Алмаз и графит: свойства, значение, происхождение

1. Свойства алмаза и графита
2. Судьба углерода в графите и алмазе
3. Как получить из графита алмаз
4. Применение алмаза и графита

содержание:

И алмаз, и графит - это разные формы одного и того же элемента - углерода. В мягкого, крошится графита и у самого твердого кристалла в мире одна и та же формула - С. Как такое возможно?

Свойства алмаза и графита

Алмазы встречаются в природе в хорошо выраженной кристаллической форме. Это прозрачный и чаще всего бесцветный кристалл, хотя бывают и алмазы, окрашенные в голубой, красный и даже черный цвет. Такое цветовое отступление от правила связано с особенностями природных условий формирования кристалла и наличия в нем примесей. Очищенный и отшлифованный алмаз приобретает особый блеск, который и оценили люди.

Алмазы хорошо отражают свет и, обладая сложной форме, хорошо его преломляют. Это дает знамений блеск и перелив очищенного кристалла. Он является проводником тепла, но по отношению к электричеству является изолятором.

Графит представляет собой антипод алмаза. Это не кристалл, а совокупность тонких пластинок. Он черный с серым отливом. По внешнему виду напоминает сталь с преобладанием чугуна.

Несмотря на стальной вид, на ощупь он жирный, а при использовании оказывается еще и мягким. При малейшем нажатии он крошится, что и привлекает человека, использующего графит как средство фиксации информации на бумаге.

Графит, как и алмаз, является хорошим проводником тепла, но, в отличие от своего собрата по молекулярному строению, хорошо проводит и электричество.

Этих разных представителей полиморфности молекулярного углерода отличает друг от друга только одно - строение молекулярной решетки. Все остальное - лишь следствие главного.

В граффити кристаллическая решетка организована по плоскостном принципу. Все его атомы расположены в шестиугольнике, которые находятся в одной плоскости. Поэтому связи между атомами различных шестиугольников такие непрочные, а сам графит слоистый, и его слои плохо связаны друг с другом. Такое строение кристаллической решетки определяет его мягкость и разнообразную полезность, но сам графит при этом разрушается. Однако именно такое строение кристаллической решетки позволяет, используя особые условия и другие вещества, сделать из графита алмаз. Такие же процессы происходят с этим минералом в природе при аналогичных условиях.

Алмазная решетка построена по принципу объемных связей всех с каждым и всех со всеми. Атомы образуют правильный тетраэдр. Атом в каждом тетраэдра окружен другими атомами, каждый из которых образует вершину другого тетраэдра. Получается, что тетраэдров в каждом кусочке алмаза намного больше, чем молекул, образующих эти тетраэдры, поскольку каждый из тетраэдров является частью другого тетраэдра. По этой причине алмаз является самым неразрушимыми минералом.

Судьба углерода в графите и алмазе

Углерод относится к самым массовым элементам биосферы и всей планеты Земля. Он в тех или иных состояниях присутствует в атмосфере (углекислый газ), в воде (растворенный углекислый газ и другие соединения) и в литосфере. Здесь, в тверди земной, он входит в состав крупных залежей угля, нефти, природного газа, торфа и т.п. Но в чистом виде он представлен залежами алмаза и графита.

Больше углерода сконцентрировано в живых организмах. Любые организмы строят свое тело из углерода, концентрация которого в живых телах превышает содержание углерода в неживой материи. Мертвые организмы оседают на поверхности литосферы или океана. Там они разлагаются в различных условиях, образуя месторождения, богатые углеродом.

Происхождение чистых залежей алмазов и графита вызывает много споров. Есть мнение, что это бывшие организмы, попавшие в особые условия и минерализованные образец угля. Считается также, что алмазы имеют магматической происхождения, а графит - метаморфическое. Это означает, что в концентрации алмазов на планете участвуют сложные процессы в недрах земли, где самопроизвольно в присутствии кислорода возникает взрыв и горение. В результате взаимодействия молекул метана и кислорода и возникают кристаллы алмаза. При этих же процессах, но в определенных условиях возможно появление и графита.

