Teemandi ja grafiidi võrdlustabel. Grafiit ja teemant: kristallvõre ja omadused

Olles õppinud füüsikalised omadused teemant ja grafiit, märkisid teadlased, et see erinevad kujud süsinik. Esimene on väärtuslik mineraal, üks raskemaid maailmas. Gemoloogide poolt vastu võetud Mohsi skaala järgi on teemandil kõrgeim kõvadusskoor - 10. Selle süsteemi järgi ei küüni grafiit isegi 2-ni. Läikiv ehe ja pliiatsiviil on valmistatud süsinikust. Nende mineraalide erinevus määrab kristallvõre tüübi. Kuid nende omadused on üksteisest väga erinevad. Lugege selle kohta allpool.

Mis on teemant ja grafiit

Teemant on kõige kõvem mineraal. Väliselt on see läbipaistev kivi, mille kristalne vorm on selgelt nähtav. Teemandid on värvitud, kuid on erinevaid toone, sealhulgas isegi must. Värvus sõltub looduslikest tingimustest, milles kivi tekkis, aga ka erinevatest lisanditest selle struktuuris.

Grafiit on habras, katsudes rasvane, metallilise läikega aine, mis koosneb kihtidena paiknevatest süsiniku molekulidest, mis moodustavad väikeseid õhukesi plaate. Kui vajutate seda, jääb lehele märk.

Mineraalne koostis

Esimene asi, millest teemandi ja grafiidi omadusi silmas pidades alustame, on mineraalide koostis. Mõlemad on valmistatud süsinikust, perioodilisuse tabeli kuuendast elemendist.

Kuna teemant ja grafiit koosnevad süsinikuosakestest, on nende ainetüüp individuaalne ja nende kvalitatiivse koostise moodustavad süsinikuaatomite ühendid. Teemandi ja grafiidi keemiline valem on lihtne – C, süsinik. See keemiline element on lõhnatu, seega ei lõhna teemant ega grafiit.

Kuigi teemandi keemiline valem on sarnane grafiidi omaga, on erinevusi struktuurides, milles süsinikuaatomid ühinevad kristallvõre moodustamiseks.

Kui mineraalidel on erinevad kristallvõred, kuid neid iseloomustavad identsed keemiline koostis, nimetatakse neid polümorfideks. Kõnealused mineraalid – erinevad tüübid süsiniku polümorfsed modifikatsioonid.

Kuidas ja kust leitakse süsinikmineraale?

Elementaarse keemilise koostise sarnasus ei määra ainete sarnaseid omadusi. Erinevused on seletatavad kahe erineva süsinikkivimi päritolu keerukusega. Teemandid tekivad intensiivse rõhu all pärast ülikiiret jahutamist. Ja kui õhurõhk on liiga madal, tekib grafiit üsna kõrgel temperatuuril.

Kinnitus, et teemant ja grafiit ei moodustunud ühtemoodi, on nende olemasolu looduses. Umbes 80% kõigist teemantidest kaevandatakse kimberliittorudes – sügavates kraatrites, mis on tekkinud pärast plahvatust ja maa-aluse gaasi vabanemist vabanenud magmast.

Settekivimites ja magmast moodustunud kihtides on palju grafiidiladestusi.

Keemiline side süsinikmineraalides

Tahkeid aineid moodustavad osakesed ühendatakse kristallvõredeks. Teadus teab 4 tüüpi selliseid võreid – ioonseid, molekulaarseid, aatom- ja metallivõre.

Väliselt on vääriskristall sarnane soolakristallidega, kuid sooladel on ioonne kristallvõre.

Teemandi kristallvõre tüüp, nagu ka selle polümorfne grafiit, on aatom. Selle sõlmed sisaldavad süsinikuaatomeid. Füüsiline olek – tahke keha. Kuid siiski erinevad süsiniku polümorfid kõvaduse poolest.

