Pri gorenju nastaneta diamant in grafit. Grafit in diamant: kristalna mreža in lastnosti. Hipoteza rojstva diamanta v kavitacijskem režimu

Bakajeva Anastazija

Vse se je začelo s preprostim svinčnikom! Oziroma iz njegove palice. Pri pouku fizike smo šli skozi temo "Zgradba trdnih, tekočih in plinastih teles" in izkazalo se je, da so ogljik, grafit in diamant "sorodniki". A kako, ali je tako, saj je ogljik plin, grafit in diamant pa trdni snovi s kristalno mrežo, a grafit »piše«, diamant pa je tako trd, da lahko reže steklo in kovine ter okrasi. nakit! Postali smo zainteresirani. Izkazalo se je, da je jedro (svinčnik) preprostega svinčnika posebej obdelana mešanica grafita, gline in voska. Ko rišemo, se kristalna mreža grafita loči in njegovi atomi ležijo na površini v šesterokotnih ravninah, grafit pa ni vključen v barvne svinčnike! Samo za referenco bom navedel približno sestavo barvnega svinčnika: mehčalec organskega barvila (na primer stearin, iz katerega so izdelane sveče) smukec (mimogrede, najmehkejši mineral na Mohsovi lestvici) kaolin (bela glina, to se uporablja pri izdelavi porcelana in celo v kozmetiki ) CMC lepilo (CarboxyMethylCellulose) - tukaj vezivo. Oh, tako zanimivo! Pripravili smo kratko poročilo o svinčniku, učiteljica pa je predlagala, da to temo razširimo in spremenimo v raziskovalno nalogo.

Prenesi:

Predogled:

MOU "Srednja šola št. 2, Ershov, Saratovska regija"

raziskovalni projekt

Ogljik, grafit, diamant

Bakajeva Anastazija

8 "A" razred

nadzornik: učitelj fizike 1. kategorije Filippova E.V.

2015

Uvod

Vse se je začelo s preprostim svinčnikom! Oziroma iz njegove palice. Pri pouku fizike smo šli skozi temo "Zgradba trdnih, tekočih in plinastih teles" in izkazalo se je, da so ogljik, grafit in diamant "sorodniki". A kako, ali je tako, saj je ogljik plin, grafit in diamant pa trdni snovi s kristalnimi mrežami, a grafit »piše«, diamant pa je tako trd, da lahko reže steklo in kovine ter okrasi nakit! Začelo me je zanimati. Izkazalo se je, da je jedro (svinčnik) preprostega svinčnika posebej obdelana mešanica grafita, gline in voska. Ko rišemo, pride do razslojevanja kristalne mreže grafita in njegovi atomi ležijo na površini v heksagonalnih ravninah in vbarvni svinčniki grafit niso vključeni! Kar tako, za referenco bom dal približno sestavo barvnega svinčnika:

• organsko barvilo
• plastifikator (stearin, na primer, iz katerega so izdelane sveče)
• smukec (mimogrede, najmehkejši mineral na Mohsovi lestvici)
  kaolin (bela glina, uporablja se pri izdelavi porcelana in tudi v kozmetiki)
• lepilo CMC (CarboxyMethylCellulose) - tukaj je vezivo.

Oh, tako zanimivo!

Pripravili smo kratko poročilo o svinčniku, učiteljica pa je predlagala, da to temo razširimo in spremenimo v raziskovalno nalogo.

Cilji dela:

Preučiti zgradbo, fizikalne lastnosti ogljika, grafita in diamanta

Spoznajte uporabo ogljika, grafita in diamanta v tehnologiji, industriji, nakitu in znanosti

Spoznajte ustvarjanje umetnih diamantov

Naloge

Ustvarite vizualne pripomočke za preučevanje kristalnih teles (kristalne mreže)

Vzgojite svoj kristal bakrovega sulfata (tudi ta ima kristalno mrežo, kot grafit, diamant in celo sol in sladkor ...)

Zgodovinska referenca.

Grafit, diamant in ogljik so poznali že v antiki. Že dolgo je znano, da je z grafitom mogoče označiti tudi druge materiale, in samo ime "grafit", ki izhaja iz grške besede, ki pomeni "pisati", je predlagal A. Werner leta 1789. Vendar pa je zgodovina grafita zmedeno, pogosto snovi s podobnimi zunanjimi fizične lastnosti, kot je molibdenit (molibdenov sulfid), nekoč veljal za grafit. Med drugimi imeni grafita so znani "črni svinec", "železov karbid", "srebrov svinec". Leta 1779 je K. Scheele ugotovil, da se grafit lahko oksidira z zrakom in tvori ogljikov dioksid. Diamanti so bili prvič uporabljeni v Indiji in v Braziliji dragulji komercialni pomen pridobil leta 1725; nahajališča v Južni Afriki so odkrili 1867. V 20. st. Glavni proizvajalci diamantov so Južna Afrika, Zaire, Bocvana, Namibija, Angola, Sierra Leone, Tanzanija in Rusija. Umetni diamanti, katerih tehnologija je bila ustvarjena leta 1970, se proizvajajo za industrijske namene.»Ogljik se v naravi pojavlja tako v prostem kot v združenem stanju, v zelo različnih oblikah in oblikah. V prostem stanju poznamo ogljik v vsaj treh oblikah: premog, grafit in diamant. V stanju spojin je ogljik del tako imenovanih organskih snovi, tj. veliko snovi, ki jih najdemo v telesu vsake rastline in živali. V vodi in zraku je v obliki ogljikovega dioksida, v prsti in masi zemeljske skorje pa v obliki soli ogljikovega dioksida in organskih ostankov. Raznolikost snovi, ki sestavljajo telo živali in rastlin, je znana vsem. Vosek in olje, terpentin in smola, bombažni papir in beljakovine, tkivo rastlinskih celic in mišično tkivo živali, vinska kislina in škrob - vse te in številne druge snovi, vključene v tkiva in sokove rastlin in živali, so ogljikove spojine. Področje ogljikovih spojin je tako obsežno, da predstavlja posebno vejo kemije, tj. kemija ogljikovih ali bolje ogljikovodikovih spojin.

