Diamant maken [profielwerkstuk]

[AngelinoRH]

Hey,

Ik ben nieuw op dit forum.

Ik ben Angelino, 17 jaar oud en ik zit momenteel in de laatste klas van het VWO.

Dit jaar moeten wij ons profielwerkstuk maken. Wij, mijn teamgenoot en ik, hebben besloten om diamant te maken.

Na even rondgekeken te hebben op het internet, voornamelijk google, heb ik een aantal verschillende methodes gevonden. 1 blonk vooral uit, omdat deze nog aardig simpel is in vergelijking met de rest. Het zou echt geweldig zijn als jullie me even konden helpen

Experiment:

Het experiment gaat als volgt: (Het is een filmpje van BCC, dus ik ben vooral aan het gissen. Ik zal jullie de bron geven, zodat jullie mij kunnen verbeteren of aanvullen.)

http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-14505109

1. Je neemt een acyteleen-brander (ethyl) en plaatst de vlam op een 'ijzeren' plaat. Aangezien dit plaatje natuurlijk een zeer hoog smeltpunt moet hebben is het geen ijzer, maar waarschijnlijk grafiet? of platina? (Misschien moet het juist grafiet zijn, omdat deze uit C-atomen bestaat en daardoor dus makkelijker diamant gemaakt kan worden :S?)

2. Je houdt de vlam gedurende 8 uur (of langer?) op het plaatje.

3. Na 8 uur krijg je als het goed is een paar diamante kristallen.

Vragen:

1. Op het filmpje is te zien dat onder het plaatje een soort van koelinstallatie is bevestigd. Of zou dit iets anders zijn?

2. Welk plaatje zou hij bevestigd hebben. Van welk materiaal is dit? (dus waar de diamant verschijnt).

3. Normaal gesproken is er enorme druk voor nodig om diamant te produceren, waarom lukt het nu alleen met een hele hoge temperatuur?

4. Zijn het de C-atomen van het plaatje dat verandert in diamant, of zou het vanuit de vlam komen.

5. Zou het inderdaad een acyteleen-brander zijn. Puur en alleen vermengt met de juiste hoeveelheid zuurstof, of zouden er nog andere 'stoffen' aan toegevoegd worden. En wat zou de juiste verhouding zijn tussen de zuurstof en het gas?

6. Kan iemand misschien uitleggen hoe dit proces precies verloopt, want ik blijf met aardig wat vraagtekens over zitten.

Heel erg bedankt alvast, voor diegene die me helpen kan. Ik weet dat ik heel veel vraag, excuses!

Angelino

edit: Weten jullie misschien nog een veel simpelere manier om diamant te maken?

[Marko]

Hey,

Ik ben nieuw op dit forum.

Ik ben Angelino, 17 jaar oud en ik zit momenteel in de laatste klas van het VWO.

Dit jaar moeten wij ons profielwerkstuk maken. Wij, mijn teamgenoot en ik, hebben besloten om diamant te maken.

Verkeerde beslissing...

Na even rondgekeken te hebben op het internet, voornamelijk google, heb ik een aantal verschillende methodes gevonden. 1 blonk vooral uit, omdat deze nog aardig simpel is in vergelijking met de rest. Het zou echt geweldig zijn als jullie me even konden helpen

"even helpen" is er echt niet bij. De website stelt niet voor niets "Please note: The experiment is extremely difficult to perform, requires expert guidance [...]"

Speciaal om mensen zoals jij niet van valse hoop te voorzien.

edit: Weten jullie misschien nog een veel simpelere manier om diamant te maken?

Er is geen simpele manier om diamant te maken. Jullie kunnen beter een ander onderwerp kiezen.

[AngelinoRH]

Haha, nou in ieder geval bedankt voor uw eerlijke antwoord.

Nu hoeft het natuurlijk niet per se goed te gaan voor een profielwerkstuk. Als ik maar goed genoeg kan uitleggen hoe het proces verloopt, en daarbij een experiment uitvoer (al dan wel of niet geslaagd) dan is dat waarschijnlijk goed genoeg voor het werkstuk.

Volgens u is het dus helemaal niet mogelijk?

Want ik kan wel begeleiding krijgen op school door leraren.

Denkt u dat het mogelijk is om andere edelstenen te produceren, omdat deze misschien minder druk etc vereisen?

En het hoeft ook helemaal niet simpel te zijn, begrijp mij niet verkeerd. Ik heb er aardig wat tijd voor om dit werkstuk af te ronden. En ik wist vooraf al dat diamant maken een bijna onmogelijk experiment zou worden, maar ik heb het juist om deze redenen gekozen. Ik kan natuurlijk veel meer (makkelijke) ideeën verzinnen voor een profielwerkstuk, maar ik ga liever voor iets wat me echt boeit. Maar als u zegt dat het dus echt 100% niet mogelijk is voor mij om dit te bewerkstelligen, dan ben ik bang dat ik dus echt iets anders moet gaan zoeken.