Как получить из графита алмаз

получения искусственных алмазов при современном уровне развития химии давно не является проблемой. То, что природа делает за миллионы лет, человек может сделать с гораздо более короткий срок. Главное - воссоздать условия, в которых в природе одна форма чистого углерода переходила в другую, то есть создать высокую температуру и очень высокое давление.

Впервые такие условия были созданы с помощью взрыва. Взрыв - это мгновенное горения под большим давлением. После того как собрали то, что удалось собрать, выяснилось, что в граффити появились маленькие алмазы. Такая фрагментарная преобразования произошло потому, что взрыв создает большое разнообразие давления и температуры. Там, где имеют место условия для перехода из графита в алмаз, это и произошло.

Эта неустойчивость процессов сделала взрывы неперспективными для производства алмазов из графита. Ученых это, однако, не остановило, и они с упорством продолжали подвергать графит всякого испытаний в надежде заставить его стать алмазом. Стабильный результат дало нагрева графитового бруска импульсами до температуры в 2000 ° С, что позволило получить алмазы значительные объемы.

Опыты с высоким давлением дали неожиданные результаты - графит превращался в алмаз, но при уменьшении давления переходил в свое исходное состояние. Стабильно уменьшить расстояние между атомами углерода только с помощью одного давления не удавалось. Тогда стали сочетать давление и высокую температуру. Наконец, удалось выяснить диапазон сочетаний температуры и давления, при котором можно получить кристаллы алмаза. Правда, при этом выходил только технический алмаз, использование которого в ювелирном деле было затруднено.

Кроме больших затрат на энергетическое обеспечение процесса перевода графита в алмаз существовала еще одна проблема - при увеличении длительности воздействия высокой температурой начинается графитизация алмаза. Все эти тонкости затрудняют промышленное производство алмазов. По этой причине добыча алмазов в природе, крайне разрушительна для нее, остается актуальной и прибыльной.

Чтобы получить алмаз, предназначенный для ювелирных целей, стали выращивать кристаллы, используя приманку. Готовый кристалл алмаза подвергался воздействию температуры в 1500 °, что стимулировало рост сначала быстрый, а затем медленный. Чем больше кристалл, тем медленнее он рос. Этот эффект сделал интересный опыт только опытом, поскольку его производство в промышленных масштабах стало нерентабельным. Ли улучшило ситуацию и применения метана в качестве «подпитки» растущего алмаза. При высоком давлении и температуре метан разрушается до углерода и водорода. Этот углерод и есть "кормом" для алмаза.

Применение алмаза и графита

Оба минерала широко используются в промышленности.

Алмазы применяют:

• в электротехнике;
• приборостроении;
• радиоэлектронике;
• на буровых установках
• в ювелирном деле.

Графит используется при:

• производстве тиглей и другого огнеупорного оборудования;
• изготовлении смазочных материалов;
• изготовлении карандашей;
• производстве оборудования для электроугольного промышленности.

Несмотря на разнообразие применения как графита, так и алмаза в различных отраслях промышленности, можно смело говорить о большей пользе графита. Алмаз через идеальности своей кристаллической решетки инертен. Его можно использовать только как алмаз. Большая часть добытых в природе алмазов идет на нужды ювелирной промышленности, поскольку минерал является одним из самых дорогих драгоценных камней, становясь бриллиантом, он стимулирует оборот денег, и это его основное свойство в экономике.

Графит, изъятый ​​из природы, становится самодостаточной ценностью, а большим тружеником производства. Благодаря своим свойствам он используется и в своем истинном, естественном виде, то есть как графит, и как средство, на основе которого могут быть получены новые вещества, например, тот же алмаз.

Внимание, только СЕГОДНЯ!

Похожие

Комментарии