Ogljik

Rastline pridobivajo ogljik iz ogljikovega dioksida - ogljikovega dioksida - v ozračju, in ga uporabljajo kot gradbeni material za korenine, stebla in liste. Živali ga dobijo z uživanjem teh rastlin. In v zemlji se kopiči med razgradnjo teles mrtvih bitij. Od vseh oblik obstoja čistega ogljika je najbolj znan in za ljudi morda najbolj dragocen premog. Je približno 4/5 ogljika, ostalo pa je vodik in drugi elementi. Vrednost premoga izhaja iz kemičnih lastnosti ogljika, med katerimi je glavna ta, da zlahka reagira s kisikom. Ta proces poteka med zgorevanjem premoga v zraku, pri čemer se sprošča veliko število toplotno energijo, ki jo lahko uporabimo za različne namene. Vendar pa ogljik nežive narave je mogoče najti ne le v obliki premoga. Dve drugi obliki njegovega obstoja v čisti obliki, ki se med seboj močno razlikujeta, sta grafit in diamant. Grafit je na dotik zelo mehak in masten. Služi kot odlično mazivo za številne mehanizme. In vendar, kot veste, so svinčniki izdelani iz njega. V tem primeru se grafit zmeša z glino, da se zmanjša njegova mehkoba. Diamanti pa so najtrša snov, kar jih človek pozna. Uporabljajo se za ustvarjanje posebej močnih sekalcev, pa tudi nakit. Atomi ogljika lahko tvorijo vezi med seboj in z atomi drugih elementov. Rezultat je velika raznolikost ogljikovih spojin. Ogljik je prisoten v rastlinah in živalih (~18 %). Ogljikov cikel v naravi vključuje biološki cikel, sproščanje CO 2 pri zgorevanju v ozračjefosilno gorivo, iz vulkanskih plinov, vročih mineralnih vrelcev, iz površinskih plasti oceanskih voda itd. Biološki cikel je, da ogljik v obliki CO 2 absorbira iz troposfera rastline. Potem odbiosfera se spet vrne kgeosfera: z rastlinami pride ogljik v telo živali in ljudi, nato pa ob gnitju živalskega in rastlinskega materiala vstopi v tla in v obliki CO 2 - v atmosferi. V parnem stanju in v obliki spojin zdušik in vodik ogljik, ki se nahaja v ozračjusonce , planeti, najdemo ga v kamnu in železumeteoriti . Ogljik reagira s številnimi elementi in tvori karbide (karbidi - spojinekovine in nekovine z ogljik ). Ogljik se pogosto uporablja v metalurgiji. (Metalurgija - niz sorodnih panog in faz proces produkcije od plenasurovinepred izdajo končnih izdelkov -Črna in neželezne kovine in njih zlitine ). Zaradi sposobnosti ogljika, da tvori polimerne verige, obstaja ogromen razred spojin na osnovi ogljika, ki jih je veliko več kot anorganskih in ki jih proučujeorganska kemija . Med njimi so najobsežnejše skupine:ogljikovodiki, veverice , maščobein drugi Ogljik ima veliko vlogo v človeškem življenju. Njegove uporabe so tako raznolike kot ta mnogostranski element sam. Ogljik je osnova vseh organskih snovi. Vsak živ organizem je v veliki meri sestavljen iz ogljika. Ogljik je osnova življenja. Vir ogljika za žive organizme je običajno ogljikov dioksid iz ozračja ali vode. Zaradi fotosinteze vstopi v biološke prehranjevalne verige, v katerih živa bitja požirajo drug drugega ali ostanke drug drugega in s tem pridobivajo ogljik za gradnjo lastnega telesa. Biološki krog ogljika se konča bodisi z oksidacijo in vračanjem v ozračje bodisi z odlaganjem v obliki premoga ali nafte. Ogljik v obliki fosilnih goriv:premog in ogljikovodiki(olje , zemeljski plin ) je eden najpomembnejših virovenergija za človeštvo . Ogljik v jeklarski industriji je ena najpomembnejših sestavin zlitin.železo-ogljik (proizvodnja lito železo in postati ). Ogljik je del atmosferskih aerosolov, zaradi česar se lahko regionalno podnebje spremeni in število sončnih dni zmanjša. Ogljikovi delci absorbirajo sončno sevanje kar lahko povzroči segrevanje zemeljske površine. Ogljik pride v okolje v obliki saj kot del izpušnih plinov motornih vozil, pri zgorevanju premoga v termoelektrarni (termoelektrarni), pri odprtem odkopu premoga, njegovem podzemnem uplinjanju, pridobivanju premogovnih koncentratov, itd. Koncentracija ogljika nad viri izgorevanja je 100-400 µg/m³, velika mesta 2,4-15,9 µg/m³, podeželje 0,5-0,8 µg/m³. Z emisijami plinov in aerosolov iz jedrskih elektrarn, (6-15) 10 9 Bkg/dan ogljikovega dioksidaplin. Visoka vsebnost ogljika v atmosferskih aerosolih vodi do povečanja incidence prebivalstva, zlastizgornjih dihalnih poti in pljuča . Poklicne bolezni - predvsem antrakoza in prahbronhitis. Vsebnost ogljika v atmosferskem zraku je največja enkratna 0,15, povprečna dnevna 0,05 mg/m³. Toksični učinek ogljika, vključenega v sestavo beljakovinskih molekul (zlasti v DNK inRNA ), je določen z učinkom sevanja beta delcev in dušikovih povratnih jeder ter transmutacijskim učinkom - spremembo kemijske sestave molekule zaradi pretvorbe atoma ogljika v atom dušika.

