Алмаз формула в таблице менделеева. Графит: история и свойства минерала. Алмаз в природе

Что такое алмаз известно почти каждому человеку в мире. Это безумно дорогой драгоценный камень. В сознании людей все, что связано с алмазами признаки богатства (алмазные украшения, алмазный фонд). И только специалисты могут с точностью ответить, какой химический состав алмаза, какие его свойства.

Аллотропные модификации

Алмаз в идеальном представлении - кристаллическая форма углерода. Формула строения алмаза и химическая формула углерода эквивалентны. Углерод - представитель распространённых элементов во вселенной и входил в газовое облако, из чего по предположению учёных образовались планеты солнечной системы. Углерод - не металлический элемент. Около 0,14 % земной коры состоит из углерода. Обозначен в таблице Менделеева буквой С (carboneum), и химическая формула минерала алмаза имеет такой же вид. Кроме того, углерод имеет и другие аллотропные модификации с различными формами связывания атомов углерода между собой, точное число указать трудно. Наиболее известные модификации:

Этот изотоп углерода называется углерод-12, с номером 12, возвращающим атомную массу, или количеством нейтронов плюс протонов. Углерод также существует в изотопном углероде-14 с 8 нейтронами, но эта форма неустойчива и с течением времени распадается на азот-14, высвобождая электрон и превращая нейтрон в протон.

Эту веб-страницу. Слово «железо» относится к ионам железа с 3 зарядами, тогда как железо относится к ионам железа с 2 зарядом. Ржавчина образуется, когда кислород в воздухе или в воде сочетается с железом, который является основным компонентом стали, например. Каждый атом кислорода по существу перехватывает два электрона из железа, образуя атомы кислорода с зарядом 2, в то время как каждый атом железа переносит на кислород три электрона, образуя атомы железа с зарядом 3. Так как ионы кислорода отрицательно заряжены и ионы железа положительно заряжены, они притягивают и создают ионную связь, которая образует ржавчину.

алмаз;
графит;
карбин;
лонсдейлит;
фуллерены;
углеродные нанотрубки;
графен;
уголь;
сажа и другие.

Новые свойства углерод приобретает при изменении ковалентной связи. Рассмотрим алмаз и графит, как самые распространенные и внимательно изученные аллотропные модификации углерода.

Этот тип реакции известен как реакция окислительно-восстановительного процесса или реакция красного окисла, где говорят, что кислород восстанавливается, и железо, как говорят, окисляется кислородом. Химическое уравнение для образования ржавчины. Это делает большой сюжетный пункт, но вот правда: он никогда не сработает.

Легко понять, откуда взялась эта идея: бриллианты и уголь - на их основе - различные формы элементарного углерода. И да, давление является ключевой частью того, что превращает затухающие формы жизни на основе углерода, такие как растения в уголь, а также какие повороты. Но реальность немного сложнее, чем.

Графит и алмаз, химический состав и химические свойства

Редкий алмаз и привычный графит - вещества, образованные одним и тем же элементом и могут превращаться друг в друга. Нагретый до 2000оС без доступа кислорода в специальной печи технический алмаз превращается в черный порошок графит. Значит ли это что алмаз и графит одно и то же вещество? И да, и нет. Алмаз и графит представляют собой различные аллотропные модификации углерода.

Физические свойства алмаза

Прежде всего, давайте посмотрим на химический состав этих двух форм углерода. Алмазы представляют собой по существу чистый углерод, образованный в кристаллическую структуру. Редкие, цветные алмазы содержат незначительные примеси, но эти примеси существуют по шкале одного атом в миллионе.

Уголь также в основном является углеродом, но он едва ли чист. Уголь также включает много других веществ, включая водород, азот, кислород, сера, селен и ртуть. В зависимости от типа угля и его источника он также будет содержать различные уровни органических материалов - уголь происходит от разлагающихся растений, грибов и даже бактерий, а также от влаги. Только эти примеси предотвращают превращение угля в алмазы.

Атом углерода состоит из 6 электронов, расположенных на 2 энергетических уровнях: на первом 2 S-электрона, на втором 2 S-электрона и 2 P-электрона. При возбуждении атома (переход на более высокий уровень энергии) происходит перемещение 1 S-электрона на Р подуровень. Арбиталии двух электронов гибридизируются и атом приобретает форму тетраэдра.

