  •           2,407 pour la lumière rouge (687 nm)


  •            2,417 pour la lumière jaune (589 nm)


  •           2,426 pour la lumière verte (527 nm)


  •           2,451 pour la lumière violette (431 nm)


Cela qui provoque une dispersion colorée, c'est-à-dire des « feux » scintillants dans les pierres taillées à facettes. (voir ci-dessous)

Sa dispersion



Lorsqu'un rayon de lumière blanche pénètre dans une pierre gemme monoréfringente, il sera décomposé en couleurs spectrales et donnera un éventail de couleurs allant du rouge au violet, c'est ce qu'on appelle le phénomène de dispersion.
Le coefficient de dispersion d'une pierre gemme transparente est donné par la différence entre l'indice de réfraction (IR) de la couleur violette et l'indice de réfraction (IR) de la couleur rouge.
La dispersion du diamant est très forte et son coefficient est de 0,044.

Son pouvoir réflecteur



Le pouvoir réflecteur du diamant est très fort et dépend de l'indice de réfraction. Il varie aussi en fonction de l'angle incident formé par le rayon lumineux par rapport à la normale à la surface du diamant. Plus le rayon s'en approche et plus le pourcentage du pouvoir réflecteur augmente.

Sa biréfringence



Bien qu’appartenant au système cubique le diamant a presque toujours une biréfringence. Elle s’explique par la présence de tensions internes, très fréquentes dans cette gemme.

Sa fluorescence



Si l'on expose un diamant à la lumière ultra-violette, on pourra parfois constater que le diamant émettra une lumière visible, de couleur variable : bleue, blanche, violette ou parfois jaune, verte, ou bien orange.

Sa transparence aux rayons X



Le diamant offre une transparence remarquable aux rayons X ce qui permet de le différencier de ses imitations.

5 ) Propriétés thermiques



Grâce aux vibrations cohérentes des atomes de la structure, le diamant est un excellent conducteur thermique. Il paraît froid au toucher mais en réalité, il capte la chaleur du doigt qui lui est transmise très rapidement. Ceci est d’ailleurs un moyen d’éliminer les contrefaçons.

Le diamant ne résiste pas à une chaleur excédant une centaine de degrés.
Le coefficient de dilatation du diamant, lié aux propriétés des vibrations de la structure de ce matériau, est très faible. Pour le diamant pur, l'accroissement relatif de longueur par degré est d'environ un millionième à température ambiante.

6 ) Propriétés électriques



Le diamant est un très bon isolant électrique du fait de la mobilisation de ses électrons par les liaisons covalentes.
La conductivité électrique est basse, car les électrons ne se regroupent pas comme dans un métal : ils restent liés aux atomes et ne peuvent pas sous l'action d'un champ électrique extérieur, former un nuage électronique qui transporterait le courant de façon continue.

7 ) Propriétés de surface



L'eau glisse sur sa surface. Un diamant ne sera pas mouillé même s'il a été parfaitement nettoyé au préalable. On utilise d'ailleurs cette particularité avec les tables à graisse pour le tri du diamant brut.

Bilan