Grafit

Diamant

Vsi poznajo snovi, kot sta grafit in diamant. Grafit najdemo povsod. Iz njega so na primer izdelane palice za preproste svinčnike. Grafit je snov, ki je precej dostopna in poceni. Toda snov, kot je diamant, se zelo razlikuje od grafita. Diamant je najdražji kamen, zelo redek in prozoren, za razliko od grafita. Težko je verjeti, vendar je kemijska formula grafita enaka kot pri diamantu. V tem članku bomo raziskali, kako je to mogoče.

Grafit: zgodovina in lastnosti minerala

Zgodovina grafita sega več tisoč let nazaj, torej točno leto začetek njegove uporabe je izjemno težko ugotoviti. Grafit je znan kot dober prevodnik elektrike. Poleg tega je ta mineral zelo krhek. Zato so iz njega izdelane palice za svinčnike.

Kemične lastnosti minerala vključujejo tvorbo inkluzijskih spojin s številnimi snovmi, kot so soli in mineral se ne topi v kislinah.

Formula grafita je C, to je eden od znanih šestih elementov periodnega sistema - ogljik.

Diamant: zgodovina in lastnosti minerala

Zgodovina diamanta je zelo nenavadna. Menijo, da so prvi diamant našli v Indiji. Takrat človeštvo ni moglo razumeti celotne moči tega kamna. Geologi so vedeli le, da je ta kamen zelo trd in vzdržljiv. Do 15. stoletja so bili diamanti vredni veliko manj kot smaragdi in rubini. In šele takrat je neznani draguljar med obdelavo kamna dal čudovit rez, ki je kasneje postal znan kot diamantni rez. Takrat se je kamen pokazal v vsej svoji veličini.

Diamanti se uporabljajo predvsem v industriji. Ta mineral je najtrpežnejši na celem svetu, zato iz njega izdelujejo abrazive, rezila za obdelavo trpežnih kovin in še veliko več.

Kot že vemo, je formula grafita v kemiji C, enako formulo ima diamant.

Razlike med diamantom in grafitom

Kljub temu, da imajo minerali podobne kemijske formule, se med seboj močno razlikujejo videz kot tudi s kemičnega vidika.

Prvič, diamant in grafit imata popolnoma drugačno strukturo drug od drugega. Navsezadnje je grafit sestavljen iz mreže šesterokotnikov, medtem ko ima diamant kubično kristalno strukturo. Krhkost grafita je posledica dejstva, da je vez med njegovimi plastmi zelo lahko zlomiti, njegovi atomi so tiho ločeni drug od drugega. Zaradi tega grafit zlahka absorbira svetlobo, je zelo temen, za razliko od diamanta.

Razlikuje se po tem, da je en atom ogljika obdan s še štirimi atomi v obliki tetraedričnega trikotnika ali piramide. Vsak atom je na enaki razdalji drug od drugega. Vezi med atomi so zelo močne, zato je diamant tako trd in močan. Druga lastnost diamanta je, da lahko prevaja svetlobo, za razliko od grafita.

Ali je nenavadno, da je formula grafita enaka formuli diamanta, minerali pa so povsem različni? ne! Navsezadnje diamant nastane po naravi pri ogromnem pritisku in nato zelo hitrem ohlajanju, grafit pa pri nizkem tlaku, a zelo visoki temperaturi.

snovi?

Alotropne snovi so zelo pomemben koncept v kemiji. To je osnova osnov, ki omogoča razlikovanje snovi med seboj.

V šoli se alotropne snovi preučujejo na primeru grafita in diamanta ter njihove razlike. Torej, ko smo preučili razlike med diamantom in grafitom, lahko sklepamo, da je alotropija obstoj v naravi dveh ali več snovi, ki se razlikujejo po svoji strukturi in lastnostih, vendar imajo podobno kemijsko formulo ali pripadajo istemu kemičnemu elementu.

Pridobivanje diamanta iz grafita

Formula grafita - C - je znanstvenikom omogočila številne poskuse, zaradi katerih so odkrili alotropne snovi grafita.