[Marko]

Haha, nou in ieder geval bedankt voor uw eerlijke antwoord.

Nu hoeft het natuurlijk niet per se goed te gaan voor een profielwerkstuk. Als ik maar goed genoeg kan uitleggen hoe het proces verloopt, en daarbij een experiment uitvoer (al dan wel of niet geslaagd) dan is dat waarschijnlijk goed genoeg voor het werkstuk.

Vast wel, maar een experiment uitvoeren waarvan je al bij voorbaat kan zeggen dat het niet gaat lukken, is zinloos.

Volgens u is het dus helemaal niet mogelijk?

Want ik kan wel begeleiding krijgen op school door leraren.

Jouw leraren zijn helaas geen experts... Het filmpje dat je gevonden hebt is gemaakt in directe samenwerking met iemand die bij wijze van spreken niks anders doet dan op die manier diamant maken.

Denkt u dat het mogelijk is om andere edelstenen te produceren, omdat deze misschien minder druk etc vereisen?

Nee. De productie van synthetische edelstenen is in alle gevallen een enorm specialistisch proces

En het hoeft ook helemaal niet simpel te zijn, begrijp mij niet verkeerd. Ik heb er aardig wat tijd voor om dit werkstuk af te ronden. En ik wist vooraf al dat diamant maken een bijna onmogelijk experiment zou worden, maar ik heb het juist om deze redenen gekozen.

Het is zeer te prijzen dat je er zo tegenaan kijkt; dat je niet iets simpels of voor de hand liggends kiest! Maar er is een groot verschil tussen "niet simpel" en "nagenoeg onmogelijk". Ik zou iets anders uitkiezen. Er zijn talloze zaken die behoorlijk uitdagend zijn op theoretisch en praktisch gebied, maar die met de juiste hulp (van docenten of hoger onderwijsinstellingen) wel uit te voeren zijn.

Misschien kunnen we je hier op het forum een helpende hand bieden bij het zoeken naar een ander onderwerp.

[Neutra]

Het experiment gaat als volgt: ...

1. Je neemt een acyteleen-brander (ethyl) en plaatst de vlam op een 'ijzeren' plaat. Aangezien dit plaatje natuurlijk een zeer hoog smeltpunt moet hebben is het geen ijzer, maar waarschijnlijk grafiet? of platina? (Misschien moet het juist grafiet zijn, omdat deze uit C-atomen bestaat en daardoor dus makkelijker diamant gemaakt kan worden :S?)

2. Je houdt de vlam gedurende 8 uur (of langer?) op het plaatje.

Ik verwacht als eindproduct CO2. Het grafiet, C, zal verbranden.

[Thionyl]

Diamanten maken met een ethyn-brander zie ik ook niet zitten, kan wel, maar de gevaren zijn al deels vermeld.

En allerlei experimenten met zeer hoge drukken, zoals General Electric probeerde, werkten nauwelijks.

Maar de Fa Gem, ofzoiets, heeft nu toch een vrij grote fabriek om synthetische (sier)diamanten te maken, tot een karaat of 4 dacht ik. Zal wel ergens op internet te vinden te zijn. Alleen zijn hun diamanten geel van kleur. En de apperatuur, speciale vormstukken en hydraulische drukken zijn ook niet aanwezig op een school, denk ik.

Dan heb je de laatste en meest veelbelovende uitvinding en die werkt onder lage druk. Een Waterstof/methaan mengsel, onder ik meen ca 0,5 Bar, wordt geleidt over een verhit plaatje met wat (diamant)zaadjes en daardoor groeien de kristallen en dat gaat nog redelijk snel ook. Plaatjes ter groote v/e CD zijn er al mee gemaakt en horloge onderdelen en wie weet wat. En de eigenschappen zijn verbluffend. Er is ooit een docu hierover geweest op Discovery, misschien? heb ik die video nog?.

De truc erachter is dat de waterstof de grafietvorming afremt en dus de diamantvorming stimuleert. Op het internet is er vrijveel over te vinden, als je synthetic diamonds intypt.

Maar of je met zo'n explosief mengsel mag werken, ondanks dat het allemaal begon in een garage?

Wat ik zelf ooit gedaan heb is korund maken en zelfs robijnachtige kristallen verkregen. Dat ging pyrotechnisch en zou, onder goede begeleiding!!, mogelijk moeten zijn. Kristallijn Boor kun je ook zo maken en waarschijlijk wel meer edelsteen- achtige dingen.

