Свойства, которыми обладают и алмаз, и графит

Оглавление:

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

Графит и алмаз

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 цвета. 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 формой, хорошо его преломляют. Это дает знамений блеск и перелив очищенного кристалла. Он является проводником тепла, но по отношению к электричеству является изолятором.

Структура алмаза и графитаГрафит 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 надавливании он крошится, что и привлекает человека, использующего графит в качестве средства запечатления 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 графите кристаллическая решетка организована по плоскостному принципу. Все его атомы размещены в шестиугольнике, которые находятся в одной плоскости. Поэтому связи между атомами разных 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 тетраэдре окружен другими атомами, каждый из которых образует вершину другого тетраэдра. Получается, что тетраэдров в каждом кусочке алмаза гораздо больше, чем молекул, образующих эти тетраэдры, поскольку каждый из тетраэдров является частью другого тетраэдра. По этой причине алмаз является самым неразрушимым минералом.

Судьба углерода в графите и алмазе

Граненые алмазыУглерод 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 иные соединения) и в литосфере. Здесь, в тверди земной, он входит в состав больших залежей угля, нефти, природного газа, торфа и т.п. Но в чистом виде он представлен залежами алмаза и графита.

Больше всего 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 разных 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 минерализовавшиеся наподобие угля. Считается также, что алмазы имеют магматическое происхождение, 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

Получение искусственных алмазовПолучение искусственных алмазов при современном уровне развития химии давно не является проблемой. То, что природа делает за миллионы лет, человек может сделать за гораздо более короткий срок. Главное - воспроизвести 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 горение под большим давлением. После того как собрали то, что удалось собрать, выяснилось, что в графите появились маленькие алмазы. Такое фрагментарное превращение произошло потому, что взрыв создает большое разнообразие давления и температуры. Там, где создались 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 всяким испытаниям в надежде заставить его стать алмазом. Стабильный результат дало нагревание графитового бруска импульсами до температуры в 2000°С, что дало возможность получить алмазы значимых размеров.

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 получался только технический алмаз, использование которого в ювелирном деле было затруднено.

Процесс добычи алмазовКроме 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 усложняют промышленное производство алмазов. По этой причине добыча алмазов в природе, крайне разрушительная для нее, остается актуальной и прибыльной.

Чтобы получить алмаз, предназначенный для ювелирных целей, стали выращивать кристаллы, используя затравку. Готовый кристалл алмаза подвергался воздействию температуры в 1500°, что стимулировало рост сначала быстрый, а потом медленный. Чем больше кристалл, тем медленнее он рос. Этот эффект сделал интересный опыт лишь опытом, поскольку его производство в промышленных масштабах стало нерентабельным. Не улучшило ситуацию и применение метана в качестве «подкормки» растущего алмаза. При высоких давлении и температуре метан разрушается до углерода и водорода. Этот углерод и является "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 иного огнеупорного оборудования;
  • изготовлении смазочных материалов;
  • изготовлении карандашей;
  • производстве оборудования для электроугольной промышленности.

Несмотря на разнообразие применения как графита, так и алмаза в различных отраслях промышленности, можно смело говорить о большей пользе графита. Алмаз по причине идеальности своей кристаллической решетки инертен. Его можно использовать только как алмаз. Большая часть добываемых в природе алмазов уходит 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 не самодостаточной ценностью, а великим тружеником производства. Благодаря своим свойствам он используется и в своем истинном, природном виде, то есть как графит, и в качестве средства, на основе которого могут быть получены новые вещества, например, тот же алмаз.

Table of contents:

And diamond and graphite - are different forms of the same element - carbon. In the soft, crumbling of graphite and the hardest crystal in the world is one and the same formula - C. How is this possible?

Graphite and diamond

The properties of diamond and graphite

Diamonds naturally occur in a well defined crystalline form. It is transparent and often colorless crystal, although there are also diamonds, colored in blue, red, and even black. This color deviation from the rule is associated with features of the natural conditions of crystal formation and the presence of impurities. Cleaned and polished diamond takes on a special luster that and appreciated by people.

Diamonds reflect light well and having a complex shape, refract it well. This gives signs shine and overflow purified crystal. It is a conductor of heat, but in relation to the electricity is an insulator.

The structure of diamond and graphiteGraphite is the antithesis of the diamond. This is not a crystal, and a set of thin plates. It is black with a gray tint. In appearance it resembles steel with a predominance of iron.

Although the steel species, it is greasy to the touch, and the use is still soft. At the slightest pressing it crumbles, it attracts the person using graphite as a means of capturing information on paper.