Učitelji tako učencem kot študentom pripovedujejo o tem, kako so znanstveniki poskušali ustvariti diamante iz grafita. Ta zgodba je zelo zanimiva in fascinantna, prav tako pa vam omogoča, da se spomnite obstoja takšnih alotropnih snovi, kot sta grafit in diamant, ter njihovih razlik.

Pred časom so znanstveniki poskušali iz grafita ustvariti diamante. Verjeli so, da če je formula diamanta in grafita enaka, potem bodo lahko ustvarili diamant, ker je kamen zelo drag in redek. Zdaj vemo, da se mineralni diamant v naravi pojavi pri visokem tlaku in takojšnjem ohlajanju. Zato so se znanstveniki odločili razstreliti grafit in s tem ustvariti potrebne pogoje za nastanek diamanta. In dejansko se je zgodil čudež, po eksploziji so na grafitu nastali zelo majhni diamantni kristali.

Uporaba grafita in diamanta

Danes se tako grafit kot diamant uporabljata predvsem v industriji. Toda približno 10% celotne proizvodnje diamantov gre za nakit. Najpogosteje so svinčniki izdelani iz grafita, saj je zelo krhek in krhek, hkrati pa pušča sledi.

Pozdravljeni, naši dragi bralci! Ste se kdaj vprašali, diamant in grafit – kaj imata lahko skupnega? Zdi se, da je diamant tisto, iz česar je narejen dragi nakit, prijeten za oko osebe tudi z najbolj prefinjenim okusom. Trdna, močna in skoraj neuničljiva. In grafit, glavni element za izdelavo svinčnikov, je zelo krhek in se zlahka zlomi. Se spomnite, kako pogosto se je vaš vodnik zlomil?

Vendar sta oba minerala med seboj povezana. Še več, rekreacija posebni pogoji omogoča proces transformacije iz grafita v diamant in obratno.

Branje članka vam bo omogočilo, da ugotovite, kakšne lastnosti imajo minerali, predstavljeni v članku, kako so se sploh pojavili na Zemlji, kam morate iti, da rudarite diamante. Ali, z manj sreče, grafit, pa tudi, ali je mogoče diamante in grafit izdelati doma.

Želimo vam prijetno branje!

Lastnosti diamanta in grafita

Glavne značilnosti diamanta so:

• sposobnost loma in odboja sončne svetlobe, kar ji daje slavni sijaj;
• največja trdota (v primerjavi z drugimi minerali) in krhkost;
• metastabilnost - sposobnost, da v normalnih pogojih več sto let ne spremeni svoje strukture in stanja;
• visoka toplotna prevodnost;
• visoka odpornost na kisline in alkalije;
• ima nizek koeficient trenja;
• dielektrik, ne prevaja elektrike.

Takšne lastnosti minerala postanejo možne zaradi dejstva, da ima njegova notranja struktura zapleteno kristalno mrežo, ki je kocka ali tetraeder. Struktura temelji na takem kemičnem elementu, kot je ogljik.

V prisotnosti nečistoč v svoji kristalni mreži lahko spremeni svojo običajno barvo za vse. Torej prisotnost železa v sestavi daje mineralu rjav odtenek, litij - rumen, aluminij - moder, mangan - roza ali rdeč (odvisno od koncentracije), bor - moder, krom - zelen.

Grafit je pravo nasprotje diamanta. Njegova struktura je sestavljena iz več plasti, ki navzven spominjajo na tanke plošče. Glavni strukturni element je ogljik. Je črne barve s pridihom kovine. Mehka in rahlo mastna na otip.

Ima naslednje značilne lastnosti:

• ne prepušča in ne lomi svetlobe;
• dobra toplotna prevodnost;
• dobra požarna odpornost;
• krhkost;
• nizek koeficient trenja;
• prevaja električni tok;
• se lahko meša z drugimi snovmi.

Kljub tako različnim lastnostim se je sodobna znanost naučila umetno proizvajati tukaj predstavljene minerale drug iz drugega.

Je diamant mineral ali ne?

Da bi odgovorili na to vprašanje, ugotovimo, kaj je "mineral". V sodobni znanosti se mineral šteje za trdno telo naravnega izvora, ki ima kristalno strukturo, to je, da je razporeditev atomov strogo urejena.

Ker je struktura diamanta kocka ali tetraeder, ima jasno kristalno mrežo, ga lahko varno pripišemo mineralom.

Podobno je z grafitom, katerega lamelna struktura ima prav tako strog red.

Izvor diamantov in grafita

Natančnih in zanesljivih podatkov o tem, od kod prihajajo ti minerali, ni. Hipotez je le nekaj, in sicer:

1. Hipoteza o magmatskem izvoru
2. Hipoteza o izvoru plašča
3. Hipoteza o izvoru tekočine

Prvi dve teoriji sta najbolj priljubljeni in se nanašata na dejstvo, da se je pojav zgodil v črevesju naše Zemlje pred mnogimi milijoni let na globini od sto do dvesto kilometrov. Kristali so bili prineseni na površje zaradi eksplozij in vulkanskih izbruhov.

Grafit pa lahko nastane kot posledica sprememb v sedimentnih kamninah.

