¿Por qué el diamante es transparente mientras que el grafito no lo es?

La respuesta está en la estructura de bandas de los dos materiales. La estructura de bandas describe cómo se unen los electrones en un sólido y qué otros estados de energía están disponibles para ellos.

Muy simple, la brecha de banda para diamantes transparentes es muy amplia (ver este enlace ):

Normalmente, el diamante no es un conductor: todos los electrones viven en la "banda de valencia", y se necesita un fotón con al menos 5,4 eV de energía para empujar un electrón hacia la banda de conducción. En el proceso, ese fotón sería absorbido. Un fotón con menos energía no puede ceder su energía a un electrón, porque ese electrón "no tiene adónde ir". Y dado que la luz visible tiene energías de entre 1,65 y 3,1 eV , solo los fotones UV tienen suficiente energía para ser absorbidos por el diamante puro.

Ese mismo enlace también describe cómo las impurezas dan lugar al color en el diamante: por ejemplo, los átomos de nitrógeno producen un nivel de energía "intermedio", y esto da lugar a electrones más energéticos que podrían saltar la brecha a la banda de conducción y absorber la luz.

Por el contrario, el grafito es un conductor. Como conductor, ya tiene electrones en la banda de conducción. Usted sabe esto, porque incluso un pequeño voltaje dará lugar a una corriente; esto nos dice que los electrones no necesitaban ser "levantados" a la banda de conducción primero. Y dado que los electrones absorberán fácilmente cualquier cantidad de energía, el material absorbe todas las longitudes de onda de la luz, lo que lo hace negro.

Los diamantes son inestables en comparación con el carbón (o más exactamente, el grafito), por lo que se requieren altas temperaturas y presiones para que los diamantes se formen a partir del grafito. La razón por la que el carbón (grafito) es negro y los diamantes son transparentes tiene que ver con la forma en que los átomos de carbono están conectados entre sí en las dos formas diferentes de carbono. En el diamante, cada átomo de carbono está unido a sus vecinos como las puntas de una pirámide. En el grafito (carbón) los átomos están conectados entre sí en planos planos. Los planos pueden absorber luz de todas las longitudes de onda (colores), mientras que las pirámides que se encuentran en los diamantes no pueden absorber ninguna luz visible y, como resultado, son transparentes. La razón de la diferencia es que los electrones en las grandes láminas planas de grafito pueden "sacudir" a muchas frecuencias, pero los electrones estrechamente unidos y restringidos en el diamante no tienen la libertad de moverse. El grafito está compuesto de láminas planas de carbono similares al esquisto y básicamente continúa en todas direcciones hasta el final de la lámina. El diamante es un cristal de 7 carbonos, que es tridimensional y, por lo tanto, le da al cristal propiedades de refracción de la luz. El color es el resultado de la absorción o reflexión de la luz. El negro significa que se absorben todos los colores posibles y el blanco significa que se reflejan todos los colores. En el caso del diamante, es claro porque la luz lo atraviesa. El grafito está compuesto de láminas planas de carbono similares al esquisto y básicamente continúa en todas direcciones hasta el final de la lámina. El diamante es un cristal de 7 carbonos, que es tridimensional y, por lo tanto, le da al cristal propiedades de refracción de la luz. El color es el resultado de la absorción o reflexión de la luz. El negro significa que se absorben todos los colores posibles y el blanco significa que se reflejan todos los colores. En el caso del diamante, es claro porque la luz lo atraviesa.