Teemandi omadus olla nii tugev on tingitud aatomite keemilise sideme tugevusest. Teemandi struktuur on kolmemõõtmeline, selles olevad süsinikuaatomid on paigutatud kolmetahulise püramiidi, tetraeedri kujul. Iga aatomiosake on võrdselt kindlalt ühendatud kõigi nelja naaberosakesega; see saavutatakse kovalentse sideme kaudu.

Aatomiliselt on grafiit kuusnurkse kujuga kihtide kogum, mille iga tipp sisaldab süsinikuaatomit. Selle kihiline struktuur on kahemõõtmeline. Kovalentne side kihtides on tugev ja kihtide vahel palju nõrgem, nagu molekulaarkristallvõrega ainetel. Kihid ei ole tihedalt ühendatud. Seetõttu on grafiidi kõvadus teemandiga võrreldes väiksem.

Aatomi ehituse seos mineraalide füüsikaga

Vaatleme, kuidas aatomite geomeetria väliselt paistab. Teemandi ja grafiidi omaduste erinevus on otseselt seotud kristallvõre struktuuri tüübiga. Teemandi kristallvõres on 4 hästi ühendatud süsinikuaatomit. Nad moodustasid ülitugevad kovalentsed sigma sidemed. Aatomitevaheliste ühendite optilised omadused neelavad valgust, muutes kristalli läbipaistvaks. Ja negatiivselt laetud elementaarosakeste tugev fikseerimine ühtlase tugevusega sidemetes annab sellele kõvaduse ja dielektrilised omadused.

Grafiidi kuusnurkses kristallvõres moodustunud kovalentsed pi-ühendid seovad süsinikuaatomid kokku kihtidena. Sellise sideme korral jääb vabaks mitu elektroni, mistõttu on kihid omavahel vaid vähesel määral seotud. Miinusmärgiga lokaliseerimata elementaarosakeste liikumine annab grafiidi elektrijuhtivuse. Neil puudub valgusjuhtivus, mis jätab aine läbipaistvusest ilma, mistõttu on grafiit musta värvi.

Süsiniku allotroopsed modifikatsioonid

Allotroopia on keemiliste elementide võime eksisteerida kahes või enamas füüsilised vormid(allotroopid). Kõige laiem avastatud on süsiniku allotroopia.

Kui loetleda peamised süsiniku allotroopid, oleksid need järgmised:

• teemant;
• grafiit;
• karabiin;
• fullereen

Eeltoodust on sünteesitud kaks süsiniku allotroopi. Karbüün ja fullereen on kunstlikult saadud süsiniku allotroopsed modifikatsioonid. Karbiin on väikeste mustade kristallide pulber. Pärast avastust leiti laborist ka looduslik aine. Fullereen on umbes 5 mm läbimõõduga kollane kristall, mis sünteesiti eelmise sajandi lõpus USA-s.

Süsiniku allotroopseid vorme saab muundada. Teemandi üleminek teise olekusse ei toimu iseenesest. Kuid kui kristalli kuumutada vaakumis 1800 kraadini, muutub see grafiidiks.

On teada meetodeid, mis võimaldavad teha pöördteisendusi.

Kuidas saada grafiidist kalliskivi

Teemanti saab grafiidist. Rõhul üle 1000 Pa ja temperatuuril 3000 kraadi koos metallide lisamisega muudab grafiidis sisalduv süsinik kovalentseid sidemeid. Saadud kivid on hägused ja poorsed.

Teine meetod on lööklaine kasutamine, mille järel saate imetleda puhtaid läbipaistvaid korrapärase geomeetrilise kujuga, kuid väga väikese suurusega kristalle.

Nende meetodite puudused viisid järeldusele, et teemante on kõige parem kasvatada. Kui teemant kuumutatakse 1,5 tuhande kraadini, siis see kasvab. Kuid see on kallis, mistõttu tänapäeval tehakse kunstehteid metaanist.