Zanimivo dejstvo je prisotnost diamantnih drobcev v meteoritih. To nakazuje, da poleg zemeljskega izvora obstajajo tudi kristali meteoritskega izvora, prineseni iz vesolja.

Obstajajo številne hipoteze o tem, kako lahko drobci nastanejo v meteoritih. Najbolj priljubljena teorija je, da sam meteorit ne vsebuje diamantnih drobcev v "čisti" obliki, ampak je le obogaten z ogljikom. Ob udarcu z Zemljo se razvijejo idealni pogoji za ponovno nastanek minerala: toplota(dva do tri tisoč stopinj) in tlak (od 5 do 10 GPa). Tako oblikovani diamanti se imenujejo impaktiti.

Na žalost so kristali kozmičnega izvora premajhni za industrijsko proizvodnjo, zato so vsa nahajališča, ki se uporabljajo za pridobivanje, le naravnega izvora.

Glavna nahajališča

Največja nahajališča diamantov se nahajajo v Indijski republiki, Ruska federacija, provinca Kimberley (predstavlja 80 % celotne proizvodnje).

Ruska nahajališča se nahajajo v Republiki Sakha (Jakutija), Permska regija in regija Arkhangelsk.

Da bi odkrili nahajališče diamantov uporablja se rentgen. Iskanje traja desetletja. Zelo malo odkritih nahajališč vsebuje minerale Visoka kvaliteta zadostuje za uporabo v industriji nakita.

Postopek rudarjenja je sestavljen iz pridobivanja rude in njenega mletja ter ločevanja spremljajočih kamnin. Nato se s pomočjo posebne opreme določijo kategorije in razredi pridobljenega materiala.

Največja nahajališča grafita se nahajajo na Krasnodarskem ozemlju in v Ukrajini. Nahajališča z nizko kakovostnim materialom najdemo na Madagaskarju, v Braziliji, Kanadi in Mehiki.

Praviloma se pojavlja skupaj z apnenčastimi kamninami, kot sta apatit in flogopit, pa tudi v tvorbah pnevmatolita, in sicer: kremena, glinenca, biotita, titanomagnetita.

Področje uporabe

Uporabljajo se na številnih področjih industrije.

• elektrotehnika;
• radijska elektronika in močnostna elektronika;
• vrtalni stroji;
• izdelava dragocenega nakita in dodatkov.

Področje uporabe grafita:

• izdelava ognjevarne opreme;
• proizvodnja maziv;
• proizvodnja svinčnikov;
• jedrska energija (kot moderator nevtronov);
• umetna proizvodnja diamantov.

Najbolj priljubljeno področje uporabe je nakit. Mineral po obdelavi, imenovan diamant, ima visoke stroške in je zelo priljubljen na trgu nakita. Za mnoge ljudi je to še vedno odlična naložbena možnost.

Tehnologija pridobivanja diamantov iz grafita

Za sodobno znanost je vzgajanje umetnega kristala diamanta le malenkost. Če v vivo za njegovo nastajanje je porabljenih na stotine milijonov let, v posebej opremljenem laboratoriju pa se to izvede v veliko krajšem času.

Načelo pridobivanja na nenaraven način je poustvariti optimalni pogoji, najbolj ugodno za spreminjanje oblike ogljika. Hkrati sta potrebna visoka temperatura (od 1500 do 3000 stopinj) in tlak (več GPa). Najlažji način za pridobitev je impulzno segrevanje grafita do dva tisoč stopinj. Med vzdrževanjem visokega tlaka se izvaja proces pretvorbe grafita v diamante. Istočasno, ko se tlak zmanjša, se začne obratni proces, v katerem se en mineral spremeni v drugega.

V zvezi s tem je za pridobitev diamantnega kristala potrebno dolgo časa vzdrževati stabilne parametre visoke temperature in tlaka. Zaradi tega je tehnologija pretvorbe energetsko intenzivna in draga. Poleg tega se med tem postopkom izkaže, da dobimo samo industrijski diamant, ki ni primeren za uporabo v nakitu.

Zaradi teh razlogov se nenaravna proizvodnja diamantov šteje za nedonosno v primerjavi z rudarjenjem.

Pridobivanje umetnega grafita

Obstajajo naslednje vrste umetnih grafitov: plavžni, koksni, retortni, Acheson.

Najbolj priljubljena nenaravna vrsta je koks. Proizvodna metoda je sestavljena iz pridobivanja goste ogljikove mase iz peska in koksa, njenega praženja, povezanega s karbonizacijo. Na zadnji stopnji pride do kristalizacije (grafitizacije). Za zmanjšanje poroznosti nastali mineral impregniramo s sintetičnimi smolami in praženje ponovimo. Vsak ponovljen cikel znatno zmanjša poroznost. Skupaj je lahko do pet ciklov.

Pomembna pomanjkljivost umetnega grafita je vsebnost različnih nečistoč in s tem nizka "čistost".

To je vse! Najlepša hvala za vaše zanimanje in pozornost! Ne pozabite priporočiti članka svojim prijateljem na družbenih omrežjih!

