При спалюванні алмазу та графіту утворюється. Графіт та алмаз: кристалічні грати та властивості. Гіпотеза народження алмазу у режимі кавітації

Бакаєва Анастасія

Все почалося з простого олівця! А точніше з його стрижня. На уроці фізики ми проходили тему «Будова твердих, рідких та газоподібних тіл», і виявилося, що вуглець, графіт та алмаз «родичі». Але як же, адже вуглець – це газ, а графіт і алмаз, тверді речовини, що володіють кристалічними гратами, але графіт – «пише», а алмаз настільки твердий, що їм можна різати скло і метали, і прикрашати ювелірні вироби! Нам стало цікаво. Виявляється, стрижень (грифель) простого олівця – це спеціально оброблена суміш графіту, глини, воску. Коли ми малюємо, відбувається розшарування кристалічних ґрат графіту та його атоми лягають на поверхню шестикутними площинами, а до складу кольорових олівців графіт не входить! Просто так, для довідки, наведу орієнтовний склад кольорового олівця: Органічний барвник пластифікатор (стеарин, наприклад, з якого роблять свічки) тальк (до речі, м'який мінерал за шкалою Моосу) каолін (біла глина, її використовують у виробництві порцеляни і ще в косметиці ) клей КМЦ (KарбоксиМетилЦелюлоза) - тут сполучна речовина. Як цікаво! Ми підготували невелике повідомлення про олівець, а вчитель запропонувала розширити цю тему та перетворити її на дослідницький проект.

Завантажити:

Попередній перегляд:

МОУ «ЗОШ № 2 м. Єршов Саратовська область»

Дослідницький проект

Вуглець, графіт, алмаз

Бакаєва Анастасія

8 «А» клас

керівник: вчитель фізики І категорії Філіппова О.В.

2015

Вступ

Все почалося з простого олівця! А точніше з його стрижня. На уроці фізики ми проходили тему «Будова твердих, рідких та газоподібних тіл», і виявилося, що вуглець, графіт та алмаз «родичі». Але як же, адже вуглець – це газ, а графіт і алмаз, тверді речовини, що володіють кристалічними гратами, але графіт – «пише», а алмаз настільки твердий, що їм можна різати скло і метали, і прикрашати ювелірні вироби! Мені стало цікаво. Виявляється, стрижень (грифель) простого олівця – це спеціально оброблена суміш графіту, глини, воску. Коли ми малюємо, відбувається розшарування кристалічних ґрат графіту та його атоми лягають на поверхню шестикутними площинами, а всклад кольорових олівців графіт не входить! Просто так, для довідки, наведу орієнтовний склад кольорового олівця:

• Органічний барвник
• пластифікатор (стеарин, наприклад, з якого роблять свічки)
• тальк (до речі, м'який мінерал за шкалою Мооса)
  каолін (біла глина, її використовують у виробництві порцеляни та ще в косметиці)
• клей КМЦ (KарбоксиМетилЦелюлоза) - тут сполучна речовина.

Як цікаво!

Ми підготували невелике повідомлення про олівець, а вчитель запропонувала розширити цю тему та перетворити її на дослідницький проект.

Цілі роботи:

Вивчити будову, фізичні властивості вуглецю, графіту та алмазу

Дізнатися про застосування вуглецю, графіту та алмазу в техніці, промисловості, ювелірному виробництві та науці

Дізнатись про створення штучних алмазів

Завдання

Створити наочні посібники вивчення кристалічних тіл (кристалічні решітки)

Виростити самостійно кристал мідного купоросу (він також має кристалічні грати, як графіт, алмаз і навіть сіль і цукор…)

Історична довідка.

Графіт, алмаз і вуглець відомі з давніх-давен. Здавна відомо, що графітом можна маркувати інший матеріал, і сама назва "графіт", що походить від грецького слова, що означає "писати", запропонована А.Вернером у 1789 році. Проте історія графіту заплутана, часто за нього приймали речовини, що володіють подібними зовнішніми фізичними властивостями, наприклад молібденіт (сульфід молібдену), який один час вважався графітом. Серед інших назв графіту відомі "чорний свинець", "карбідне залізо", "сріблястий свинець". У 1779 К.Шееле встановив, що графіт можна окислити повітрям із заснуванням вуглекислого газу. Вперше алмази знайшли застосування в Індії, а в Бразилії дорогоцінне каміннянабули комерційного значення в 1725; родовища у Південній Африці було відкрито 1867. У 20 в. Основними виробниками алмазів є ПАР, Заїр, Ботсвана, Намібія, Ангола, Сьєрра-Леоне, Танзанія та Росія. Штучні алмази, технологія яких була створена в 1970 році, виробляються для промислових цілей.«Вуглець зустрічається в природі як у вільному, так і в сполученому стані, у різних формах і видах. У вільному стані вуглець відомий принаймні у трьох видах: у вигляді вугілля, графіту та алмазу. У стані сполук вуглець входить до складу про органічних речовин, тобто. безлічі речовин, що знаходяться в тілі будь-якої рослини та тварини. Він знаходиться у вигляді вуглекислого газу у воді та повітрі, а у вигляді солей вуглекислоти та органічних залишків у ґрунті та масі земної кори. Різноманітність речовин, що становлять тіло тварин і рослин, відома кожному. Віск і масло, скипидар і смола, бавовняний папір і білок, клітинна тканина рослин і м'язова тканина тварин, винна кислота і крохмаль - всі ці та безліч інших речовин, що входять в тканини та соки рослин і тварин, представляють вуглецеві сполуки. Область сполук вуглецю настільки велика, що становить особливу галузь хімії, тобто. хімії вуглецевих або, краще, вуглеводневих сполук».