Füüsilised ja keemilised omadused

Teemant ei ole elektrit juhtiv, kuid see juhib soojust. Murrab ja peegeldab hästi valgust. Läbipaistev ja läikiv. Sulab 3700-4000 kraadi juures. Lavoisier põletas esmakordselt teemante 18. sajandil.

Hiljem avastasid teadlased, et hapnikuga kombineerituna põleb teemant 721-800 kraadi juures, aurustudes süsihappegaasiks. Ilma õhuta võib see 2001-3000 kraadini kuumutamisel muutuda grafiidiks. Keemilised omadused näitavad vastupidavust hapetele.

Grafiit on elektrit ja soojust juhtiv, hapetes ja vees lahustumatu, kuumakindel. Sulamistemperatuur 2500-3000 kraadi. See ei põle kuni 250-300 kraadi, kuid põledes temperatuuril üle 300 ja kuni 1000 muutub see süsihappegaasiks.

Võrdlevad omadused

Võrdleme teemandi ja grafiidi ehitust ning nende füüsikalisi omadusi: kõvadus, soojusjuhtivus, elektrijuhtivus, keemiliste sidemete tunnused.

Üksikasjalik võrdlev tabel räägib teile mineraalide omadustest:

Sissejuhatus

1.1.üldised omadused teemant

1.2. Grafiidi üldised omadused

2. Graniidi- ja teemandimaardlate tööstuslikud liigid

3. Teemandi- ja grafiidimaakide looduslikud ja tehnoloogilised liigid

4. Graniidi- ja teemandimaardlate arendamine

5. Graniidi ja teemandi rakendused

Järeldus

Bibliograafia.

Sissejuhatus

Meie riigi teemanditööstus on arengujärgus, uute mineraalide töötlemise tehnoloogiate kasutuselevõtt.

Leitud teemandimaardlad paljastavad ainult erosiooniprotsessid. Uurija jaoks tähendab see, et seal on palju "pimedaid" ladestusi, mis ei ulatu pinnale. Nende olemasolu saab ära tunda tuvastatud lokaalsete magnetanomaaliate järgi, mille ülemine serv asub sadade ja hea õnne korral kümnete meetrite sügavusel. (A. Portnov).

Eeltoodu põhjal saan hinnata teemanditööstuse arenguperspektiive. Seetõttu valisin teemaks "Teemant ja grafiit: omadused, päritolu ja tähendus."

Oma töös püüdsin analüüsida grafiidi ja teemandi seost. Selleks võrdlesin neid aineid mitmest vaatenurgast. Vaatlesin nende maavarade üldisi omadusi, nende maardlate tööstuslikke tüüpe, looduslikke ja tehnilisi tüüpe, maardlate arengut, kasutusvaldkondi ja nende maavarade olulisust.

Hoolimata asjaolust, et grafiit ja teemant on oma omadustelt polaarsed, on need sama keemilise elemendi – süsiniku – polümorfsed modifikatsioonid. Polümorfid ehk polümorfid on ained, millel on sama keemiline koostis, kuid erinev kristallstruktuur. Kunstlike teemantide sünteesi alguses on huvi süsiniku polümorfsete modifikatsioonide uurimise ja otsimise vastu järsult kasvanud. Praegu võib lisaks teemandile ja grafiidile pidada usaldusväärselt tuvastatuks ka lonsdaleiiti ja kaotiiti. Esimest leiti kõigil juhtudel ainult tihedalt koos teemandiga ja seetõttu nimetatakse seda ka kuusnurkseks teemandiks ja teist leiti plaatide kujul, mis vahelduvad grafiidiga, kuid asuvad selle tasapinnaga risti.