Ekipa LjubiKamni

V tem članku:

"Za kakšne namene se uporabljata diamant in grafit?" - to vprašanje si skoraj ne zastavi nihče od ljudi, ki jih zanima samo lupina mineralov. Dejansko, kaj lahko veže dve tako različni snovi po svojih lastnostih? Diamant je trd mineral, katerega nahajališča so v naravi redka. Grafit je eden najmehkejših mineralov, njegova nahajališča najdemo v mnogih delih sveta. Zdi se, da med temi snovmi ni nobene povezave, vendar v resnici ni tako - razumevanje tega dejstva vam omogoča ne samo razumevanje, kje in za kakšen namen se uporabljajo, ampak tudi, kako se to naredi.

Fizikalne in kemijske lastnosti

Diamant je prozoren mineral, kristalne oblike. Obstajajo diamanti, pobarvani v rdeči, modri in črni barvi. Brušen diamant postane diamant, njegova vrednost se poveča, vendar to ne vpliva na lastnosti snovi.

Komunikacija "umetni diamant - grafit"

Mineral je alotropna modifikacija ogljika. Na Mohsovi lestvici trdote zaseda 10. mesto in zato velja za najtršega izmed vseh mineralov. To je razlika med diamantom in grafitom, kljub temu, da sta lahko derivata drug drugega.

Diamant bolje odbija in lomi svetlobo kot drugi minerali. Gostota minerala je 3,4-3,5 g/cm3. Sposobnost prevajanja toplote niha na ravni 2300 vatov. Koeficient trenja za kovino je 0,1, kar je razloženo s prisotnostjo filma adsorbiranega plina v diamantu. Tališče diamanta je 4000 stopinj Celzija, medtem ko mora biti izpostavljen tlaku 11 GPa.

Proces zgorevanja minerala se začne, ko temperatura zraka doseže 800-1000 stopinj. S sodelovanjem čistega kisika v reakciji zgorevanja se diamant vname kot propan. Med gorenjem nastane moder plamen.

Atomi in molekule kristalne mreže diamanta so med seboj povezani z močnimi skupnimi vezmi in tvorijo pravilen tetraeder. Vsak atom v takem tetraedru je obdan z drugimi atomi, ki tvorijo vrh sosednjih tetraedrov. Tako je vsak od tetraedrov del vseh tetraedrov, kar določa trdoto in neuničljivost diamanta. Diamant in grafit imata različne mrežne strukture.

Za razliko od diamanta grafit ni kristal. Mineral je niz črnih plošč s sivim odtenkom. Videz minerala spominja na jeklo. Grafitizacija grafita se pojavi v kovinskih zlitinah, ki vsebujejo nestabilne ogljikove karbide. Ob stiku z grafitom se čuti prisotnost maščobe, sam pa je mehak, zlahka se drobi in pušča črne lise.

Mineral je prevodnik toplote in elektrike. Ker je polimorfna modifikacija ogljika, je po kemični sestavi v mnogih pogledih podoben diamantu. Posebnost- zgradba molekularne mreže. Grafitna mreža je ravna. Vsi atomi grafita se nahajajo v isti ravnini, ki jo predstavljajo številni šesterokotniki, ki imajo med seboj šibke vezi. Ta struktura rešetke naredi mineral mehak in slojevit, kar omogoča njegovo uporabo na različnih področjih dejavnosti.

Poleg tega takšna struktura mreže omogoča pretvorbo grafita v diamant. Seveda takšna transformacija zahteva pogoje, kot sta temperatura in zračni tlak. Postopek je lahko obraten: prehod diamanta v grafit se pojavi med toplotno izpostavljenostjo in pritiskom.

Področja uporabe

Diamant je najtrši od vseh mineralov. Reže steklo, les, kovino, predmete iz snovi, ki so po trdoti slabše od diamanta. Ta sposobnost razširi obseg diamantov, ki je bil prej omejen na nakit.

Grafit je mehak mineral, a prav zaradi tega je nepogrešljiv v industriji, arhitekturi in tudi umetnosti.

Diamant

Do sredine prejšnjega stoletja so bili diamanti uporabljeni izključno kot nakit. Kamni so bili obdelani, uporabljeni kot nadomestek za denar. Treba je opozoriti, da prvi poskusi oblikovanja diamanta niso bili uspešni. Trdota minerala ni dovoljevala uporabe predmetov iz kovine, kamna in lesa za njegovo obdelavo. V procesu raziskav je bilo mogoče ugotoviti, da je treba diamantno rezanje izvajati z enako močno snovjo, to je samim diamantom. Tovrstno odkritje je vodilo do ideje o možnosti uporabe diamantov na drugih področjih.

Danes se diamanti uporabljajo v:

1. Gradnja. Ustvarjanje diamantnih svedrov je olajšalo delo z betonskimi in jeklenimi konstrukcijami. Diamanti so pomemben del vrtalnih, rezalnih in demontažnih orodij. Uporaba mineralov odpravlja nastanek razpok, kar je še posebej pomembno pri polaganju predorov, polaganju cevi in ​​gradnji objektov. Diamantni svedri in žage režejo beton, jeklo, granit, marmor, brusijo drobljen kamen. Na tem področju diamant in grafit nista primerljiva, sta pa spet povezana.
2. Instrumentacija. Veliko naprav vsebuje delce diamantnega prahu ali cele diamante.
3. inženirska področja. Pri brušenju kovinskih orodij se najpogosteje uporabljajo diamanti.
4. Prostorsko območje. Ustvarjanje natančnih teleskopov je nemogoče brez uporabe diamantnih delov.
5. Operacija. Glavni instrument kirurga je skalpel, katerega debelina in ostrina v veliki meri določata uspeh operacije. Diamantni skalpeli so najboljši način za spopadanje s to nalogo. posebna pozornost zaslužijo razviti laserji na kristalih, katerih prevodna snov je diamant.
6. Telekomunikacije in elektronika. Da lahko signali različnih frekvenc prehajajo skozi en kabel, se uporabljajo tudi diamanti. Njihova uporaba na tem področju je povezana z zmožnostjo prenašanja visokih temperatur in napetostnih sunkov.
7. Znanost. Mineral nevtralizira učinke agresivnega okolja, zato se uporablja kot zaščitni element. Diamant je sestavni del eksperimentov, ki se izvajajo na področjih, kot so kvantna fizika, optika in ustvarjanje laserjev.
8. Rudarstvo. Naprave, katerih glavni del je diamant, se uporabljajo pri vrtanju rudnikov, pridobivanju nafte, premoga in plina.

Za industrijske namene se uporabljajo izključno sintetično pridelani diamanti. Pravi kamni se uporabljajo izjemno redko, kljub dejstvu, da grafit in diamant najdemo v naravi.

Struktura diamanta in grafita

Uvod

Diamantna industrija naše države je v fazi razvoja, uvedbe novih tehnologij za predelavo mineralov.

Najdena nahajališča diamantov se odprejo le z erozijskimi procesi. Za skavta to pomeni, da je veliko »slepih« usedlin, ki ne pridejo na površje. O njihovi prisotnosti se lahko naučite iz odkritih lokalnih magnetnih anomalij, katerih zgornji rob se nahaja na globini stotin, in če imate srečo, potem deset metrov. (A. Portnov).

Na podlagi zgoraj navedenega lahko ocenim možnosti za razvoj diamantne industrije. Zato sem izbral temo - "Diamond in grafit: lastnosti, izvor in pomen".

Pri svojem delu sem poskušal analizirati razmerje med grafitom in diamantom. Da bi to naredil, sem te snovi primerjal z več zornih kotov. menil sem splošne značilnosti teh mineralov, industrijske vrste njihovih nahajališč, naravne in tehnične vrste, razvoj nahajališč, področja uporabe, pomen teh mineralov.

Kljub dejstvu, da sta grafit in diamant po svojih lastnostih polarna, sta polimorfni modifikaciji istega kemičnega elementa - ogljika. Polimorfi ali polimorfi so snovi, ki imajo enako kemijsko sestavo, vendar različno kristalno strukturo. Z začetkom sinteze umetnih diamantov se je zanimanje za študij in iskanje polimorfnih modifikacij ogljika močno povečalo. Trenutno se lahko poleg diamanta in grafita štejeta za zanesljivo ugotovljena lonsdaleit in kaotit. Prvi je bil v vseh primerih najden le v tesnem zrastku z diamantom in se zato imenuje tudi šesterokotni diamant, drugi pa se pojavlja v obliki plošč, ki se izmenjujejo z grafitom, vendar se nahajajo pravokotno na njegovo ravnino.

Polimorfne modifikacije ogljika: diamant in grafit

Edini mineralotvorni element diamanta in grafita je ogljik. Ogljik (C) je kemijski element skupine IV periodnega sistema kemičnih elementov D. I. Mendelejeva, atomsko število - 6, relativna atomska masa - 12,011 (1). Ogljik je stabilen v kislinah in alkalijah, oksidira se le s kalijevim ali natrijevim dikromatom, železovim kloridom ali aluminijem. Ogljik ima dva stabilna izotopa, C (99,89 %) in C (0,11 %). Podatki o izotopu ogljika kažejo, da se pojavlja drugačnega izvora: biogeni, nebiogeni in meteorni. Raznolikost ogljikovih spojin zaradi sposobnosti njegovih atomov, da se povezujejo med seboj in atomi drugih elementov različne poti, določa poseben položaj ogljika med drugimi elementi.

Splošne značilnosti diamanta

Beseda "diamant" takoj prikliče v misli skrivnostne zgodbe, ki govorijo o iskanju zakladov. Nekoč ljudje, ki so lovili diamante, niso niti slutili, da je predmet njihove strasti kristalni ogljik, ki tvori saje, saj in premog. To je prvi dokazal Lavoisier. Postavil je poskus žganja diamanta s pomočjo vžigalne naprave, sestavljene posebej za ta namen. Izkazalo se je, da diamant gori na zraku pri temperaturi približno 850-1000 * C, ne pušča trdnih ostankov, kot navaden premog, in gori v toku čistega kisika pri temperaturi 720-800 * C. Pri segrevanju na 2000-3000 * C brez dostopa kisika se spremeni v grafit (to je posledica dejstva, da so homeopolarne vezi med ogljikovimi atomi v diamantu zelo močne, kar vodi do zelo visokega tališča.

Diamant je brezbarvna, prozorna kristalna snov, ki izjemno močno lomi svetlobne žarke.

Ogljikovi atomi v diamantu so v stanju sp3 hibridizacije. V vzbujenem stanju se valenčni elektroni v ogljikovih atomih razparijo in nastanejo štirje nesparjeni elektroni.