Вуглець

Рослини добувають вуглець з вуглекислого газу - двоокису вуглецю - що міститься в атмосфері, і використовують його як будівельний матеріал для коренів, стебел та листя. Тварини одержують його, поїдаючи ці рослини. А у ґрунті він накопичується при розкладанні тіл померлих істот. Зі всіх форм існування чистого вуглецю найбільш відомим і, можливо, найбільш цінним для людей є вугілля. Він приблизно на 4/5 складається з вуглецю, а решту складають водень та інші елементи. Цінність вугілля походить з хімічних властивостей вуглецю, головним з яких є те, що він охоче взаємодіє з киснем. Цей процес протікає при спалюванні вугілля повітря, у своїй виділяється велика кількістьтеплової енергії, яку можна використовувати для різних цілей. Однак вуглець у неживої природиможна виявити у вигляді вугілля. Дві інші форми його існування в чистому вигляді, що різко відрізняються один від одного, - графіт і алмаз. Графіт дуже м'який і жирний на дотик. Він служить чудовим мастильним матеріалом для багатьох механізмів. І ще, як ви знаєте, із нього виготовляють грифелі олівців. У цьому випадку графіт поєднується з глиною для зменшення його м'якості. Алмази, навпаки, є міцними з речовин, відомих людині. Їх використовують для створення особливо міцних різців, а також ювелірних прикрас. Атоми вуглецю можуть утворювати зв'язки між собою та з атомами інших елементів. В результаті виходить безліч вуглецевих сполук. Вуглець входить до складу рослин та тварин (~18 %). Кругообіг вуглецю в природі включає біологічний цикл, виділення СО 2 в атмосферу при згоряннівикопного палива, з вулканічних газів, гарячих мінеральних джерел, з поверхневих шарів океанічних вод та ін. Біологічний цикл полягає в тому, що вуглець у вигляді СО 2 поглинається з тропосфери рослинами. Потім збіосфери знову повертається вгеосферу: з рослинами вуглець потрапляє в організм тварин і людини, а потім при гниття тварин і рослинних матеріалів - у ґрунт і у вигляді СО 2 - В атмосферу. У пароподібному стані та у вигляді сполук зазотом і воднем вуглець виявлено в атмосферіСонця , планет, він знайдений в кам'яних і залізнихметеоритах . Вуглець реагує з багатьма елементами з утворенням карбідів (Карбіди - сполукиметалів і неметалів з вуглецем ). Вуглець широко використовується у металургії. (Металургія - сукупність пов'язаних між собою галузей та стадій виробничого процесувід видобуткусировинидо випуску готової продукції -чорних і кольорових металівта їх сплавів ). Завдяки здатності вуглецю утворювати полімерні ланцюжки, існує величезний клас сполук на основі вуглецю, яких значно більше, ніж неорганічних, і вивчення яких займаєтьсяорганічна хімія . Серед них найбільші групи:вуглеводні, білки , жирита ін. Вуглець грає величезну роль життя людини. Його застосування настільки ж різноманітні, як саме цей багатоликий елемент. Вуглець є основою всіх органічних речовин. Будь-який живий організм складається значною мірою з вуглецю. Вуглець – основа життя. Джерелом вуглецю для живих організмів зазвичай є вуглекислий газ із атмосфери або води. В результаті фотосинтезу він потрапляє в біологічні харчові ланцюги, в яких живі істоти пожирають один одного або залишки один одного і тим самим видобувають вуглець для власного тіла. Біологічний цикл вуглецю закінчується або окисленням та поверненням в атмосферу, або похованням у вигляді вугілля чи нафти. Вуглець у вигляді викопного палива:вугілля і вуглеводнів(нафту , природний газ ) - одне з найважливіших джереленергії для людства . Вуглець у сталеливарній промисловості один із найважливіших компонентів сплавівзалізо-вуглець (виробництво чавуну і стали ). Вуглець входить до складу атмосферних аерозолів, внаслідок чого може змінюватися регіональний клімат, зменшуватись кількість сонячних днів. Частинки вуглецю поглинають сонячне випромінювання, що може спричинити нагрівання поверхні Землі. Вуглець надходить у довкілля у вигляді сажі у складі вихлопних газів автотранспорту, при спалюванні вугілля на ТЕС (Теплова електростанція), при відкритих розробках вугілля, підземної його газифікації, одержанні вугільних концентратів та ін. Концентрація вуглецю над джерелами горіння 100-40 , великими містами 2,4-15,9 мкг/м³, сільськими районами 0,5 – 0,8 мкг/м³. З газоаерозольними викидами АЕС в атмосферу надходить (6-15) 10 9 Бкг/добу вуглекислогогазу. Високий вміст вуглецю в атмосферних аерозолях веде до підвищення захворюваності населення, особливоверхніх дихальних шляхіві легень . Професійні захворювання - в основному антракоз та пиловийбронхіт. Вміст вуглецю в атмосферному повітрі максимальний разовий 0,15, середньодобовий 0,05 мг/м³. Токсична дія вуглецю, що увійшов до складу молекул білків (особливо в ДНК таРНК ), визначається радіаційним впливом бета частинок та ядер віддачі азоту та трансмутаційним ефектом - зміною хімічного складу молекули в результаті перетворення атома вуглецю в атом азоту.