1. Süsiniku polümorfsed modifikatsioonid: teemant ja grafiit

Ainus teemandi ja grafiidi mineraale moodustav element on süsinik. Süsinik (C) on D. I. Mendelejevi keemiliste elementide perioodilise süsteemi IV rühma keemiline element, aatomarv - 6, suhteline aatommass - 12,011 (1). Süsinik on hapetes ja leelistes stabiilne ning seda oksüdeerib ainult kaalium- või naatriumdikromaat, raudkloriid või alumiinium. Süsinikul on kaks stabiilset isotoopi C (99,89%) ja C (0,11%). Andmed süsiniku isotoopse koostise kohta näitavad, et see pärineb erinevast päritolust: biogeenne, mittebiogeenne ja meteoriitne. Süsinikuühendite mitmekesisus, mida seletatakse selle aatomite võimega kombineerida omavahel ja teiste elementide aatomitega erinevatel viisidel, määrab süsiniku erilise positsiooni teiste elementide hulgas.

1.1 Teemandi üldised omadused

Sõna “teemant” toob kohe meelde salajased lood aardejahtidest. Kunagi polnud teemante jahtinud inimestel aimugi, et nende kire objektiks on kristalne süsinik, mis moodustab tahma, tahma ja sütt. Seda tõestas esmakordselt Lavoisier. Ta katsetas teemantide põletamist spetsiaalselt selleks otstarbeks kokku pandud süütemasinaga. Selgus, et teemant põleb õhus temperatuuril umbes 850-1000*C, jätmata tahket jääki, nagu tavaline kivisüsi, ja puhta hapniku voolus põleb see temperatuuril 720-800*C. Ilma hapniku juurdepääsuta temperatuurini 2000-3000*C kuumutamisel muutub see grafiidiks (seda seletab asjaoluga, et teemandis on süsinikuaatomite vahelised homöopolaarsed sidemed väga tugevad, mis põhjustab väga kõrge sulamistemperatuuri.

Teemant on värvitu läbipaistev kristalne aine, mis murrab valguskiiri ülitugevalt.

Teemandis olevad süsinikuaatomid on sp3 hübridisatsiooni olekus. Ergastatud olekus on süsinikuaatomites olevad valentselektronid paaritud ja moodustub neli paaristamata elektroni.

Iga teemandi süsinikuaatomit ümbritseb neli teist süsinikuaatomit, mis asuvad sellest tetraeedri tippudes keskpunktist eemal.

Aatomite vaheline kaugus tetraeedris on 0,154 nm.

Kõigi ühenduste tugevus on sama.

Kogu kristall on üks kolmemõõtmeline raam.

20*C juures on teemandi tihedus 3,1515 g/cm. See seletab selle erakordset kõvadust, mis varieerub piki servi ja väheneb järjestuses: oktaeedr - rombikujuline dodekaeeder - kuubik. Samal ajal on teemandil täiuslik lõhenemine (piki oktaeedrit) ning selle painde- ja survetugevus on madalam kui teistel materjalidel, mistõttu on teemant habras, puruneb terava löögiga ja purustamisel muutub suhteliselt kergesti pulbriks. . Teemant on maksimaalse kõvadusega. Nende kahe omaduse kombinatsioon võimaldab seda kasutada abrasiivsete ja muude tööriistade jaoks, mis töötavad olulise erirõhu all.

Teemandi murdumisnäitaja (2,42) ja dispersioon (0,063) ületavad tunduvalt teiste läbipaistvate mineraalide omasid, mis koos maksimaalse kõvadusega määrab selle vääriskivi kvaliteedi.

Teemantides leidub lämmastiku-, hapniku-, naatriumi-, magneesiumi-, alumiiniumi-, räni-, raua-, vase- ja muid lisandeid, tavaliselt tuhandikutes protsentides.

Teemant on äärmiselt vastupidav hapetele ja leelistele, ei niisuta seda vett, kuid sellel on võime nakkuda mõne rasvaseguga.