Graphite as a diamond is a good conductor of heat, but, unlike his fellow in molecular structure, and a good conductor of electricity.

These representatives of different carbon molecular polymorphism is distinguished from each other by only one thing - the molecular structure of the lattice. All the rest - a consequence of the main.

The graphite crystal lattice is organized on the principle of planar. All its atoms arranged in a hexagon, which are located in one plane. Therefore, the connection between atoms of different hexagons are fragile, and the layered graphite, and its layers of poorly connected with each other. Such a structure of the crystal lattice determines its softness and a variety of useful, but the graphite at the same time destroyed. However, it is the structure of the crystal lattice allows using special conditions and other substances to make a diamond from graphite. Similar processes take place with the mineral in nature under similar conditions.

The diamond lattice is built on the principle of volumetric relationships with each and all with all. The atoms form a regular tetrahedron. Atom to each tetrahedron is surrounded by other atoms, each of which forms a vertex of another tetrahedron. It turns out that tetrahedrons in each piece of diamond is much larger than the molecules that form the tetrahedron, as each of the tetrahedra is part of another tetrahedron. For this reason, diamond is the indestructible mineral.

The fate of carbon in graphite and diamond

faceted diamondsCarbon is among the most massive elements of the biosphere and the whole planet Earth. It is in certain states present in the atmosphere (carbon dioxide) in water (dissolved carbon dioxide and other compounds) in the lithosphere. Here, in the firmament of the earth, he is part of the large deposits of coal, oil, natural gas, peat, etc. However in its pure form it is presented by deposits of diamond and graphite.

Most of the carbon is concentrated in living organisms. Any organisms build their body of carbon, whose concentration in the bodies of living higher than the carbon content of inanimate matter. Dead organisms are deposited on the surface of the lithosphere or the ocean. There they decompose under various conditions, to form a deposit rich in carbon.

The origin of the net deposits of diamonds and graphite causes a lot of controversy. It is believed that it is the former organisms trapped in special circumstances such as coal and salt. It is also believed that diamonds have magmatic origin and graphite - metamorphic. This means that the concentration of diamonds in the world are involved in the complex processes of the earth's interior, which spontaneously arises in the presence of oxygen and combustion explosion. The interaction of molecules of methane and oxygen and having diamond crystals. Under these processes, but in certain conditions may cause and graphite.

How to get a diamond from graphite

Preparation of artificial diamondsreceipt artificial diamonds at the present level of development of chemistry for a long time is not a problem. What nature does over millions of years, a person can make for a much shorter period. The main thing - to reproduce the conditions in which in nature one form of pure carbon passed into the other, that is, to create a high temperature and very high pressure.

First, such conditions are created by the explosion. The explosion - this instant burning under high pressure. Once gathered that it was possible to collect, it became clear that there were a small diamonds in graphite. Such fragmentary transformation happened because the explosion creates a large variety of pressure and temperature. Where to create conditions for the transition from graphite to diamond, it happened.

This instability processes made explosions unpromising for the production of diamonds from graphite. Scientists, however, this did not stop, and they stubbornly continued to expose the graphite every test in hopes of forcing him to become a diamond. Stable result gave graphite bar heating pulses to a temperature of 2000 ? C, making it possible to obtain diamonds of significant size.

Experiments with high blood pressure were given unexpected results - graphite transformed into diamond, but when the pressure shifted to its original state. Stably reduce the distance between the carbon atoms could not only a single pressure. Then they began to combine pressure and high temperature. Finally, we found out a range of combinations of temperature and pressure at which diamond crystals can be obtained. However, thus obtained only technical diamond, the use of which in the jewelry business was difficult.

The process of diamond productionIn addition to the high cost of the energy supply of the translation process of graphite into diamond there is another problem - with increasing duration of exposure to high temperature graphitization of diamond begins. All these subtleties complicate industrial diamond production. For this reason diamond mining in nature, it is extremely destructive to her, remains relevant and profitable.

To get a diamond, designed for jewelry purposes, began to grow crystals using seeded. Ready diamond crystal has been exposed to a temperature of 1500 ?, which stimulated the growth of first fast and then slow. The larger the crystal, the more slowly it grew. This effect has made an interesting experience but experience as its commercial production became unprofitable. Not improve the situation and the use of methane as a "dressing" of the growing diamond. At high temperature and pressure of methane is destroyed to carbon and hydrogen. This carbon is "food" for the diamond.