Графіт

Алмаз

Всім відомі такі речовини, як графіт та алмаз. Графіт зустрічається всюди. Наприклад, із нього роблять стрижні для простих олівців. Графіт - це речовина цілком доступна і дешева. Але така речовина, як алмаз, дуже відрізняється від графіту. Діамант - це найдорожчий камінь, дуже рідкісний і прозорий, на відміну від графіту. У це важко повірити, але хімічна формула графіту збігається з формулою алмазу. У цій статті ми розберемо, як це можливо.

Графіт: історія та властивості мінералу

Історія графіту налічує тисячі років, тому точний рікпочатку його застосування встановити дуже важко. Графіт відомий тим, що добре проводить електричний струм. Крім того, цей мінерал є дуже тендітним. Тому з нього роблять стрижні для олівців.

До хімічних властивостей мінералу можна віднести утворення сполук включення з багатьма речовинами, такими як солі та мінерал не розчиняється в кислотах.

Формула графіту - C, тобто він є одним із знаменитого шостого елемента таблиці Менделєєва - вуглецю.

Алмаз: історія та властивості мінералу

Історія алмазу дуже незвичайна. Вважається, що перший алмаз знайшли в Індії. Тоді людство так і не змогло зрозуміти всю силу цього каменю. Геологам було лише відомо, що цей камінь дуже твердий та міцний. До 15 століття алмази коштували набагато менше, ніж смарагди та рубіни. І лише потім невідомий ювелір у процесі роботи з каменем надав йому гарне огранювання, яке пізніше стали називати діамантовим. Ось тоді камінь і показав себе у всій своїй красі.

Головним чином алмази використовують у промисловості. Цей мінерал найміцніший на всьому світі, саме тому з нього роблять абразиви, різці для обробки міцних металів та багато іншого.

Як нам відомо, формула графіту в хімії - C, таку ж формулу має і алмаз.

Відмінності між алмазом та графітом

Незважаючи на те, що мінерали мають схожі хімічні формули, вони різко відрізняються один від одного як зовнішнім виглядом, і з хімічної погляду.

Насамперед, алмаз і графіт мають зовсім різну структуру. Адже графіт складається із сітки шестикутників, тоді як алмаз має кубічну кристалічну структуру. Крихкість графіту обумовлюється тим, що зв'язок між його шарами порушити дуже легко, його атоми спокійно відокремлюються один від одного. Через це графіт легко поглинає світло, він дуже темний, на відміну алмазу.

Відрізняється тим, що один атом вуглецю оточений ще чотирма атомами як чотиригранного трикутника чи піраміди. Кожен атом знаходиться на однаковій відстані один від одного. Зв'язок у атомів дуже міцний, тому алмаз є таким твердим і міцним. Ще одна властивість алмазу - те, що може проводити світло, на відміну графіту.

Чи дивно, що формула графіту збігається з формулою алмазу, але мінерали зовсім різні? Ні! Адже алмаз створюється природою при величезному тиску, а потім дуже швидкому охолодженні, тоді як графіт виникає за низького тиску, але дуже високої температури.

речовини?

Алотропні речовини – це дуже важливе поняття у хімії. Це основа основ, що дозволяє відрізняти речовини одна від одної.

У школі алотропні речовини вивчають з прикладу графіту і алмазу, і навіть їх відмінності. Отже, вивчивши відмінності алмазу і графіту, можна дійти невтішного висновку, що алотропия - це існування у природі двох і більше речовин, які різняться за своєю будовою і властивостями, але мають схожу хімічну формулу чи ставляться одного хімічному елементу.

