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化学：ダイヤモンドはなぜマグマで溶けないの？小３息子の質問
- 小３の息子が「ダイヤモンドはなぜマグマで溶けないの？」と質問しました。ダイヤモンドは高温高圧の環境で形成され、火山噴火によって地表に現れます。しかし、マグマの温度は4000℃から6000℃であり、ダイヤモンドの融点は3550℃です。そのため、マグマ中ではダイヤモンドは溶けずに存在します。
- また、息子は「ダイヤモンドは物質の中で一番硬いはずなのに、なぜカーボンナノチューブはダイヤモンドの２倍の硬さを持つのか？」とも疑問に思っています。カーボンナノチューブは炭素の結晶構造であり、ダイヤモンドも炭素の結晶構造を持っています。しかし、カーボンナノチューブはダイヤモンドよりも鉱石が多く含まれており、そのため硬さが２倍になっています。
- さらに、息子は「ダイヤモンドは硬いのになぜ粉々にできるの？」とも訝しがっています。ダイヤモンドは非常に硬いですが、大きな力が加わると割れる可能性があります。そのため、とんかちなどの道具を使って力を加えるとダイヤモンドが粉々になります。ただし、通常の使用ではダイヤモンドは簡単に粉々にはなりません。
- tigerdragon
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- 化学
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スポンジとガラスがあったとします。 指で押すとスポンジはへこみますが、ガラスはへこみません。 ハンマーでたたいてみると、ガラスは粉々に割れてしまいました。 ガラスは粉々になってしまいましたが、普通はガラスの方が硬いっていいますね。 一般的には、力を加えて変形しない方が硬いといいます。 粉々に割れるかどうかは、靱性という性質で硬さとは別の性質です。 ページの下の方にビッカース硬さで金属とダイヤモンドの比較があります。 ダイヤモンドの方が金属よりかなり硬いことがわかります。 それでもハンマーで割れてしまいます http://www.toishi.info/metal/hardness.html トリビアの泉という番組でほんとにダイヤモンドを砕いたみたいです http://youtu.be/BvyLnlJ9doY
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- doc_somday
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順デタラメで申し訳ありません。 既に適切なお答が有りますが「硬度」硬度には様々な定義が含まれており、 簡単なモース硬度がよく使われます。測定法は「平面」を「先端」で引っ掻く と言う、超簡単なもの。普通の人が思い浮かべるのはこれ。 ビッカース硬度は金属の「粘性」も含むもので、元々「大砲」の材質の性能 を比較するために使われでこれも簡単。 試料をしっかり固定し、決まった長さの「腕」を持った先端を９０度(水平) から自由落下させる、それだけでは情報量が少なすぎるから、試料に開いた 穴を精密に解析する、柔らかければ穴の直径は大きくなる、深さ、形状で 試料の粘弾性の資料が得られる。しっかり冶金学などの教科書に書いてある。 ショア硬度、ブリネル硬度まだ沢山あるが、専門家では無いので全く知らない。 ただ多くは「武器」のための「鉄鋼」の硬度で、知っていても意味が無い。 ダイアモンドは結構柔らかい、１００万気圧で、きれいに磨いた面に超硬物質を 二つのダイアモンドで挟みその超硬物質のＸ線散乱を測定する研究をする人は 多い、この器具を「ダイアモンドアンビル」と呼び超々高圧下での物性を測る 基本のキだ。だがこの圧力下では、使用頻度にも寄るが半年せずにダイアモンド はヘコんで仕舞う、棄てるのは勿体ないから「磨き屋」に出して平面にして貰う、 だが十年でダイアモンドの「切り口」が大きくなってしまい、１００万気圧が 出せなくなる、仕方が無いから「宝飾屋」に売ってしまう。 今はダイアモンドなんて簡単に作れる。もちろん非常に危険だ。 御存知無い方もおいでだが、ルビーやサファイアは鋼玉と成分は同じで極微量の 金属イオンが入っているだけ。