Кроме того, углерод требует гораздо больше, чем давление, чтобы стать алмазом. Это также требует огромного количества тепла. Фактически, алмазы требуют сочетания тепла и давления, которые обычно могут быть найдены только на расстоянии от 90 до 100 миль от поверхности Земли, глубоко внутри мантии. Это тепло и давление работают вместе, чтобы уголь образовался в кристаллическую структуру решетки, которую мы так хорошо знаем. При наличии этого тепла и давления каждый атом углерода связывается с четырьмя другими атомами в так называемой тетраэдрической единице.

Возможны и другие формы гибридизации. Например SP2. Если в перестройке участвует не 1, а 2 P-электрона, то гибридные облака располагаются симметрично в плоскости, а не затронутые гибридизацией Р-облака в перпендикулярной области. Атомы углерода образуют двойные связи между собой: сигма связи (прочный тип ковалентной связи) и пи связи (менее прочный тип ковалентной связи).

Эта сильная молекулярная связь обеспечивает алмазы не только их структурой, но и их классической твердостью. Эта связь была бы невозможна, если бы примеси присутствовали ни на чем, кроме поверхностного уровня. Если алмазы образуются до сих пор ниже поверхности земли, как они заканчиваются на наших пальцах? Процесс начался миллионы, если не сотни миллионов лет назад, когда извержения вулканов приблизили алмазы к поверхности. Эрозия, геологические сдвиги, потоки и другие процессы затем рассеяли их дальше от их первоначальных участков извержения.

При такой гибридизации образуется кристаллическая решетка графита. В ней связи атомов, лежащих в одной плоскости чрезвычайно прочны, а связи в другой плоскости - нет. Это обусловлено силами межмолекулярного взаимодействия и блуждающими свободными электронами. Такой вид кристаллической решетки графита объясняет его металлические свойства, таких как электропроводность.

Графит: история и свойства минерала

Несколько алмазов исходят из немного разных источников. Глубоководная океаническая тектоника связана с созданием некоторых особенно мелких алмазов. Астероидные удары, возможно, создали некоторые другие, поскольку в некоторых кратерах обнаружены миллиметровые алмазы. По словам Хобарта Кинга, в обоих этих процессах, вероятно, участвовали известняк, мрамор или доломит, а не уголь.

Понятие об аллотропии

Вам нужно знать о склеивании и структуре четырех различных веществ: хлорида натрия, йода, алмаза и графита. В приведенной ниже таблице приведены эти данные, и молекулярные модели позволяют подробно изучить структуры. Модели начинаются с проводов. Вы можете перемещать модели с помощью левой кнопки мыши.

Графит устойчив при высоких температурах.

Он применяется для изготовления электродов для электродуговых приборов и электропечей.

Графит способен расслаиваться под действием приложенных сил, что позволяет использовать его в качестве сухой смазки для уменьшения трения. Графит обладает свойствами замедлять нейтроны. Поэтому его используют в урано-графитовых реакторах ядерных электростанций. Крупные месторождения графита находятся на юге Украины и в Краснодарском крае.

Аллотропы - это разные физические формы одного и того же элемента. Все элементы составлены однозначно из их собственных атомов, и поэтому любые физические различия должны быть следствием того, как атомы соединяются вместе - их расположение внутри объемной структуры.

Многие элементы проявляют аллотропию, поскольку часто существуют различные способы, с помощью которых атомы могут быть связаны друг с другом в молекулы, а также различные способы, с помощью которых молекулы могут быть расположены для создания больших структур.

Химические свойства и структура вещества

В случае углерода атомы образуют либо гигантские макромолекулярные структуры, в которых все атомы в объемной структуре соединены вместе ковалентными связями, образующими гигантские молекулы, или более мелкие молекулы, в которых имеются только дискретные молекулы, состоящие из 60 атомов углерода в структура, напоминающая футбол.