Отримання алмазу з графіту

Формула графіту – C – дозволила вченим зробити безліч дослідів, внаслідок чого були знайдені алотропні речовини графіту.

Викладачі розповідають і школярам, ​​і студентам про те, як вчені намагалися створити алмази із графіту. Ця історія дуже цікава та захоплююча, а ще вона дозволяє запам'ятати про існування таких алотропних речовин, як графіт та алмаз, та про їх відмінності.

Якийсь час тому вчені намагалися створити алмази з графіту. Вони вважали, що якщо формула алмазу та графіту однакова, то вони зможуть створити алмаз, адже камінь дуже дорогий та рідкісний. Тепер ми знаємо, що мінерал алмаз з'являється в природі при високому тиску та миттєвому охолодженні. Тому вчені вирішили підірвати Графіт, тим самим створивши потрібні умови для утворення алмазу. І справді сталося диво, після вибуху на графіті утворилися дуже маленькі кристали алмазу.

Застосування графіту та алмазу

На сьогоднішній день і графіт, і алмаз використовують головним чином промисловості. Але приблизно 10% від усієї видобутку алмазів йде на ювелірну справу. Найчастіше з графіту виготовляють олівці, оскільки він дуже крихкий і ламкий, залишаючи сліди.

Здрастуйте, дорогі наші читачі! Ви коли-небудь замислювалися, алмаз та графіт — що може бути у них спільного? Здавалося б, алмаз - це те, з чого роблять дорогі прикраси, що тішать око людини навіть з витонченим смаком. Твердий, жорсткий та практично неруйнівний. І графіт – основний елемент для виготовлення олівців, дуже крихкий та легко ламається. Згадайте, як часто у вас ламався грифель?

Тим не менш, обидва мінерали є спорідненими один до одного. Більше того, відтворення спеціальних умовдозволяє здійснити процес перетворення з графіту на алмаз, і навпаки.

Прочитання статті дозволить вам дізнатися які властивості мають представлені в статті мінерали, про те, як вони взагалі з'явилися на Землі, куди потрібно вирушити для того, щоб добувати алмази. Або, якщо пощастить менше, графіт, а також, чи можливе виготовлення алмазів та графіту в домашніх умовах.

Бажаємо приємного прочитання!

Особливості алмазу та графіту

Головними відмінними рисами алмазу є:

• здатність заломлювати і відбивати сонячне світло, що надає йому знаменитого блиску;
• найвища твердість (порівняно з іншими мінералами) та крихкість;
• метастабільність – здатність не змінювати своєї структури та стану протягом сотень років за звичайних умов;
• високі показники теплопровідності;
• висока стійкість до кислот та лугів;
• має низький коефіцієнт тертя;
• діелектрик, електричний струм не проводить.

Такі властивості мінералу стають можливими завдяки тому, що його внутрішня структура має складну кристалічну решітку, що є кубом або тетраедром. В основі будови лежить такий хімічний елемент, як вуглець.

За наявності у своїх кристалічних ґратах домішок здатний змінювати свій звичний для всіх колір. Так, наявність у складі заліза надає мінералу коричневий відтінок, літію – жовтий, алюмінію – блакитний, марганцю – рожевий чи червоний (залежно від концентрації), бору – синій, хрому – зелений.

Графіт є повною протилежністю алмазу. Його структура складається з низки шарів, що зовні нагадують собою тонкі пластини. Основним елементом будови є вуглець. Має чорний колір із відтінком металу. М'який і трохи жирний на дотик.

Має такі відмінні риси:

• не пропускає і не заломлює світло;
• добрі показники теплопровідності;
• хороша здатність вогнетривкості;
• крихкість;
• низький коефіцієнт тертя;
• проводить електричний струм;
• можна змішувати з іншими речовинами.

Не дивлячись на такі властивості, сучасна наука навчилася штучно виготовляти представлені тут мінерали один з одного.

Діамант – це мінерал чи ні?

Для того, щоб відповісти на це питання, розберемося, а що взагалі таке «мінерал». У науці мінералом прийнято вважати тверде тіло природного походження, має кристалічну структуру, тобто розташування атомів суворо впорядковано.

Оскільки структура алмазу є кубом або тетраедром, має чітку кристалічну решітку, його з упевненістю можна віднести до мінералів.

Аналогічна ситуація і з графітом, пластинчаста структура якого має строгу впорядкованість.

Походження алмазів та графіту

Точних та достовірних даних, звідки з'явилися ці мінерали, немає. Існує лише деякі гіпотези, а саме:

1. Гіпотеза про магматичне походження
2. Гіпотеза про мантійне походження
3. Гіпотеза про флюїдне походження

Перші дві теорії є найпопулярнішими і зводяться до того, що поява відбулася у надрах нашої Землі багато мільйонів років тому на глибині від ста до двохсот кілометрів. На поверхню кристали були винесені внаслідок вибухів та вивержень вулканів.