こっちは中学生でも作れる、もちろん「装置」 が必要、方法は「水熱合成」と呼ばれる、最近は知らないがボールペンの先端 がみんなルビーになったことがあるが、とても使い易かった何にでも書ける、 私は専らアルミ製の「タグ」に書いた、すり減りさえしない、原料を仕込んで 熱するだけ、攪拌しちゃうと大きな結晶は出来ない。加熱で水溶液は勝手に 高圧になり大きな結晶の方がエネルギー的に有利なのでほっといてもどんどん 成長してしまう。水晶はもっと簡単クズ水晶を放り込み核だけ吊す。 ルビー、サファイア、鋼玉はアルミナ、水晶は(石英) ダイアモンドはそう簡単ではない、ちょっとおかしいところがある、ダイアモンド は灰にはならない、墨にもならない、超微量の灰が出来るが、通常「見えない」 で、ダイアモンドは上記した「ダイアモンドアンビル」の鋼鉄版で黒鉛を「潰す」 もちろん数千度が必要、装置の内殻は一度でアウト、原理的には最初成功した 時とまるで変わっていない。「理科年表」に書いてあるが、分子生成エネルギー を最初に見て、多分駒場だ、愕然とした、ダイアモンドは黒鉛とほとんど、いや もう「双子」位しか差が無い。もしダイアモンドが有利ならダイアモンドだらけ になったはずだが、何故か黒鉛が「微かに」有利だ。この程度の差では最初に 人工合成した人たちは非常に運が良かったか、大馬鹿で諦める事を知らなかった としか思えない。ご存知かと思うが現在原料は「砂糖」だ、炭水化物だから、水は どうでも良い、グラファイトの精製は非常に苦しいが砂糖の精製なら素人だって 容易だ。 蛇足ばかりになって申し訳ないが、ダイアモンドの物理と化学は少なくとも 厚い本一冊、こだわると叢書になってしまう。
お礼
ご回答ありがとうございました。 いろいろ検索しながら拝読させて頂いておりました。 高級ボールペンには(人工)ルビーが使われているんですね～。 ルビーはクロム・サファイアは鉄とチタンが入る事によって色が違っているだけという事も初めて知りました。 詳しいご解説をありがとうございました。
- hayasitti
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＞『マグマは４０００℃～６０００℃あるはずなのに、なんで溶けないわけ？』 地球の中心温度は約5500℃らしいので、溶けますが、外側に向かうほど（＝地表に近づくほど）温度が下がります。 上部マントル（プレートとそれに触れるマグマくらいの位置）で約1500℃くらいなので、ダイヤモンドはこの時点で存在できることになります。 http://www.ehime-u.ac.jp/~grc/kenkyu3.html ＞『ダイヤモンドは火事で燃えたら炭になるっていうじゃない？』 炭、というよりも、二酸化炭素になって消えてしまいます。 空気中の酸素と反応して、ダイヤモンドの炭素が酸化されるためです。 裏を返せば、酸素が存在しない状況下では、そのままの状態を維持できることになります。 ダイヤモンドの融点、沸点を指摘されていますが、酸素が存在しない条件での温度のはずです。 酸素が存在すれば、通常の火事、1000℃前後もしくはそれ以下でも酸素と反応して消えてしまうでしょう。 ＞『ダイヤモンドは物質の中で一番硬いって本に書いてあったはずなのに、テレビでカーボンナノチューブはダイヤモンドの２倍の硬さって言ってたよ。どういう事？？？』 「強さ」「硬さ」 一般的に漠然と使われる言葉ですが、工業的、工学的にはあらゆる種類の硬さ、強さの定義と指標があります。 「ダイヤモンドが一番硬い」というのは、硬度指標の一種である「モース硬さ」によるものでしょう。 「ダイヤモンドよりCNTの方が2倍硬い」というのは、そのほかの硬さの指標の使って比べたとき、ということなのでしょう。 ＞『しかもね、「ダイヤモンドは硬いけど、とんかちで簡単に粉々にできます。」って言ってたんだ。粉々にできるなら硬くないじゃん。[硬い]って、どういう意味で大人はつかってるの？』 「ダイヤモンドが硬い」のは耐摩耗、こすり付けあうとき、押し付けあうとき、です。 「ダイヤモンドが粉々に砕ける」という現象は、工学的には「硬さ」ではなく「粘り強さ」（靱性）によるものであり、叩きつけられるときで、現象として別の話になります。 「硬いが脆い」という言葉がありますが、ダイヤモンドがまさにこれです。 それにしても ＞「[硬い]って、どういう意味で大人はつかってるの？」 なかなか鋭い指摘だなぁ、と。 厳密に説明しだすと、それだけで工業高校の専門科目、大学の講義レベルになっちゃう質問じゃないかな、これ。 自分も厳密には答えられる自信がありません。これは、専門としては機械・材料工学の領域です。 以上、参考まで。