Алмаз - другая аллотропная форма углерода. Природные минералы могут иметь самую различную форму. для всех форм одинаковая. Элементарная ячейка кристалла алмаза представлена в виде тетраэдра, где в вершинах расположены атомы углерода, имеющие прочные сигма связи. Атомы в вершинах тетраэдров образуют центры новых тетраэдров. Хотя связи направлены к вершинам тетраэдра, решетка алмаза имеет кубическую симметрию. Расстояние между атомами равно 154 пика метрам.

Каждый углерод в алмазном кристалле связан с четырьмя другими атомами углерода, образующими гигантский макромолекулярный массив. Самое твердое вещество, известное человеку Хрупкий изолятор, нерастворимый в воде, очень высокая температура плавления. Физические свойства алмаза объясняются рассмотрением структуры и склеивания.

Физические свойства графита объясняются рассмотрением структуры и склеивания. Это небольшие молекулы углерода, в которых гигантская структура закрыта в сферы атомов или труб. Самый маленький фуллерен имеет 60 атомов углерода, расположенных в пятиугольниках и шестиугольниках, таких как футбол. Это называется Бакминстерфуллерен.

Итак, аллотропные модификации углерода графит и алмаз отличаются тем, что у графита прочные плоскостные связи, а у алмаза пространственные.

Атомные и молекулярные формы углерода

При описании химических решеток используются всего два вида: молекулярный тип и атомный тип. Нужно отметить, что понятие молекула не входит в описание химического строения алмаза, так как именно атом, а не молекула является ячейкой кристаллической решетки. Кстати, нет и понятия молекула углерода, в природе элемент создает химические соединения.

Фуллерены сначала выделяли из сажи химинов и экстрагировали из растворителей в виде красных кристаллов. Фуллерены нерастворимы в воде, но растворимы в метилбензоле. Физические свойства фуллеренов объясняются рассмотрением структуры и склеивания. Молекулярная структура синтетического алмаза делает его самым универсальным суперматериалом в мире.

Характеристики синтетического алмаза включают. Механические свойства Исключительная твердость синтетического алмаза и его очень низкий коэффициент трения имеют неотъемлемые преимущества в механических применениях. Он продлевает срок службы инструмента, сокращает время простоя и снижает эксплуатационные расходы и углеродные следы. Однако синтетический алмаз намного больше, чем просто чрезвычайно твердый, он также может быть изготовлен с ультратонким краем для экстремальной точности, что является важным фактором его использования в качестве хирургического скальпеля в офтальмологической и нейрохирургии, например.

Если рассмотреть другие химические модификации углерода, то молекула углерода найдена в фуллеренах. Она имеет форму замкнутых многогранников. Открытие фуллерена произошло в 1985 году, когда была открыта 60-атомная молекула С60, по своей форме очень похожу на футбольный мяч. Молекула - это плоская сетка из шестиугольников (графит), сшитая в замкнутую сферу (сфероид), изменяющиеся связи часть шестиугольников преобразуется в пятиугольники. Открытие помогли сделать исследования масс-спектра паров графита при лазерном облучении. Далее была найдена молекула С70, отличающаяся от С60 10 атомной вставкой. На сегодняшний день молекула фуллерена представлена формулами от С60 до С540.

Оптические свойства Синтетический алмаз имеет самую широкую спектральную полосу любого известного материала - от ультрафиолетового до дальнего инфракрасного диапазона и миллиметрового диапазона СВЧ-диапазона. Термические свойства С самой высокой теплопроводностью синтетический алмаз является идеальным материалом для применения в системах теплового управления, требующих оптимальной производительности. Синтетический алмаз играет ценную роль во всех типах электронных и электрических применений, где накопление тепла может разрушить неровную схему или серьезно ухудшить рабочие характеристики.

Свойства алмаза

Алмаз мог появиться в период формирования центрального ядра земли, под влиянием гигантских давлений и температур. На поверхность земли камни попали при процессах горообразования с глубинными породами. В результате образовались глубинный тип месторождения - алмазная трубка. Согласно другой теории кимберлитовые трубки создавались в результате взрывов при поднятии магмы, богатой газами и парами. Алмаз обладает следующими уникальными свойствами:

Одним из первых успешных применений синтетического алмаза в этой области был «теплоотвод» для чувствительных компонентов, используемых в телекоммуникационной отрасли и в микроэлектронных устройствах. Электрохимические свойства Синтетический алмаз химически и биологически инертен и может выжить в тяжелых физических, химических и радиоактивных средах, которые разрушали бы меньшие материалы. Кроме того, синтетические алмазные аноды позволяют производить озон в масштабе, который подходит для домов, ресторанов, гостиниц и больниц более эффективно и надежно, чем любые другие имеющиеся в настоящее время технологии.