Графіт у свою чергу може утворюватися і внаслідок зміни осадових порід.

Цікавим фактом є наявність алмазної крихти у метеоритах. Це говорить про те, що крім земного походження існує ще й кристали метеоритного походження, принесені з космосу.

Існує ряд гіпотез про те, як могла утворюватися крихта у метеоритах. Найбільш популярна теорія полягає в тому, що сам по собі метеорит не містить алмазної крихти в «чистому» вигляді, а лише збагачений вуглецем. При ударі по Землю розвиваються ідеальні умови для відтворення мінералу: висока температура(Дві-три тисячі градусів) та тиск (від 5 до 10 ДПа). Діаманти, утворені даним способом, називаються імпактитами.

На жаль, космічного походження кристали занадто малі для промислового видобутку і тому всі родовища, що використовуються для видобутку, тільки природного походження.

Основні родовища

Найбільші з алмазних родовищ розташовані в Індійській Республіці, Російської Федерації, провінція Кімберлі (доводиться 80% всього видобутку).

Російські родовища знаходяться в Республіці Саха (Якутія), Пермському країта Архангельської області.

Для того, щоб виявити діамантове родовищезастосовується рентген. На пошуки йдуть десятки років. Дуже мала кількість відкритих родовищ має мінерали високої якості, достатнього для використання у ювелірній галузі.

Процес видобутку полягає у вилучення руди та її подрібнення, відділенні супутніх порід. Після цього, за допомогою спеціальної техніки, визначають категорії та класи видобутого матеріалу.

Найбільші з графітових родовищ розташовані у Краснодарському краї та в Україні. Родовища з низькою якістю матеріалу знаходяться на Мадагаскарі, Бразилії, Канаді та Мексиці.

Як правило, зустрічається разом з вапняковими породами, такими як апатит і флогопіт, а також у утвореннях пневматоліту, а саме: кварцу, польового шпату, біотиту, титаномагнетиту.

Галузь застосування

Застосовуються у багатьох галузях промисловості.

• електрична техніка;
• радіоелектроніка та силова електроніка;
• бурильні установки;
• виготовлення дорогоцінних прикрас та аксесуарів.

Область застосування графіту:

• створення вогнестійкого обладнання;
• виготовлення мастильних матеріалів;
• випуск грифелів для олівців;
• ядерна енергетика (як уповільнювач нейтронів);
• штучне виробництво алмазів.

Найпопулярніша сфера застосування – ювелірна справа. Мінерал після обробки, званий діамантом, має високу вартість та велику популярність на ринку прикрас. Багатьом людей ще є відмінним варіантом для вкладення капіталу.

Технологія отримання алмазів із графіту

Для сучасної науки справжня дрібниця виростити штучний алмазний кристал. Якщо в природних умовйдуть сотні мільйонів років на його освіту, у спеціально обладнаній лабораторії це здійснюється у набагато менші терміни.

Принцип отримання неприродним шляхом полягає у відтворенні оптимальних умовнайбільш сприятливі для зміни форми вуглецю. Необхідна одночасно висока температура (від 1500 до 3000 градусів) та тиск (у кілька ГПа). Найпростіший спосіб отримання полягає у імпульсному нагріванні графіту до двох тисяч градусів. За підтримки високого тиску здійснюється процес перетворення графіту в алмази. У той же час при зниженні тиску запускається зворотний процес, при якому один мінерал перетворюється на інший.

У зв'язку з цим для отримання алмазного кристала необхідна стабільна підтримка високих параметрів температури та тиску протягом тривалого часу. Це робить технологію перетворення енергоємної та витратної. Крім того, в ході цього процесу виходить отримати лише технічний алмаз, непридатний для використання в ювелірних виробах.

З цих причин неприродне алмазне виробництво визнано нерентабельним порівняно зі здобиччю.

Отримання штучного графіту

Існують такі види штучних графітів: доменні, коксові, реторні, ачесонівські.

Найпопулярнішим штучним видом є коксовий. Спосіб отримання полягає в отриманні щільної вуглецевої маси з піску та коксу, її випалюванні, пов'язаному з карбонізацією. На останньому етапі відбувається кристалізація (графітизація). Для зменшення пористості отриманий мінерал просочують синтетичними смолами і повторюють обсмажування. Кожен повторений цикл значно зменшує пористість. Усього циклів може бути до п'яти.

Істотним мінусом штучного графіту є зміст різних домішок та, відповідно, низька «чистота».

На цьому все! Дуже дякую за виявлений інтерес та увагу! Не забудьте порадити статтю до прочитання друзям у соціальних мережах!

