Dinge unter’m Mikroskop VI – Diamant

Ich hatte die Gelegenheit einen Diamanten mit Brilliantschliff unter meinem Mikroskop zu betrachten.

Schematische Darstellung des Brilliantenschliffs. CC-BY-SA 3.0 by Danuthaiduc via Wikimedia commons

Ich war bei Nicolas Wöhrl, an der Uni Duisburg-Essen, am CENIDE Institut zu Besuch. Neben dem großartigen Wissenschafts PodCast Methodisch inkorrekt!, den Nicolas mit seinem Doktoranden und Padawan Reinhard Remfort produziert, stellt der gute Mann auch noch Diamanten in seinem Labor her, die ich mir mal für Dinge unter’m Mikroskop genauer angeschaut habe.

Allerdings werfen Nicolas und Reinhard ihre Maschinen nicht an um Diamanten für Ringe, Halsketten und Tiaren herzustellen. Sie beschäftigen sich mit Oberflächenbeschichtungen aus Diamant, Fehlstellen im Diamant, Graphen und einigen Dingen mehr, die sich um die physikalischen Eigenschaften von Kohlenstoffgittern drehen. Nicht anderes ist nämlich ein Diamant: reiner Kohlenstoff, in einer besonderen Kristallanordnung. Kohlenstoff ist ein Element mit vier Valenzelektronen, also Elektronen der äußeren Hülle die chemische Bindungen eingehen können. Beim Diamantgitter hat jedes Kohlenstoffatom jeweils vier Kohlenstoffatome als Bindungspartner, und zwar in einer tetraedischen Anordnung. Diamant ist ein Material der Superlativen, mit der höchsten Härte eines natürlichen Materials, es besitzt eine sehr hohe Lichtbrechung und die höchste Wärmeleitfähigkeit aller bekannten Materialien.

Nicht nur als Schmuckstein ist Diamant also interessant. Aber natürlich sehen sich die beiden Physiker Nicolas und Reinhard immer wieder der Frage ausgesetzt “Habt ihr auch einen Diamanten da?”. Und auf diese Frage können sie auch mit “Ja” antworten. Nicolas hat sich die Mühe gemacht einen künstlich hergestellten Diamanten im Brilliantschliff schleifen zu lassen. Diese Form des Schliffs kann man oben in der schematischen Abbildung bewundern und dieser Schliff ist – für einen Laien – genau die Form die man sich für einen Diamanten vorstellt. Diamanten kommen aber in den diversesten Formen in der Natur vor und dieser Brilliantschliff ist eigentlich nur eine geometrische Überlegung, wie man es schafft möglichst viele Winkel so zu gestalten, dass der Diamant das meiste des einfallenden Lichts reflektiert, also schön funkelt.

Foto des Diamanten mit Brilliantschliff neben einem Lineal. Anklicken für große Version (1791×1797 Pixel). (Bild: CC-BY 4.0 Dr. Nicolas Wöhrl)

Erstmal ein normales Foto, damit man ein Gefühl dafür bekommt wie groß dieser Diamant eigentlich ist. Nicolas hat freundlicher Weise das Bild nachgeliefert und ein Lineal daneben gelegt. Aber kommen wir zum Blick durch das Mikroskop von oben auf den Diamanten, also ein Blick auf seine flache Seite.

Sicht von oben auf die flache Seite des Diamanten mit Brilliantschliff. Oben: mit Beleuchtung vom Mikroskop, unten: nur mir Raumbeleuchtung. Anklicken für große Version (640×960 Pixel). (Bild: CC-BY 4.0 André Lampe)

Die leicht gelbe Farbe entsteht durch Unreinheiten im Kristall, genauer gesagt durch Stickstoff, der beim Herstellen des Diamanten in das Kristallgitter eingebaut wurde. Man kann auch etwas Schmutz auf der Oberfläche sehen, ein deutliches Zeichen dafür, dass dieser kleine Stein auch gerne mal in die Hand genommen wird. Nicolas hat ihn des Öfteren bei Vorträgen dabei.

Die untere Spitze des Diamanten mit Brilliantschliff. Anklicken für große Version (640×960 Pixel). (Bild: CC-BY 4.0 André Lampe)

Ganz perfekt ist die Brilliantenschliff bei diesem Stein nicht, wie man an der nicht symmetrischen Spitze auf den Bildern oben sehen kann. Auch der Rand sieht alles andere als eben aus, und weist nicht die lang gezogenen, elliptischen Facetten auf, die die schematische Darstellung oben eigentlich vorschreibt. Aber hier handelt es sich ja auch nicht um einen Diamanten, der für irgend ein Schmuckstück geschliffen wurde, sondern um einen Stein, den ein Physiker selbst gemacht hat und eher zu Demonstrationszwecken sein eigenen nennt. Jetzt noch die Seitenansicht, bevor ich euch weiter unten ein Video verlinke, dass ein wenig über den Wert von Diamanten aufklärt.