¿Por qué brillan los diamantes?

El diamante es uno de los materiales más duros. Sabemos que es un alótropo del carbono. Un diamante (de naturaleza cristalina) tiene una disposición tridimensional de átomos de carbono unidos entre sí por fuertes enlaces covalentes. Lo que has mostrado es un diamante redondo de talla brillante.

En realidad, el secreto que vibra dentro de un diamante es la refracción, la reflexión interna total (que no debe confundirse con la reflexión ordinaria) y la dispersión. El índice de refracción del diamante es bastante alto ( 2,417 ) y también es dispersivo (el coeficiente es 0,044). Debido a este hecho, el diamante es una importante aplicación en óptica.

Considere un diamante de talla ideal. Lo explico según la siguiente figura. Cuando la luz incide en un ángulo$1$, se refracta en el interior y viaja a través de la red. En la superficie que separa los medios de aire y diamante, el ángulo de incidencia$2$está muy por encima del ángulo crítico ($c_a$) y simultáneamente ($3$&$4$) la reflexión tiene lugar en diferentes superficies del diamante. Finalmente, la luz se refracta.

El primero muestra el mecanismo de reflexión dispersiva interna. La segunda figura muestra los reflejos dentro de los diamantes de corte ideal, profundo y superficial.

Nota: Para que se produzca la reflexión interna total, la luz debe viajar desde un medio ópticamente más denso a un medio relativamente más raro. Además, el ángulo de incidencia debe estar muy por encima del ángulo crítico.

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El fenómeno que estás buscando se llama reflexión interna total . También puede echar un vistazo a este enlace para obtener más información.

Para hacer una comparación con el vidrio: en el vidrio (en su mayor parte), cuando incide luz sobre él, se refracta en una superficie y se refracta nuevamente en la otra superficie y deja el material. Esto no siempre sucede, se produce una reflexión interna total, pero el "ángulo crítico" para el vidrio es realmente alto, por lo que normalmente no se ve que suceda.

Pero el diamante, por otro lado, tiene un índice de refracción realmente alto ($\approx 2.4$) y por eso el ángulo crítico para que ocurra la reflexión interna total es mucho más pequeño. Por lo tanto, un mayor porcentaje de la luz incidente se refleja internamente varias veces antes de salir del diamante, lo que hace que el diamante luzca realmente brillante.

Editar: como @JohnRennie también ha mencionado, también es la forma lo que importa para el brillo. El diamante sin cortar no se ve tan brillante ya que los ángulos de incidencia no están hechos para estar más allá del ángulo crítico.

El diamante tiene un índice de refracción muy alto (aproximadamente 2,42 en comparación con aproximadamente 1,5 del vidrio). La cantidad de luz reflejada en una interfaz de aire/lo que sea está relacionada con el cambio del índice de refracción en la interfaz y, en términos generales, cuanto mayor sea el cambio del índice de refracción, más luz se refleja. Entonces, si compara un diamante con una pieza de vidrio cortada en la misma forma, el diamante reflejará más luz y, por lo tanto, brillará más.

El brillo no es solo el alto índice de refracción, la forma también importa. Los diamantes se cortan de modo que un rayo de luz que cae sobre el diamante se refleja varias veces dentro del diamante y, por lo tanto, envía luz en todas las direcciones.

En realidad, los diamantes no brillan, reflejan. Sacas un diamante afuera cuando está soleado e iluminará toda la calle, pero una vez que lo llevas adentro, está tan oscuro como siempre. ¡El diamante en realidad se estaba reflejando en el Sol!