Teemante leidub looduses nii täpselt määratletud üksikute kristallide kui ka polükristalliliste agregaatide kujul. Õigesti moodustatud kristallid näevad välja nagu lamedate tahkudega polüeedrid: oktaeeder, rombikujuline dodekaeeder, kuubik ja nende kujundite kombinatsioonid. Väga sageli on teemantide tahkudel palju kasvu- ja lahustumisetappe; kui need ei ole silmaga nähtavad, on servad kõverad, sfäärilised, oktaeedri, heksaeedri, risttahuka ja nende kombinatsioonide kujul. Erineva kujuga kristallid määratakse nende sisemise struktuuri, defektide esinemise ja jaotumise olemuse, samuti füüsikalis-keemilise vastasmõju kristalli ümbritseva keskkonnaga.

Polükristalliliste moodustiste hulgast paistavad silma ballad, carbonado ja laud.

Ballad on radiaalse struktuuriga sferuliitmoodustised. Carbonado - krüptokristallilised agregaadid üksikute kristallide suurusega 0,5-50 mikronit. Helmes on selgeteraline täitematerjal. Ballas ja eriti carbonado on kõigist teemantitüüpidest kõrgeima kõvadusega.

Joon.1 Teemantkristallvõre struktuur.

Joonis 2 Teemantkristallvõre struktuur.

1.2 Grafiidi üldised omadused

Grafiit on hallikasmust kristalne aine, millel on metalliline läige, puudutades rasvane ja isegi paberi kõvadus.

Grafiidi struktuur on kihiline, kihi sees on aatomid ühendatud ioon-kovalentsete segasidemetega ning kihtide vahel sisuliselt metalliliste sidemetega.

Grafiidikristallides olevad süsinikuaatomid on sp2 hübridisatsioonis. Nurgad sidemete suundade vahel on 120*. Tulemuseks on tavalistest kuusnurkadest koosnev võrk.

Ilma õhu juurdepääsuta kuumutamisel ei muutu grafiit temperatuurini kuni 3700 * C. Määratud temperatuuril väljutatakse see sulamata.

Grafiidikristallid on tavaliselt õhukesed plaadid.

Tänu madalale kõvadusele ja väga täiuslikule lõhenemisele jätab grafiit paberile kergesti katsudes rasvase jälje. Need grafiidi omadused tulenevad nõrkadest sidemetest aatomikihtide vahel. Nende sidemete tugevusomadusi iseloomustab grafiidi ja selle madal erisoojusmahtuvus soojust sulamine. Tänu sellele on grafiidil ülikõrge tulekindlus. Lisaks juhib hästi elektrit ja soojust, on vastupidav paljudele hapetele ja muudele kemikaalidele, seguneb kergesti teiste ainetega, on madala hõõrdeteguriga ning kõrge määrde- ja kattevõimega. Kõik see viis oluliste omaduste ainulaadse kombinatsioonini ühes mineraalis. Seetõttu kasutatakse grafiiti tööstuses laialdaselt.

Peamised kvaliteedi määravad tunnused on mineraalse täitematerjali süsinikusisaldus ja grafiidi struktuur. Grafiiti nimetatakse sageli materjaliks, mis reeglina pole mitte ainult monokristalliline, vaid ka monomineraalne. Peamiselt mõeldakse nende all grafiitmaterjali täitevorme, grafiiti ja grafiiti sisaldavaid kivimeid ning rikastusprodukte. Lisaks grafiidile sisaldavad need alati lisandeid (silikaadid, kvarts, püriit jne). Selliste grafiitmaterjalide omadused ei sõltu ainult grafiidi süsiniku sisaldusest, vaid ka grafiidikristallide suurusest, kujust ja omavahelistest seostest, s.t. kasutatud materjali tekstuuri- ja struktuuriomadused. Seetõttu on grafiitmaterjalide omaduste hindamisel vaja arvestada nii grafiidi kristalse struktuuri iseärasusi kui ka nende teiste komponentide tekstuurilisi ja struktuurilisi iseärasusi.