The use of diamond and graphite

Both are widely used in mineral industry.

Diamonds are used:

  • in electrical engineering;
  • instrumentation;
  • Electronics;
  • on drilling rigs
  • in jewelry.

Graphite is used for:

  • manufacture of crucibles and other refractory equipment;
  • manufacture of lubricants;
  • manufacture of pencils;
  • production equipment for the electro industry.

Despite the variety of applications such as graphite and diamond in different industries, we can say about the greater good of graphite. Diamond because of its ideal lattice inert. It can only be used as a diamond. Most of the diamonds mined in nature goes to the needs of the jewelry industry, as the mineral is one of the most expensive gemstones, becoming diamond, it stimulates the circulation of money, and this is its main property in the economy.

Graphite withdrawn from nature, it is not self-sufficient value, and a great worker production. Due to its properties and it is used in the true, natural form, i.e. as graphite, and as a means through which new material, such as the diamond can be obtained.

Зміст:

І алмаз, і графіт - це різні форми одного і того ж елемента - вуглецю. У м'якого, кришиться графіту і у самого твердого кристала в світі одна і та ж формула - С. Як таке можливо?

Графіт і алмаз

Властивості алмазу і графіту

Алмази зустрічаються в природі в добре вираженою кристалічній формі. Це прозорий і найчастіше безбарвний кристал, хоча бувають і алмази, забарвлені в блакитний, червоний і навіть чорний кольори. Таке колірне відступ від правила пов'язано з особливостями природних умов формування кристала і наявності в ньому домішок. Очищений і відшліфований алмаз набуває особливого блиску, який і оцінили люди.

Алмази добре відбивають світло і, володіючи складною формою, добре його заломлюють. Це дає знамень блиск і перелив очищеного кристала. Він є провідником тепла, але по відношенню до електрики є ізолятором.

Структура алмазу і графітуГрафіт являє собою антипод алмазу. Це не кристал, а сукупність тонких пластинок. Він чорний з сірим відливом. За зовнішнім виглядом нагадує сталь з переважанням чавуну.

Незважаючи на сталевий вид, на дотик він жирний, а при використанні виявляється ще й м'яким. При найменшому натисканні він кришиться, що і привертає людини, що використовує графіт як засіб фіксації інформації на папері.

Графіт, як і алмаз, є хорошим провідником тепла, але, на відміну від свого побратима по молекулярному будові, добре проводить і електрику.

Цих різних представників полиморфности молекулярного вуглецю відрізняє один від одного тільки одне - будова молекулярної решітки. Все інше - лише наслідок головного.

У графіті кристалічна решітка організована по площинному принципом. Всі його атоми розміщені в шестикутнику, які знаходяться в одній площині. Тому зв'язку між атомами різних шестикутників такі неміцні, а сам графіт шаруватий, і його шари погано пов'язані один з одним. Така будова кристалічної решітки визначає його м'якість і різноманітну корисність, але сам графіт при цьому руйнується. Однак саме така будова кристалічної решітки дозволяє, використовуючи особливі умови та інші речовини, зробити з графіту алмаз. Такі ж процеси відбуваються з цим мінералом в природі при аналогічних умовах.

Алмазна решітка побудована за принципом об'ємних зв'язків всіх з кожним і всіх з усіма. Атоми утворюють правильний тетраедр. Атом в кожному тетраедра оточений іншими атомами, кожен з яких утворює вершину іншого тетраедра. Виходить, що тетраедрів в кожному шматочку алмазу набагато більше, ніж молекул, що утворюють ці тетраєдри, оскільки кожен з тетраедрів є частиною іншого тетраедра. З цієї причини алмаз є самим незруйновними мінералом.

Доля вуглецю в графіті і алмазі

горіння алмазиВуглець відноситься до наймасовіших елементам біосфери і всієї планети Земля. Він в тих чи інших станах присутня в атмосфері (вуглекислий газ), у воді (розчинений вуглекислий газ і інші сполуки) і в літосфері. Тут, в тверді земної, він входить до складу великих покладів вугілля, нафти, природного газу, торфу і т.п. Але в чистому вигляді він представлений покладами алмазу і графіту.

Найбільше вуглецю сконцентровано в живих організмах. Будь-які організми будують своє тіло з вуглецю, концентрація якого в живих тілах перевищує вміст вуглецю в неживої матерії. Мертві організми осідають на поверхні літосфери або океану. Там вони розкладаються в різних умовах, утворюючи родовища, багаті вуглецем.

