Det är diamantsäsong. Nästan 40 procent av amerikanska engagemang sker mellan Thanksgiving och Alla hjärtans dag, med jul den populäraste dagen att ställa frågan – och lämna över en glittrande isbit. Smyckesbutiker gör minst dubbla sin vanliga månadsförsäljning i december.

Åtminstone sedan slutet av 1800-talet, med upptäckten av enorma diamantgruvor i Sydafrika, människor har värdesatt dessa bländande pärlor. Diamanternas skönhet och prakt går långt bortom ytan. Som en diamantjägare som gräver i en underjordisk gruva, man måste titta djupare på deras atomära egenskaper för att förstå vad som skiljer dessa stenar åt – och vad som gör dem värdefulla inte bara för romantiker utan också för vetenskapsmän.

På atomnivå

När den bryts från jorden, diamanter ser ut som grumliga stenar innan de skärs och poleras. Deras kemiska natur och struktur var okända i århundraden. Det var Isaac Newtons experiment på 1600-talet som först föreslog att diamanter består av det fjärde mest förekommande elementet, kol.

Folk tvivlade på Newtons upptäckt, vilket är förståeligt med tanke på hur olika diamanter ser ut från andra vanliga former av kol, som grafiten i pennor eller askan som blir över i en vedeldad spis. Men 1797 Den engelske vetenskapsmannen Smithson Tennant bekräftade sammansättningen av diamanter.

Det visar sig att kol tar två vanliga former som har kristallina strukturer på atomnivå. Grafit är en återkommande tvådimensionell, bikakeliknande form, med lager som staplas ovanpå varandra. Alternativt kol kan bilda en återkommande tredimensionell form, en tetraeder – och det är din diamant.

Var kommer de ifrån?

Det finns två källor till den dyrbara ädelstenen:naturlig gruvdrift eller syntes inom ett laboratorium.

Naturliga diamanter bildas under intensivt tryck och värme i jordskorpan under miljontals år. Naturliga fyndigheter har hittats över hela världen, från norra Kanada till västra Australien, även under vattnet i Namibia.

Gruvor var den enda källan till ädelstenen fram till 1955, när General Electric producerade den första syntetiska diamanten med det som kallas högtrycket, högtemperaturprocess. Denna process fungerar genom att applicera hundratusentals pund tryck på grafit vid 2, 700 grader Fahrenheit för att tvinga kolet in i den korrekta kristallina strukturen. Det är ungefär som en konstgjord version av de extrema förhållanden som producerar diamanter djupt inne i jorden.

På 1970-talet laboratorier började använda den kemiska ångavsättningsmetoden för att odla diamanter vid lägre tryck. Just då, HPHT-tekniken kunde inte producera en sten av ädelsten. Denna förbättrade metod omvandlar en kolvätegasblandning genom att bryta ner den till dess komponenter, kol- och vätemolekyler, med en intensiv uppvärmd filament eller plasma och avsätter den på ett substrat, slutligen bildar en solid diamant. Ursprungligen, denna process hade en mycket långsam tillväxthastighet, men den är nu optimerad för att odla kvalitetsdiamanter inom några dagar.

Tillsammans är dessa tekniker till stor del ansvariga för mänskligt tillverkade diamanter – uppemot 4 miljarder karat över hela världen årligen.

Det finns en vanlig missuppfattning att en naturlig diamant måste vara annorlunda än en syntetisk diamant. Tvärtom, de är kemiskt identiska och delar samma fysikaliska egenskaper. Inte ens de mest sofistikerade teknikerna kan upptäcka skillnaden mellan en felfri minerad diamant och en felfri mänskliggjord diamant – båda är "riktiga" diamanter. Dock, verkligt felfria diamanter av båda typerna är extremt få.

Att bedöma en diamant

Oavsett dess ursprung, en diamant kan bedömas genom de "fyra Cs" för slipning, Färg, klarhet och karatvikt. Specialiserade laboratorier graderar varje kategori, som skapats av Gemological Institute of America.

Slipningen av en diamant definieras på två sätt. Det är "den allmänna formen på den skurna stenen, " med former inklusive runda briljanta (vanligast), oval, smaragd, päron, prinsessa, triljant, triangel, hjärta och strålande. Och det finns "graden av perfektion som uppnås genom skär- och poleringsprocessen" enligt en skala som sträcker sig från utmärkt till dålig. Typen och kvaliteten på snittet bestämmer i slutändan hur ljuset reflekteras i stenen, bidrar till dess "briljans".

Färgen på en diamant graderas på en skala från "D, "är helt färglös, till "Z" som har mest färg. Ursprungligen, färgen på stenen var en enorm antydan om hur den bildades eftersom fram till 2007 cirka 90 procent av högtrycket, syntetiska högtemperaturstenar var gulorange eller gula. Nästan inga stenar från den processen var färglösa, så en färglös sten var nästan säkert naturlig. Men HPHT-odlingsprocessen har förbättrats avsevärt och från och med 2016, 43 procent av syntetiska diamanter var färglösa.

Diamantklarhet indikerar närvaron av inneslutningar, eller små brister, i stenen. Inneslutningar gör varje diamant unik och ger starka ledtrådar om huruvida en diamant är naturlig eller syntetisk. HPHT-processen använder metallfluss, eller en het metallvätska, som fungerar som ett lösningsmedel för att lösa upp kolkällan, grafit, att ordnas om och odlas till en diamant. Diamanter som odlas på detta sätt kan ha inneslutningar av metaller. De resulterande stenarna kan vara magnetiska - om en diamant reagerar med en magnet, det är säkert syntetiskt. Dessutom, de flesta syntetiska diamanter får höga klarhetsgrader, medan naturliga diamanter innehåller större inneslutningar.

Många konsumenter fokuserar på karatvikt – dvs. diamantstorlek. Stenen vägs på en våg där en karat är 200 milligram (0,007 ounces). Diamanter större än fyra karat är nästan garanterat naturliga eftersom det är gränsen för storleken på diamanterna som syntetiska processer kan växa.

Även om diamanternas "fyra Cs" i slutändan definierar detaljhandelsvärdet, sentimentalt värde kan vara ännu större. Köpare måste bestämma om en naturlig eller syntetisk sten passar dem, baserat på faktorer som kan inkludera de ekologiska och etiska konsekvenserna av diamantbrytning samt den lägre prislappen för syntetiska stenar.

Diamanter hittade bortom ditt ringfinger

Även om diamanter är välkända för sin plats i smyckesindustrin, de spelar andra värdefulla roller, för.

Deras fysiska egenskaper, speciellt hårdhet, är idealiska för abrasiva applikationer. Små diamanter kan hittas som belägger skärhjul, borr och slipskivor, som används för att skära betong eller murverk.

Diamanter har också vissa optiska egenskaper som gör dem lämpliga för olika spektroskopitekniker, eller mätningar som involverar det elektromagnetiska spektrumet. Vetenskapliga forskare använder dessa tester för att identifiera sammansättningen av material som de undersöker.

En tidigare vanlig plats för diamanter var på skivspelare, där nålen som vidrör skivan än i dag kan vara en mycket liten diamantskiva.

Oavsett om man uppskattar pärlans estetiska eller vetenskapliga egenskaper mer, diamanter kan blända.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.