Vsak atom ogljika v diamantu je obdan s štirimi drugimi, ki se nahajajo od njega v smeri od središča na ogliščih tetraedra.

Razdalja med atomi v tetraedrih je 0,154 nm.

Moč vseh vezi je enaka.

Celoten kristal je en sam tridimenzionalni okvir.

Pri 20*C je gostota diamanta 3,1515 g/cm. To pojasnjuje njegovo izjemno trdoto, ki je različna vzdolž ploskev in pada v zaporedju: oktaeder - rombični dodekaeder - kocka. Hkrati ima diamant popolno cepljivost (glede na oktaeder), njegova upogibna in tlačna trdnost pa je nižja kot pri drugih materialih, zato je diamant krhek, ob ostrem udarcu se razcepi, pri drobljenju pa se relativno zlahka spremeni v prah. Diamant ima največjo trdoto. Kombinacija teh dveh lastnosti omogoča, da se uporablja za abrazivna in druga orodja, ki delujejo pri znatnem specifičnem tlaku.

Indeks loma (2,42) in disperzija (0,063) diamanta močno presegata vrednosti drugih prozornih mineralov, kar v kombinaciji z največjo trdoto določa njegovo kakovost kot dragega kamna.

V diamantih so našli primesi dušika, kisika, natrija, magnezija, aluminija, silicija, železa, bakra in drugih, običajno v tisočinkah odstotka.

Diamant je izjemno odporen na kisline in alkalije, se ne zmoči z vodo, ima pa sposobnost oprijema na določene maščobne mešanice.

Diamanti se v naravi pojavljajo tako v obliki natančno definiranih posameznih kristalov kot v obliki polikristalnih agregatov. Pravilno oblikovani kristali izgledajo kot poliedri s ploščatimi ploskvami: oktaeder, rombični dodekaeder, kocka in kombinacije teh oblik. Zelo pogosto so na ploskvah diamantov številne stopnje rasti in raztapljanja; če jih očesu ni mogoče razločiti, so ploskve videti ukrivljene, sferične, oktaedroidne, heksaedroidne, kvadraste in njihove kombinacije. drugačna oblika kristalov je posledica njihove notranje strukture, prisotnosti in narave porazdelitve napak ter fizikalno-kemijske interakcije z okoljem, ki obdaja kristal.

Med polikristalnimi formacijami izstopajo - ballas, carbonado in board.

Ballas so sferolitne tvorbe z radialno žarko strukturo. Carbonado - kriptokristalni agregati z velikostjo posameznih kristalov 0,5-50 mikronov. Plošča je iz prozornih zrnatih agregatov. Ballas in še posebej carbonado imata najvišjo trdoto med vsemi vrstami diamantov.

Slika 1

Slika 2

Splošne značilnosti grafita

Grafit je sivo-črna kristalna snov s kovinskim sijajem, mastna na dotik, po trdoti je slabša celo od papirja.

Struktura grafita je plastna, znotraj plasti so atomi povezani z mešanimi ionsko-kovalentnimi vezmi, med plastmi pa v bistvu s kovinskimi vezmi.

Ogljikovi atomi v kristalih grafita so v sp2 hibridizaciji. Koti med smerema vezi so 120*. Rezultat je mreža, sestavljena iz pravilnih šesterokotnikov.

Pri segrevanju brez dostopa do zraka se grafit ne spremeni do 3700 * C. Pri določeni temperaturi se izloči brez taljenja.

Grafitni kristali so običajno tanke plošče.

Zaradi nizke trdote in zelo popolne cepljivosti grafit zlahka pusti sledi na papirju, mastne na dotik. Te lastnosti grafita so posledica šibkih vezi med atomskimi plastmi. Značilnosti trdnosti teh vezi so značilne za nizko specifično toplotno kapaciteto grafita in njegovo visoko tališče. Zaradi tega ima grafit izjemno visoko ognjevzdržnost. Poleg tega dobro prevaja elektriko in toploto, je odporen na številne kisline in druge kemikalije, zlahka se meša z drugimi snovmi, ima nizek koeficient trenja ter visoko mazljivost in pokrivnost. Vse to je vodilo do edinstvene kombinacije pomembnih lastnosti v enem mineralu. Zato se grafit pogosto uporablja v industriji.

Vsebnost ogljika v mineralnem agregatu in struktura grafita sta glavni značilnosti, ki določata kakovost. Grafit pogosto imenujemo material, ki praviloma ni samo monokristalen, ampak tudi monomineral. V bistvu gre za agregatne oblike grafitne snovi, grafit in grafit vsebujoče kamnine ter produkte obogatitve. Poleg grafita vedno vsebujejo primesi (silikate, kremen, pirit itd.). Lastnosti takšnih grafitnih materialov niso odvisne samo od vsebnosti grafitnega ogljika, ampak tudi od velikosti, oblike in medsebojnih razmerij grafitnih kristalov, t.j. od teksturnih in strukturnih značilnosti uporabljenega materiala. Zato je za oceno lastnosti grafitnih materialov potrebno upoštevati tako značilnosti kristalne strukture grafita kot teksturne in strukturne značilnosti njihovih drugih komponent.

Slika 3.