お礼
ご回答ありがとうございました。 お教え頂いたサイトも拝見いたしました。 (【読】ではなくまさに【見】なのです) ママ…一応日本人だけどさぁ… ごめんけど、このサイトの日本語を理解して〇〇に教えてあげられないわ…。 ん… 「…カンラン石 の高圧相転移によるものと考えられています。 この現象は、 炭（炭素）が高圧下ではダイヤモンド に変わってしまうのと同じ現象…」なんたらかんたら…って書いてある。 はじめの方で教えて下さってた方も書いてらしたんだけど…、 ダイヤモンドって、マントルが噴火した時にできるもので、小惑星がぶつかったときからできてるんじゃないんと違う？？？ と伝えましたら、 息子も、 『かんちがいしていたのかな？』と頭を抱え始めました。 燃焼と溶解がちがうという事は気がついた様ですが… 新たにたくさんの？？？も浮かんでしまったようです。 小惑星が沢山ぶつかって地球ができるときに、色々な元素がぶつかって、ダイヤモンドやルビーなど色々な宝石ができていて、それがマントルのなかで溶けずにシチューの様になっているイメージだった様なのです。 だから何故溶けないのだろう…。燃えてしまわないのだろう…。と。 途中で、燃焼と溶解はちがうという事に気がつき… 『酸素がなかったわけだから…じゃぁ…地球もできたての頃は、太陽みたいに核融合しててめっちゃあつかったてこと？？？？熱いって燃えるのと核融合の他にあるの？』 と聞きます。 勘違いしてたのかも…と思ったのは、 【地球ができる時にダイヤモンドができたのではなくて、 いろんな元素がいっぱいつまってて、でも中心から遠いから冷めてきてちょっと固くなってた表面に、 中のまだどろんどろんしたマグマ(元素のスープ)がぶしゅ～って出ようとして、割れ目を作って、圧力がかかって…その中の元素ががいろいろくっついていろんな宝石や石になった・・・。ってことなのかな？】 と…。 『でもね。ダイヤモンドは、地球ができる頃にできたものが、マグマの噴火で上に上がってきたものだけしかなくって、もう地球ではダイヤモンドができる事はない。作られていない。地球ができた時にできたダイヤモンドを見つけるだけだ。って言ってたんだよ。ってことは、今マグマの中では新しいダイヤモンドはできてないって事だよね。？？？できたての時の地球と今の地球じゃ温度も圧力もちがう。足りないから、もう新しいダイヤモンドはできないってことなのかな？』 と…。 こうやって～こうやってダイヤモンドができました！ と言うところが？？？になってしまい、 溶ける溶けない以前に、 いつどの時点でダイアモンドがどういう状態でできていて、どういう時に地表や人間が採掘できる表層まで いわゆる宝石としてのダイヤモンドとしてでてきたか。 というのが知りたいのだそうです。 ネットで調べてみましたが私が理解できるものには辿りつけませんでした。 息子の仮説といいますか、理解で正しいのでしょうか…。 お手数をおかけいたします。すみません。
- f272
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(1) マグマの温度はそんなに高くありません。1000度付近です。 ダイヤモンドが生成される場所は圧力も高くて、ちょうどダイヤモンドができる条件が揃っているのです。 ダイヤモンドは火事で燃えたら炭になる？低い温度なら表面が隅になるかもしれませんが、内部はそのままです。内部まで高温になればガス化します。 (2) ダイヤモンドは物質の中で一番硬いというのは天然の物質の中での話です。人工の物質ではそれよりも硬い物質はあります。 (3) 硬いといっているのは引っかきに対してです。引っかいても傷ができないと言うことです。また押し付けてもへこみません。 しかし、衝撃に対してはそれほどでもありません。トンカチでたたけば粉々にすることも可能です。
お礼