Joonis 3. Grafiidi kristallvõre struktuur.

Joonis 4. Grafiidi fenokristallid kaltsiidis.

2. Teemantide ja grafiidimaardlate tööstuslikud liigid

Teemantide maardlad jagunevad alluviaalseteks ja primaarseteks, mille hulgas on tüüpe ja alatüüpe, mis erinevad esinemistingimuste, maagikehade vormide, kontsentratsioonide, teemantide kvaliteedi ja varude ning kaevandamis- ja rikastamistingimuste poolest.

Peamised kasutamise sihtmärgid on primaarsed kimberliit-tüüpi teemandimaardlad kogu maailmas. Neist kaevandatakse umbes 80% looduslikest teemantidest. Teemantide varude ja suuruste põhjal jaotatakse need ainulaadseteks, suurteks, keskmisteks ja väikesteks. Suurima kasumlikkusega ülemised silmapiirid ainulaadsed ja suured hoiused. Need sisaldavad üksikute teemanti kandvate kimberliidiväljade peamisi varusid ja prognoositavaid teemandivarusid. Kimberliidid on "vulkaanilised tuulutusavad", mis on täidetud bretšaga. Bretša koosneb 45–90 km või enama sügavusest kantud kivimikildudest, mis ümbritsevad ja ladestuvad kivimite peale. Tsement on vulkaaniline materjal, leeliselise-ultroaluselise koostisega tuffid, nn kimberliitid ja lamproiidid. Kimberlite torud paiknevad platvormidel, lamproiittorud paiknevad oma volditud raamis. Torude moodustumise aeg on erinev - arheoajast kuni kainosoikuni ja teemantide, isegi kõige nooremate, vanus on umbes 2-3 miljardit aastat. Torude teket seostatakse leelis-ultrobaasiliste sulandite läbimurdega ülespoole läbi kitsaste kanalite kõrge rõhu all, sügavusel üle 80 km, temperatuuril umbes 1000*. Enamikul hästi uuritud kimberliitkehadel on keeruline struktuur; kõige lihtsustatud juhul hõlmab toru struktuur kahte peamist kivimitüüpi, mis on tekkinud kahe järjestikuse sissetungi faasi käigus: bretša (1. etapp) ja massiivne „jäme porfüür” kimberliit (2. etapp). Mõnede kimberliittorude konstruktsioonis tuvastati ka torudega seotud kimberliittammid ja veenid. Avastati kimberliitmagma osadest moodustatud pimedad kehad, mis ei jõudnud pinnale. Tammide ja kimberliidisoontega seotud maardlad kuuluvad reeglina väikeste, harvem keskmise suurusega teemandivarude kategooriasse, paljudel juhtudel jõudis ülesmurre paleopinnani, kuid paljud plahvatustorud võivad olla „pimedad“ ja pole veel erosiooniga paljastatud, t.e. lama kuskil sügaval. Kuid Maa pinnal on ka kohti, kus tekib rõhk, mis on teemantide tekkeks täiesti piisav. Need on meteoriitide kokkupõrkekohad, kus teemante ei leidu mitte ainult Maal, vaid ka paljudes meteoriitides endis.

1. lehekülg

Teemant on kõige kõvem looduslik aine. Teemantkristallid on kõrgelt hinnatud nii tehnilise materjali kui hinnalise kaunistusena. Hästi poleeritud teemant on teemant. Valguskiiri murdes sädeleb see puhtalt, erksad värvid vikerkaared.

Maailma teemantide tootmine on väga väike - palju väiksem kui väärismetallid- kuld ja plaatina. Teemante kasutatakse kõva puurimiseks mõeldud puuriotste valmistamiseks kivid. Teemante kasutatakse ka klaasi lõikamiseks ja teemanttööriistade kujul (lõikurid, puurid, lihvkettad). Teemantpulbrit kasutatakse teemantide ja kõva terase poleerimiseks. Suurim kunagi leitud teemant kaalub 602 g, pikkus on 11 cm, laius 5 cm ja kõrgus 6 cm. See teemant leiti aastal 1905 ja kannab nime “Callian”.