Наивысшая твердость среди минералов. В шкале твердости алмаз занимает первое место. Ни один минерал не может повредить поверхность алмаза. Сам же минерал может наносить царапины на любой материал. При исследовании его на твердомере было получено значение в 4,8 раза больше, чем твердость корунда.
Алмаз великолепный изолятор.
Он чрезвычайно стоик химически. На него не действуют кислоты, в которых активно растворяются металлы.
Горюч. Температура плавления алмаза - 4000оС. С доступом кислорода горит при температуре 850-1000 °С, а при нагреве более 1800°C без доступа воздуха переходит в графит.
Показатель теплопроводности - 20-24 Вт/см, самый высокий среди твердых тел. Если камень сжать в ладони, он не нагреется.
Редкостное преломление света алмаза (люминесценция). Любые по происхождению лучи заставляют камень светиться.

Алмаз и графит считаю представителями чистого углерода, но это очень условное понятие. На самом деле они содержат множество разных примесей.

Электронные свойства Синтетический алмаз также обладает рядом возбуждающих электрических свойств, таких как низкая диэлектрическая постоянная и потеря, высокая мобильность электрических носителей и широкий электронный запрет на разрыв, что позволяет использовать его в современных медицинских приложениях. К ним относятся терапия для пациентов с раком глаза, где синтетические детекторы излучения на основе алмазов обеспечивают доставку правильной дозы для нацеливания только на ткань, пораженную раком, и не здоровые ткани вокруг нее.

Крайние свойства синтетического алмаза как полупроводника в сочетании с присущими ему тепловыми свойствами также вносят важный вклад в поиск, чтобы разблокировать секреты Большого Взрыва. Наши исследования и разработки сосредоточены. И это только начало. Чтобы достичь этого, Элемент Шестой может опираться на исследования из собственных средств, а также на наше сотрудничество с ведущими мировыми научными учреждениями сверхматериальных материалов, включая Университет Уорвика, Гарвардский университет и Университет Витватерсранда.

Месторождения алмазов. Их применение

Долгое время поставщиком алмазов считалась Индия. Сейчас центр добычи алмазов находится в Южной Африке. Здесь был найден самый большой алмаз весом 3 106 карат. В России первая алмазная трубка была открыта в Якутии. Добыча алмазов ведется открытым способом. Алмазы определяют в породе с помощью рентгеновских лучей, в потоке которых они светятся. Только малая часть из них считаются ювелирными. В качестве промышленных используют три их вида:

Чтобы узнать больше о том, как мы планируем принести силу синтетического алмаза, кубического нитрида бора и карбида вольфрама в мир промышленности и науки, посетите наш. Мириам Росси, профессор химии в колледже Вассара, дает следующее объяснение. Как алмаз, так и графит сделаны полностью из углерода, как и недавно обнаруженный бакминстерфуллерен. Однако, как атомы углерода расположены в пространстве, однако, для трех материалов разные, что делает их аллотропами углерода. Разные свойства углерода и алмаза возникают из их различных кристаллических структур.

Борт, мелкозернистый тип минерала.
Баллас, круглый, овальный, грушевидный тип камней.
Карбонадо, камень черного цвета, назван в честь угля (от слова карбо). Цвет угля образуется из-за большого количества примесей: примеси самородного железа и сульфидов придают темную, серую или черную окраску.

Они различаются своей кристаллографической формой и широко применяются в промышленности, в качестве резцов для обработки цветных металлов и сплавов, мелкие чистые алмазы без пузырьков воздуха применяют при изготовлении тонкой проволоки. Один шлифовальный круг с 10 граммами порошка может сделать такой же объем, что и 500 кг корундовых абразивных кругов.