ご回答ありがとうございました。 燃える事と気体になる事はちがうという事に気がついたらしく、 『低い温度で燃えると炭になる…高い温度で燃えると気体になる… ・・・ ・・・ なんで？？ でもさぁ～ キャンプの炭とかもわざと空気入れない様にして作るって書いてあるんだよ。空気いれないと燃えないはずだよね。[蒸し焼き]って蒸してるの？焼いてるの？…？？あれ～わかんない～！！』 ↑↑↑ （この質問夏ごろにされて分からなかったので…わかんない。で済ませていました。） と…疑問再燃の様です。 今回は調べてみます。 ありがとうございました。
- mshr1962
- ベストアンサー率39% (7417/18945)
(1)『マグマは４０００℃～６０００℃あるはずなのに、なんで溶けないわけ？』 溶けてます。ただダイヤモンドの元となる炭素の成分が固まりの状態にあるわけです。 地下深くにある、その固まりが地表に移動するときの圧力でダイヤモンドになります。 あとは、再度溶ける前に溶岩が固まったものが採掘されまてます。 (2)『ダイヤモンドは物質の中で一番硬いって本に書いてあったはずなのに、テレビでカーボンナノチューブはダイヤモンドの２倍の硬さって言ってたよ。どういう事？？？』 天然に作られる鉱石の中で、発見されている一番硬いものはダイヤモンドです。 カーボンナノチューブは、確かにダイヤモンドより硬度はありますが、天然には作られません。 (3)『しかもね、「ダイヤモンドは硬いけど、とんかちで簡単に粉々にできます。」って言ってたんだ。粉々にできるなら硬くないじゃん。[硬い]って、どういう意味で大人はつかってるの？』 ダイヤモンドは硬いですけど、耐衝撃性が無いためにとんかちで簡単に粉々にできます。 硬さについてですが モース硬度（摩擦やひっかき傷に対する強さ）＝１０（最大） ヌープ硬度（圧力荷重に対する強さ）＝８０００kg/mm2
お礼
ご回答ありがとうございました。 (２)天然で作られる物質のなかで という事なのですね。
- Saturn5
- ベストアンサー率45% (2270/4952)
ダイヤモンド・ジョズと赤犬のどちらが強いかということですね。 まずダイヤモンドの融点は非常に高く、溶けることはまずありませんが、 炭素の固まりですので酸素のある環境では簡単に燃えます。 現在の地球上の酸素は植物が光合成によって発生させたものであり、 植物ができる以前は酸素が無かったので燃えなかったのです。 (1)マグマの温度は１０００～１２００℃です。 この温度ではダイヤモンドは溶けません。 http://www3.ocn.ne.jp/~mizukiyo/ganseki/ganseki1.htm (2)この話自体が聞いたことはありません。 結合の数、距離などを考えてもダイヤモンドが最強のはずです。 (3)トンカチで粉々にできるのは素人にできる訳ではありません。 通常はトンカチがへこみます。 ダイヤモンドを扱うプロが見れば層状に割れやすい方向を見定めることができるのです。 また、一般にいう「硬さ」とは割れにくさではありません。 こすったときに傷がつかないものを「固い」というのです。
お礼
燃えなかった理由 ↓↓↓ 【植物ができる以前は酸素が無かったので燃えなかったのです。】 溶けなかった理由 ↓↓↓ 【マグマの温度は１０００～１２００℃です。】 で納得です。 太陽の表面温度と勘違いしていたのかもしれません。 明日息子に説明してあげられます。 ご回答ありがとうございました。 「ダイアモンドジョズ？？？赤犬？？ あ～！日本人なのにしょっぱなから日本語が理解できない～！」 と、慌ててググりましたら… ワンピースにでてくる人たちなのですね。 ワンピース大好き息子ですので 明日「ダイアモンドジョズと赤犬はどっちが強いの？」 と聞いてみます。 私は全くワンピースを観ないので 「なんでママ知ってるの？」と、驚く事必至です（笑）。 ありがとうございました。
お礼
ご回答ありがとうございました。 「ダイヤモンドは粉々になります。」と仕入れてきたその日、 息子→「ママ！キラキラ光るお耳につけるの持ってるよね。あれダイアモンド？」 私→「ピアスの事？ちがうよ。偽物。ガラスじゃないけど。ジ…？ ジルコニアだったと思う。」 息子→「〇〇にくれない？」 私→「どうするの？」 息子→「実験する」 というやり取りがあってのこの質問でしたので、 すごく喜んでおりました！！！ トリビアの泉を見て 「これをやりたい～！」 「ちょうだい～！！」 攻撃が続いておりますが… 息子には大満足な動画だったようです。 スポンジとガラスのご説明も そのまま話すと、実感として分かった様で、 「あ。わかった～。」と納得しておりました。 ありがとうございました。