Команда ЛюбіКамені

У цій статті:

«Для яких цілей застосовують алмаз та графіт?» - цим питанням навряд чи задається хтось із людей, які виявляють інтерес лише до оболонки мінералів. Справді, що може пов'язувати дві такі різні за своїми властивостями речовини? Діамант - твердий мінерал, поклади якого в природі зустрічаються рідко. Графіт - один з м'яких мінералів, родовища його є в багатьох частинах світу. Здавалося б, між цими речовинами немає жодного зв'язку, але насправді це не так – розуміння того факту дозволяє не тільки зрозуміти, де і з якою метою їх використовують, а й те, як це робиться.

Фізичні та хімічні особливості

Алмаз – прозорий мінерал, форма – кристалічна. Зустрічаються алмази, пофарбовані в червоний, блакитний та чорний кольори. Огранований алмаз стає діамантом, вартість його підвищується, але на властивості речовини це не відбивається.

Зв'язок «штучний алмаз – графіт»

Мінерал є алотропною модифікацією вуглецю. За шкалою твердості Мооса він займає 10 позицію і тому вважається найтвердішим з усіх мінералів. У цьому відмінність між алмазом і графітом, незважаючи на те, що вони можуть бути похідними один одного.

Алмаз краще за інших мінералів відбиває і заломлює світло. Щільність мінералу дорівнює 34-35 г/см3. Здатність проводити тепло коливається лише на рівні 2300 Вт. Коефіцієнт тертя металу дорівнює 0,1, що пояснюється наявністю у алмазу плівки з адсорбованого газу. Температура плавлення алмазу - 4000 градусів Цельсія, при цьому він повинен зазнавати тиску в 11 ГПа.

Процес горіння мінералу починається при досягненні температури повітря 800-1000 градусів. За участю в реакції горіння чистого кисню, алмаз спалахує подібно до пропану. У процесі горіння з'являється блакитне полум'я.

Атоми та молекули кристалічних грат алмазу з'єднані між собою міцними об'ємними зв'язками, утворюючи правильний тетраедр. Кожен атом у такому тетраедрі знаходиться в оточенні інших атомів, що утворюють верхівку тетраедрів, розташованих поруч. Таким чином, кожен з тетраедрів є частиною всіх тетраедрів, що зумовлює твердість та неруйнівність алмазу. Алмаз і графіт мають різну будову ґрат.

На відміну від алмазу графіт не є кристалом. Мінерал є набір платівок чорного з сірим відливом кольору. Зовнішність мінералу нагадує сталь. Графітизація графіту відбувається у металевих сплавах, що містять нестійкі карбіди вуглецю. При контакті з графітом відчувається наявність жиру, але він м'який, легко кришиться, залишаючи чорні плями.

Мінерал є провідником тепла та електрики. Будучи поліморфною модифікацією вуглецю, він багато в чому схожий за своїм хімічним складом з алмазом. Відмінна особливість- Будова молекулярної решітки. Грати графіту плоскі. Всі атоми графіту розташовуються в одній площині, що представлена ​​рядом шестикутників, що мають слабкі зв'язки між собою. Така будова грат робить мінерал м'яким і шаруватим, що дозволяє застосовувати його в різних галузях діяльності.

Крім того, така будова решітки уможливлює процес перетворення графіту на алмаз. Природно, що для такого перетворення потрібні такі умови, як температура і тиск повітря. Процес може бути зворотним: перехід алмазу в графіт відбувається в ході термального впливу та тиску.

Області застосування

Алмаз є найтвердішим із усіх мінералів. Він ріже скло, дерево, метал, предмети, виготовлені з речовин, що поступаються алмазу за твердістю. Подібна здатність розширює сфери застосування алмазів, що раніше обмежуються виключно ювелірною справою.

Графіт – м'який мінерал, але саме це робить його незамінним у промисловості, архітектурі та навіть мистецтві.

Алмаз

Аж до середини минулого століття алмази використовувалися виключно як прикраси. Камені піддавалися обробці, використовувалися як заміна грошам. Необхідно відзначити, що перші спроби надати алмазу форму не мали успіху. Твердість мінералу не дозволяла використовувати його обробки предмети, виготовлені з металу, каменю, дерева. У процесі досліджень вдалося з'ясувати, що огранювання алмазу потрібно проводити такою самою міцною речовиною, тобто самим алмазом. Такі відкриття навело на думку про можливість застосування алмазів в інших областях.