[Kalkoen]

De grote moeilijkheid is inderdaad om de combinatie te hebben van enorme drukken en toch wel vrij hoge temperaturen. Om een idee te geven: diamant wordt op 120 km onder de aardbodem gevormd, dus eigenlijk zou er berg stenen van 120 km hoog op uw diamantje moeten liggen. Je kan natuurlijk zeggen, druk is kracht per oppervlakte, maar dan nog: de kracht die per oppervlakte nodig is, dat gaat nog over zwaar industriële walsen, waar ze dan alle kracht van concentreren op een oppervlakte van een munststuk om alles tot een goed einde te brengen. Je moet sowieso altijd over een diamandzaadje beschikken (de diamant groeit verder aan, een beetje te vergelijken met hoe een stalagmiet in een grot groeit, door het stelselmatig toevoegen van water met kalk in, maar dan voor diamant), maar voor iet of wat diamant te hebben, moet je dan ook 10 dagen wachten.

De techniek om zelf diamanten in haalbare omstandigheden uit een gas te produceren, vereist eveneens specialistische methodes. Je moet hiervoor een plasma kunnen opwekken, en dat is iets dat je zonder hoge energiën en gespecialiseerd materiaal (en dan bedoel ik niet het schoolmateriaal uit jullie schoollabo) niet kan bekomen. Plasma is naast vast, vloeibaar en gas, een vierde aggregatietoestand waarbij in gassen zodanig hoge energiën worden gevoegd, dat de atomen geioniseerd geraken.

Maar, het is niet omdat diamant niet haalbaar is, dat andere technieken niet haalbaar zijn

Diamand is een buitenbeentje vanwege de hoge druk en temperatuur. De meeste andere edelstenen vereisten vooral het basismateriaal dat in een smelt wordt gebracht en langszaam wordt afgekoeld (bij snelle afkoeling ontstaat een glas)

Denk hierbij aan kwarts: kwarts is chemisch exact hetzelfde als glas dat wij allemaal kennen. Glas wordt gemaakt door heel zuiver wit zand (Siliciumoxide) op te warmen tot een smelt, en dit te gieten. Nu, als je die smelt zwaar onder controle kunt houden, en stilaan kunt laten afkoelen (enkele dagen kan soms al volstaan), kan je misschien al eens een uitgekristaliseerd stukje kwarts krijgen. Kwarts is een halfedelsteen, dus dan ben je al in de buurt.

En als je voor echte edelstenen wil gaan, bijvoorbeeld robijn (mineraal: korund Al2O3). De chemische formule zegt het zelf: smelt een stukje aluminium (hiervoor heb je wel een las-apararaat nodig om tot een duizendtal graden op te warmen tot smelt), voeg daaraan waterstof toe, en laat het mengsel heel traag afkoelen. Ik verwacht dat je techniek nog niet op punt staat om effectief robijn te maken en dat je eerder een aluminium-glas zal verkrijgen, maar het kan het proberen waard zijn. De meest eenvoudige techniek is de verneuille techniek. Google daar maar wat op. Succes!

Let wel : steek geen waterstof ongecontroleerd in de vlam, of je hebt grote problemen!

[Thionyl]

@Kalkoen: Alu smelten is vragen om ellende. Dat is zo sterk temp. /zuurstof enz. gevoelig dat je vrijwel zeker brand krijgt en dan ook nog een waterstof atmosfeer. Dag school.

Wat simpel kan en vaak gebruikt wordt is smelten van een oxide via een vonkenboog. Ook dat heb ik ooit eens gedaan met koolstofelektrodes en een hoop stroom (zeer zwaar lasapp.) Maar of je zoiets op school hebt en kan maken?

Maar een werkstuk maken over de theorie van diamantvorming op industriele schaal en de mogelijkheden ervan, moet toch ook kunnen. Tenslotte is kernfusie zonder een diamantvenster, waarschijnlijk, niet eens mogelijk. Om maar een voorbeeld te noemen.

En een uitbreiding richting grafeen kan dan ook nog. Kortom een interessant studie-gebied.

PS de eerste vorming via CVD ging niet via plasma!

[Marko]

Maar, het is niet omdat diamant niet haalbaar is, dat andere technieken niet haalbaar zijn

Dat is waar.

Denk hierbij aan kwarts: kwarts is chemisch exact hetzelfde als glas dat wij allemaal kennen. Glas wordt gemaakt door heel zuiver wit zand (Siliciumoxide) op te warmen tot een smelt, en dit te gieten. Nu, als je die smelt zwaar onder controle kunt houden, en stilaan kunt laten afkoelen (enkele dagen kan soms al volstaan), kan je misschien al eens een uitgekristaliseerd stukje kwarts krijgen. Kwarts is een halfedelsteen, dus dan ben je al in de buurt.