Походження чистих покладів алмазів і графіту викликає багато суперечок. Є думка, що це колишні організми, що потрапили в особливі умови і мінералізовані зразок вугілля. Вважається також, що алмази мають магматичної походження, а графіт - метаморфічне. Це означає, що в концентрації алмазів на планеті беруть участь складні процеси в надрах землі, де мимовільно в присутності кисню виникає вибух і горіння. В результаті взаємодії молекул метану і кисню і виникають кристали алмазу. При цих же процесах, але в певних умовах можлива поява і графіту.

Як отримати з графіту алмаз

Отримання штучних алмазівотримання штучних алмазів при сучасному рівні розвитку хімії давно не є проблемою. Те, що природа робить за мільйони років, людина може зробити за набагато коротший термін. Головне - відтворити умови, в яких в природі одна форма чистого вуглецю переходила в іншу, тобто створити високу температуру і дуже високий тиск.

Вперше такі умови були створені за допомогою вибуху. Вибух - це миттєве горіння під великим тиском. Після того як зібрали те, що вдалося зібрати, з'ясувалося, що в графіті з'явилися маленькі алмази. Така фрагментарна перетворення сталося тому, що вибух створює велику різноманітність тиску і температури. Там, де мають місце умови для переходу з графіту в алмаз, це і сталося.

Ця нестійкість процесів зробила вибухи неперспективними для виробництва алмазів з графіту. Вчених це, однак, не зупинило, і вони із завзятістю продовжували піддавати графіт всяким випробувань в надії змусити його стати алмазом. Стабільний результат дало нагрівання графітового бруска імпульсами до температури в 2000 ° С, що дало можливість отримати алмази значні обсяги.

Досліди з високим тиском дали несподівані результати - графіт перетворювався в алмаз, але при зменшенні тиску переходив в свій початковий стан. Стабільно зменшити відстань між атомами вуглецю тільки за допомогою одного тиску не вдавалося. Тоді стали поєднувати тиск і високу температуру. Нарешті, вдалося з'ясувати діапазон поєднань температури і тиску, при якому можна отримати кристали алмазу. Правда, при цьому виходив тільки технічний алмаз, використання якого в ювелірній справі було утруднено.

Процес видобутку алмазівКрім великих витрат на енергетичне забезпечення процесу переведення графіту в алмаз існувала ще одна проблема - при збільшенні тривалості впливу високою температурою починається графитизация алмазу. Всі ці тонкощі ускладнюють промислове виробництво алмазів. З цієї причини видобуток алмазів в природі, вкрай руйнівна для неї, залишається актуальною і прибутковою.

Щоб отримати алмаз, призначений для ювелірних цілей, стали вирощувати кристали, використовуючи приманку. Готовий кристал алмазу піддавався впливу температури в 1500 °, що стимулювало зростання спочатку швидкий, а потім повільний. Чим більше кристал, тим повільніше він ріс. Цей ефект зробив цікавий досвід лише досвідом, оскільки його виробництво в промислових масштабах стало нерентабельним. Чи не поліпшило ситуацію і застосування метану як «підживлення» зростаючого алмазу. При високому тиску і температурі метан руйнується до вуглецю і водню. Цей вуглець і є "кормом" для алмазу.

Застосування алмазу і графіту

Обидва мінералу широко використовуються в промисловості.

Алмази застосовують:

  • в електротехніці;
  • приладобудуванні;
  • радіоелектроніці;
  • на бурових установках
  • в ювелірній справі.

Графіт використовується при:

  • виробництві тиглів і іншого вогнетривкого обладнання;
  • виготовленні мастильних матеріалів;
  • виготовленні олівців;
  • виробництві обладнання для електровугільного промисловості.

Незважаючи на різноманітність застосування як графіту, так і алмазу в різних галузях промисловості, можна сміливо говорити про більшу користь графіту. Алмаз через ідеальності своєї кристалічної решітки інертний. Його можна використовувати тільки як алмаз. Велика частина видобутих в природі алмазів йде на потреби ювелірної промисловості, оскільки мінерал є одним з найдорожчих дорогоцінних каменів, стаючи діамантом, він стимулює оборот грошей, і це його основна властивість в економіці.

Графіт, вилучений з природи, стає самодостатньою цінністю, а великим трудівником виробництва. Завдяки своїм властивостям він використовується і в своєму справжньому, природному вигляді, тобто як графіт, і як засіб, на основі якого можуть бути отримані нові речовини, наприклад, той же алмаз.


» » » Свойства, которыми обладают и алмаз, и графит