На сьогоднішній день алмазам знаходять застосування в:

1. Будівництво. Створення алмазних бурів спростило роботу з конструкціями з бетону та сталі. Алмази є важливою деталлю свердлів, інструментів для різання та демонтажу. Використання мінералів виключає появу тріщин, що особливо важливо під час прокладання тунелів, підведення труб, будівництва будівель. Алмазні свердла та пилки ріжуть бетон, сталь, граніт, мармур, перемелює щебінь. У цій галузі алмаз і графіт не можна порівняти, але знову ж таки взаємопов'язані.
2. Приладобудування. Багато приладів містять у собі частинку алмазного пилу чи цілісні алмази.
3. Машинобудівні області. При обточуванні металевих інструментів найчастіше використовуються алмази.
4. Космічній області. Створення точних телескопів неможливе без використання алмазних деталей.
5. хірургії. Основним інструментом хірурга є скальпель, товщина та гострота якого багато в чому визначає успіх операції. Алмазні скальпелі якнайкраще справляються з цим завданням. Особливої ​​увагизаслуговують лазери, що розробляються на кристалах, провідною речовиною яких виступає алмаз.
6. Телекомунікаціях та електроніці. Щоб сигнали різних частот могли проходити одним кабелем, також використовуються алмази. Застосування їх у цій галузі пов'язане зі здатністю витримувати великі температури та стрибки напруги.
7. Науці. Мінерал нейтралізує вплив агресивного середовища, тому його використовують як захисний елемент. Алмаз є складовою досвідів, які у таких галузях, як квантова фізика, оптика, створення лазерів.
8. Видобування корисних копалин. Прилади, основною деталлю яких є алмаз, використовуються при бурінні шахт, видобутку нафти, вугілля та газу.

У промислових цілях використовують алмази, вирощені виключно синтетичним чином. Справжні камені використовуються вкрай рідко, незважаючи на те, що графіт та алмаз зустрічаються в природі.

Структура алмазу та графіту

Вступ

Алмазна промисловість нашої країни знаходиться на стадії розвитку, впровадження нових технологій обробки мінералів.

Знайдені родовища алмазів розкриваються лише процесами ерозії. Для розвідника це означає, що існує безліч «сліпих» родовищ, які не виходять на поверхню. Про їхню присутність можна дізнатися за виявленими локальними магнітними аномаліями, верхня кромка яких розташовується на глибині в сотні, а якщо пощастить - то в десятки метрів. (А. Портнов).

Виходячи з сказаного вище, я можу судити про перспективність розвитку алмазної промисловості. Саме тому я обрала тему – «Діамант і графіт: властивості, походження та значення».

У своїй роботі я спробувала проаналізувати зв'язок між графітом та алмазом. Для цього порівняла ці речовини з кількох точок зору. Я розглянула загальну характеристикуданих мінералів, промислові типи їх родовищ, природні та технічні типи, розробку родовищ, сфери застосування, значення даних мінералів.

Попри те що, що графіт і алмаз полярні за своїми властивостями, є поліморфними модифікаціями однієї й тієї ж хімічного елемента - вуглецю. Поліморфні модифікації, чи поліморфи - це речовини, які мають однаковий хімічний склад, але різну кристалічну структуру. З початком синтезу штучних алмазів різко зріс інтерес до дослідження та пошуків поліморфних модифікацій вуглецю. В даний час, крім алмазу та графіту, достовірно встановленими можна вважати лонсдейліт та чаотит. Перший у всіх випадках був знайдений тільки в тісному взаємопроростанні з алмазом і тому називається ще гексагональним алмазом, а другий зустрічається у вигляді пластинок, що чергуються з графітом, але перпендикулярно розташовані його площині.

Поліморфні модифікації вуглецю: алмаз та графіт

Єдиний мінералоутворюючий елемент алмазу та графіту - це вуглець. Вуглець (С) - хімічний елемент IV групи періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, атомний номер - 6, відносна атомна маса - 12,011 (1). Вуглець стійкий у кислотах та лугах, окислюється тільки дихроматом калію або натрію, хлористим залізом чи алюмінієм. Вуглець має два стабільні ізотопи С(99,89%) і С(0,11%). Дані ізотопного складу вуглецю показують, що він буває різного походження: біогенного, небіогенного та метеоритного. Різноманітність сполук вуглецю, що пояснюється здатністю його атомів з'єднуватися один з одним та атомами інших елементів у різний спосіб, обумовлює особливе становище вуглецю серед інших елементів.

Загальна характеристика алмазу

При слові «алмаз» одразу згадуються таємні історії, що розповідають про пошуки скарбів. Колись люди, що полювали за алмазами, і не підозрювали, що предметом їхньої пристрасті є кристалічний вуглець, який утворює сажу, кіптяву та вугілля. Вперше це довів Лавуазьє. Він поставив досвід зі спалювання алмазу, використовуючи зібрану спеціально для цього запальну машину. Виявилося, алмаз згоряє повітря при температурі близько 850-1000*С, не залишаючи твердого залишку, як і звичайне вугілля, а струмені чистого кисню згоряє при температурі 720-800*С. При нагріванні до 2000-3000 С без доступу кисню він переходить у графіт (це пояснюється тим, що гомеополярні зв'язки між атомами вуглецю в алмазі дуже міцні, що обумовлює дуже високу температуру плавлення.

Алмаз - безбарвна, прозора кристалічна речовина, що надзвичайно сильно заломлює промені світла.