Heb je dit ooit zo zelf gedaan? "Zwaar onder controle houden" is er met doorsnee apparatuur niet bij. Grote kans dat er "gewoon" glas ontstaat. Overigens is het glas dat wij kennen geen 100% maar slehts zo'n 75% siliciumdioxide en dus chemisch gezien zeker niet exact hetzelfde als kwarts.

En als je voor echte edelstenen wil gaan, bijvoorbeeld robijn (mineraal: korund Al2O3). De chemische formule zegt het zelf: smelt een stukje aluminium (hiervoor heb je wel een las-apararaat nodig om tot een duizendtal graden op te warmen tot smelt), voeg daaraan waterstof toe, en laat het mengsel heel traag afkoelen.

Ik weet niet of het een typfout is, maar door waterstof toevoegen zal geen oxide ontstaan.

Ik verwacht dat je techniek nog niet op punt staat om effectief robijn te maken en dat je eerder een aluminium-glas zal verkrijgen, maar het kan het proberen waard zijn. De meest eenvoudige techniek is de verneuille techniek. Google daar maar wat op. Succes!

Dan moet ie wel Googlen op "Verneuil"

Maar goed, dit ziet er op zich wat doenbaarder uit (weer wat geleerd!), hoewel het zelf bouwen an een dergelijke reactor geen optie lijkt. Maar goed, met een beetje speurwerk kan wellicht iemand gevonden worden.

Maar een werkstuk maken over de theorie van diamantvorming op industriele schaal en de mogelijkheden ervan, moet toch ook kunnen. Tenslotte is kernfusie zonder een diamantvenster, waarschijnlijk, niet eens mogelijk. Om maar een voorbeeld te noemen.

Maar de bedoeling van een profielwerkstuk is dat er ook praktisch werk gedaan wordt, dat natuurlijk betrekking moet hebben op de besproken theorie.

En een uitbreiding richting grafeen kan dan ook nog. Kortom een interessant studie-gebied.

Grafeen is geen diamant. Een dun velletje grafiet waar fysici lyrisch over worden, meer niet.

En ook hier zijn niet bijster veel practica mee te doen.

[AngelinoRH]

Heel Erg bedankt voor al jullie reacties, maar ik heb besloten om het toch op de manier van het filmpje te doen. Na wat research moet t toch echt mogelijk zijn om doormiddel van een acetyleen brander + diamantstof + grafieken plaat diamant te maken. Ik zal jullie op de hoogte houden, en als het toch niet lukt, dan moet ik alsnog maar een andere methode of experiment doen.

[Marko]

Dan moet je het zelf maar weten. Ik hoop dat je snel tot inkeer komt.

[AngelinoRH]

Haha nou ik hoop vooral dat ik u het tegendeel kan bewijzen!

[317070]

Haha nou ik hoop vooral dat ik u het tegendeel kan bewijzen!

Bereken dan eerst eens hoeveel het kost om een gasbrander zo lang aan te laten staan. Het gas is niet bepaald goedkoop... en de apparatuur helemaal niet. Het zijn trouwens geen dingen dat je zelf kunt in elkaar steken.

Ik denk dat je ver boven het budget van je school gaat uitkomen, voor iets dat gebaseerd is op een video dat 10 tegen 1 gewoon vervalst is. Een TV-programma is niet bepaald een betrouwbare bron.

[Thionyl]

@Marko, natuurlijk is grafeen geen diamant. Was bedoeld om een andere vorm van koolstof aan te geven, zoals er nog wel meer zijn.

Angelino, wat me wel stoorde in het filmpje, waar of niet waar, was het kijken in die vlam, zonder bril. Heel effe deed ie het juist, maar meestal niet. Lasogen zijn zeer pijnlijk, nog afgezien van spettertjes die er ook kunnen zijn.

Meen ergens gelezen te hebben, dat bij het lassen van gietijzer (met ca 5% koolstof) ook kleine diamantjes ontstaan.

Misschien is dat plaatje wel van gietijzer ipv grafiet.

[gast026]

Bereken dan eerst eens hoeveel het kost om een gasbrander zo lang aan te laten staan. Het gas is niet bepaald goedkoop... en de apparatuur helemaal niet. Het zijn trouwens geen dingen dat je zelf kunt in elkaar steken.

Ik denk dat je ver boven het budget van je school gaat uitkomen, voor iets dat gebaseerd is op een video dat 10 tegen 1 gewoon vervalst is. Een TV-programma is niet bepaald een betrouwbare bron.

het kan wel degelijk, en ook inderdaad op die manier. Maar zelf heel eenvoudig in elkaar zetten op school wordt lastig. Daarvoor moeten toch wat veiligheidsmaatregelen genomen worden die een docent niet zo snel voor elkaar krijgt. Neem gewoon eens contact op met een universiteit, daar worden wel vaker van dit soort dingen gedaan.