В алмазе атомы углерода расположены тетраэдрически. Это сильная, жесткая трехмерная структура, которая приводит к бесконечной сети атомов. Из-за своей тетраэдрической структуры алмаз также демонстрирует большую устойчивость к сжатию. Твердость кристалла измеряется по шкале, разработанной Фридерихом Моосом, которая объединяет соединения в соответствии с их способностью царапать друг друга. Алмаз поцарапает все другие материалы и станет самым твердым материалом. Это лучший проводник тепла, который мы знаем, доводя до пяти раз больше, чем это делает медь.

Искусственные алмазы

То обстоятельство, что аллотропные модификации переходят одна в другую, используется при создании . Сделать синтетический алмаз непросто. В этом случае, графит должен приобрести прочные пространственные связи - сигма-связи. Для выращивания синтетического алмаза используются следующие способы:

Использование колоссального давления и огромной температуры (HPHT тип). Специальные приборы могут сделать условия для создания алмаза близкими к природным. Графит, растворяясь в металлическом катализаторе, оседает на поверхность затравочного алмаза, выстраивая кристаллические связи.
Пленочный способ химического осаждения графита (CVD тип). Получение чистого алмаза из паров метана.
Способ взрывного синтеза, метод создания алмаза за счет детонации взрывчатого вещества.

Сделать процесс выращивания искусственных алмазов быстрым, дешевым и в больших объемах пока не получается. Еще не создан такой тип оборудования, который с легкостью создаст давление порядка 6000 атм и температуру близкую к 2000оС. Наука не стоит на месте и еще порадует новыми открытиями.

Оцениваем!

О блеске и твёрдости мы вспоминаем, когда думаем о таком камне, как алмаз. Оценивая окрас, прозрачность и различные включения в данное время различают почти тысячу сортов этого минерала с уникальными характеристиками в ювелирной сфере и промышленности.

Оценивают камни по четырём параметрам («4С»): Carat (вес), Colour (цвет), Clarity (прозрачность), Cut (огранка). Вес измеряют в каратах. Он равен 200 миллиграммам, менее 0,01 карата считают крошкой.

Основная характеристика – твёрдость – легла в основу его названия. На языке арабов «ал-мас» в переводе «твердейший», у греков камень назывался «адамас» - «несокрушимый» . В самом начале его истории человек использовал без обработки в качестве чудо-украшения и даже как разменную валюту.

Как же камень попал на землю? Выдвигают несколько научных теорий рождения камня (магматическая, мантийная, метеоритная, флюидная и другие) . Более понятная, на наш взгляд, рождение камня в магме. Атомы углерода, принимая давление в 50 тысяч атмосфер более 125 км в глубине недр, меняют свою кристаллическую решётку, превращаясь в алмазный камень. Магма вулкана выносит эти камни на доступный для добычи уровень земли. Другая теория не менее интересная. Минералы имеют внеземное или досолнечное происхождение. Кристаллы рождаются при попадании метеорита на землю в высоком давлении и огромных температурах. Возраст их насчитывает лет от 100 миллионов до 2,5 миллиардов .

Добыча этих минералов идёт по всему земному шару, только в Антарктиде их ещё не нашли. Места добычи разрабатывают в горизонтальных слоях земных пород: в первичных (коренных) в породах магмы или вторичных (россыпных), когда разрушаются коренные. 85% всех алмазов достают из кимберлитовых и лампроитовых трубок.

В природе находят зёрна (не более 5 мм). Поверхность у них совсем неблестящая и некрасивая. В месторождениях находят как отдельные зёрна, так и сростки, которые называют кристаллическими агрегатами - это сотни сросшихся камешков. В добытом виде они некрасивы. И только огранённый камень превращается в бриллиант. На языке французов слово brilliant означает «сверкающий».

Многообразие алмазов

Бесцветные минералы («чистой воды») сверх редкие. Даже самые чистые имеют различные вкрапления и «нацветы» . Цвета у них рождаются самые интересные, чем он насыщеннее, тем дороже камень:

Физические свойства алмаза

Из всего многообразия минералов эти кристаллы выделяются исключительными свойствами:

Высокая плотность камня алмаза. По так называемой шкале твёрдости Мооса, максимальные 10 баллов среди всех земных минералов. Оставляет след на любом материале, остаётся в первоначальном виде.
Малые дозы ядерного излучения, проникая в кристалл, рождают электрические импульсы и вспышки (сцинтилляции) минерала. Отличный проводниковый эффект.
Минерал устойчив даже к самым сильным кислотам (серная, азотная и т.д.), однако расплавы щелочей (с содой и селитрой) могут сжигать и окисливать его.
Ещё одно свойство - гидрофобность. Воду отталкивает, а к жиру липнет. Реализация добычи минералов из руды – простой способ.
Горит при 720 градусах, а сгорит – при 1000 градусов. После 1200 градусов в атмосферном давлении он трансформируется в графит.
Теплопроводность - полезное свойство в промышленности. Инструменты с алмазным напылением не перегреваются, излишки тепла быстро выводятся.
Дисперсия – разложение белого цвета на радужные, ещё одно уникальное свойство камня. Свет отражается внутри, возвращается обратно, а насквозь не проходит.

Алмаз в химии

Химический состав минерала: С (чистый углерод) , аллотропная модификация шестого элемента химической таблицы Менделеева.

Помимо углерода, практически в каждом кристалле алмаза можно обнаружить примеси. Как правило, они расположены хаотично по всему объёму камня. В процентном соотношении эти примеси не превышают 5%, например, кремний, азот, кальций, бор, магний, алюминий. Реже, но встречаются: железо, медь, барий. В них можно обнаружить твёрдые включения, жидкие и даже газообразные.

Алмаз - простой неметалл, один из аллотропных модификаций углерода, по сути, это кристаллическая форма углерода. Формулы строения алмаза и графита идентичны. Оба из одного элемента и происхождение их схоже. Графит получается при горении алмаза, решётки их различны.

Решётка алмаза - гранецентрированный куб с атомами в каждой вершине и четырёх дополнительных атомов внутри, связанными прочной ковалентной связью в кристаллической решётке. Иной вид имеет кристаллическая решётка графита. Сетки атомов углерода плоскими решётками расположены последовательно и достаточно далеко друг от друга.

Углерод входит в состав газового облака во вселенной. По одной из версий, из подобных облаков образовались в солнечной системе все планеты. В земной коре около 0,14 % углерода. Кроме того, у углерода есть и другие аллотропные варианты (алмаз; графит; карбин; лонсдейлит; фуллерены; углеродные нанотрубки; и другие).

Изменяя ковалентную связь , углерод тут же меняет свои свойства. Шесть электронов атома углерода на двух энергетических уровнях, возбуждаясь, переходят, перемещаются на иные подуровни. Электроны гибридизировались, атом становится по форме тетраэдром.

Если же участвуют два электрона, то облака гибридные располагаются в плоскостях параллельных и перпендикулярных, в зависимости от их участия в процессе. При этом образуются двойные ковалентные связи: сигма (прочная) и пи связь (не прочная).

Учёные разобрались давно, что формула алмаза - чистый углерод. Но создать аналог в искусственных условиях им удалось только в прошлом веке, даже алмаз красного цвета.

Сейчас получить искусственные камни можно несколькими технологиями (фианит, страз, рутил, фабулит, муассанит, сегнетоэлектрик, церуссит).

Обработка камня

В конце обработки добытого минерала совершают огранку, шлифовку, полировку .

Огранка бывает всего трёх видов: при круглых камнях бриллиантовая; при прямоугольных формах ступенчатая, при обработке мелких образцов розой или розеткой.

Два типа огранки используют обычно: круглая (57 граней) и фантазийная («овальная», «груша», «маркиза» (похож на изображение глаза), «принцесса», «радиант», другие виды).

Огранкой бриллиантов занимаются несколько стран мира: Индия, Израиль, США, Китай и Таиланд, Россия и Бельгия.

Высокая прочность и уникальность физических свойств алмаза позволяют использовать минералы в различных сферах жизни человека.

В медицине пользуются тончайшим алмазным скальпелем и в лазерных установках . С их помощью разрабатывают алмазные импланты.

В телекоммуникации, кстати, пришлось свойство выдерживать высокое напряжение и резкие перепады температур, а также одновременная проходимость нескольких сигналов через кристаллы по кабелю.

В электронике именно эти минералы выводят тепло в микроэлектронных устройствах.

В добыче горных пород буровое долото из камней этого минерала превратило процесс в более эффективный и экономичный.