Атоми вуглецю в алмазі перебувають у стані sp3-гібридизації. У збудженому стані відбувається розпарювання валентних електронів в атомах вуглецю та утворення чотирьох неспарених електронів.

Кожен атом вуглецю в алмазі оточений чотирма іншими, розташованими від нього у напрямку від центру у вершинах тетраедра.

Відстань між атомами в тетраедрах дорівнює 0,154 нм.

Міцність всіх зв'язків однакова.

Весь кристал є єдиним тривимірним каркасом.

При 20 С щільність алмазу становить 3,1515 гр/см. Цим пояснюється його виняткова твердість, яка за межами різна і зменшується в послідовності: октаедр – ромбододекаедр – куб. У той же час алмаз має досконалу спайність (по октаедру), а межа міцності на вигин і стиск у нього нижче, ніж у інших матеріалів, тому алмаз тендітний, при різкому ударі розколюється і при дробленні порівняно легко перетворюється на порошок. Алмаз має максимальну жорсткість. Поєднання цих двох властивостей дозволяє використовувати його для абразивних та інших інструментів, що працюють за значного питомого тиску.

Показник заломлення (2,42) та дисперсія (0,063) алмазу набагато перевищують аналогічні властивості інших прозорих мінералів, що у поєднанні з максимальною твердістю зумовлює його якість як дорогоцінного каменю.

У алмазах виявлені домішки азоту, кисню, натрію, магнію, алюмінію, кремнію, заліза, міді та інших, зазвичай, у тисячних частках відсотка.

Алмаз надзвичайно стійкий до кислот і лугів, не змочується водою, але має здатність прилипати до деяких жирових сумішей.

Алмази у природі зустрічаються як у вигляді добре виражених окремих кристалів, і полікристалічних агрегатів. Правильно утворені кристали мають вигляд багатогранників із плоскими гранями: октаедр, ромбододекаедр, куб та комбінації цих форм. Дуже часто на гранях алмазів є численні ступені росту та розчинення; якщо вони невиразні оком, грані здаються викривленими, сферичними, у формі октаедроїду, гексаедроїду, кубоїду та їх комбінацій. Різна формакристалів обумовлена ​​їхньою внутрішньою будовою, наявністю та характером розподілу дефектів, а також фізико-хімічною взаємодією з навколишнім кристалом середовищем.

Серед полікристалічних утворень виділяються - баллас, карбонадо та борт.

Баллас - це сферолітові утворення з радіально-променистою будовою. Карбонадо - скритокристалічні агрегати з розміром окремих кристалів 0,5-50 мкм. Борт - яснозернисті агрегати. Баласи і особливо карбонадо мають найвищу твердість із усіх видів алмазів.

Рис.1

Рис.2

Загальна характеристика графіту

Графіт - сіро-чорна кристалічна речовина з металевим блиском, жирна на дотик, по твердості поступається навіть папері.

Структура графіту шарувата, всередині шару атоми пов'язані змішаними іонно-ковалентними зв'язками, а між шарами - суттєво металевими зв'язками.

Атоми вуглецю в кристалах графіту знаходяться в sp2-гібридизації. Кути між напрямками зв'язків дорівнюють 120*. В результаті утворюється сітка, що складається із правильних шестикутників.

При нагріванні без доступу повітря графіт не зазнає жодних змін до 3700 *С. За вказаної температури він виганяється, не плавлячись.

Кристали графіту - це, як правило, тонкі платівки.

У зв'язку з низькою твердістю і досконалою спайністю графіт легко залишає слід на папері, жирний на дотик. Ці властивості графіту обумовлені слабкими зв'язками між атомними верствами. Характеристики міцності цих зв'язків характеризують низька питома теплоємність графіту і його висока температура плавлення. Завдяки цьому, графіт має надзвичайно високу вогнетривкість. Крім того, він добре проводить електрику і тепло, стійкий при дії багатьох кислот та інших хімічних реагентів, легко змішується з іншими речовинами, відрізняється малим коефіцієнтом тертя, високою здатністю, що змащує і криє. Все це призвело до унікального поєднання одного мінералу важливих властивостей. Тому графіт широко використовується у промисловості.

Вміст вуглецю в мінеральному агрегаті та структура графіту є головними ознаками, що визначають якість. Графітом часто називають матеріал, який, як правило, не є не тільки монокристалічним, а й мономінеральним. В основному мають на увазі агрегатні форми графітової речовини, графітові та графітмісткі породи та продукти збагачення. Вони, крім графіту, завжди присутні домішки (силікати, кварц, пірит та інших.). Властивості таких графітових матеріалів залежать як від змісту графітового вуглецю, а й від величини, форми та взаємних відносин кристалів графіту тобто. від текстурно-структурних ознак використовуваного матеріалу. Тож оцінки властивостей графітових матеріалів необхідно враховувати як особливості кристалічної структури графіту, і текстурно-структурные особливості інших складових.

Рис.3.