Brüsselis toimunud maailmanäitusel demonstreeriti üht maailma väikseima lihviga teemante, mis kaalub vaid 0,25 mg (4000 korda kergem kui sent). Vaatamata oma tähtsusetule kaalule ja suurusele - tera mahuga 0,07 mm3 - nikerdasid lapidaari osavad käed sellele 57 tahku, mida saab näha vaid mikroskoobi all.

Aastal 1967 B.V. Deryagin ja D.V. Fedosejev kasvatas teemandi servale niiditaolise kristalli (“teemantvurrud”). Kasv toimus kõrgel temperatuuril, kusjuures süsinikuallikaks oli metaan; nelja tunniga kasvas kristalne hõõgniit 1 mm, mis üldiselt on sedalaadi protsesside jaoks vägagi.

Enamik amorfse kivisöe proove koosneb moonutatud grafiidikristallidest. Süsinikuaatomite iseloomulik paigutus kuusnurga nurkades on säilinud.

Grafiitvõred sisaldavad sageli mitmesuguseid struktuurilisi ja keemilisi defekte, mis on seotud ioonide ja aatomite püüdmisega. Grafiitvõresse saab viia boori, hapniku, väävli jm aatomeid (A. Ubellode, F. Lewis), moodustades kihtide vahel sidemeid ja mõjutades grafiidi juhtivust. Grafiit moodustab omapäraseid keemilisi ühendeid, milles liituvad osakesed paiknevad süsinikuaatomitega hõivatud tasandite vahel.

Grafiiti kuumutamisel leelismetalliaurudes saadakse kergesti oksüdeeruvad ühendid. Seega moodustab kaalium 400 °C juures ühendi C8K. Ühendite koostis sõltub tugevalt temperatuurist ja varieerub laias vahemikus. On teada grafiidi ühendeid rubiidiumi ja tseesiumiga; naatriumi ja liitiumi osas pole veel selgeid tulemusi; tundub, et naatrium toodab violetset värvi ühendit C64Na.

Grafiit toodab ka ühendeid metallide, ammoniaagi ja amiinidega, nagu MeC12(NH3)2. Kõikidel juhtudel paisub grafiitvõre ühendite moodustumisel ja tasanditevaheline kaugus ulatub 0,66 nm-ni ning liitiummetüülamiini kompleksi puhul isegi kuni 0,69 nm-ni. Saadud ühendid: C9Br, C5CI, C8CI, CF.

Tiflon (CF) hall, isolaator, ei ole nagu teised "rakendus" tüüpi ühendused. Eeldatakse fluori-süsinik kovalentsete sidemete moodustumist selles.

Grafiiti kasutati varem kirjutusvahendina. 19. sajandist tänapäevani on grafiitelektroode kasutatud metallurgias ja keemiatööstuses, näiteks alumiiniumi tootmisel: metall sadestatakse grafiitkatoodile. Tänapäeval on rakendust leidnud grafitiseeritud terased, st terased, millele on lisatud grafiidi monokristalle. Neid teraseid kasutatakse väntvõllide, kolbide ja muude osade valmistamisel, kus materjali kõrge tugevus ja kõvadus on eriti olulised.

Grafiit mängib olulist rolli elektritööstuses ja tuumaenergias, kus seda kasutatakse neutronite moderaatorina. Grafiitvarraste abil juhitakse reaktsioonikiirust tuumakateldes.

Grafiidi võime helvesteks lõhustada võimaldab valmistada selle baasil määrdeaineid. Grafiit on suurepärane soojusjuht ja talub märkimisväärseid temperatuure kuni 3000 °C ja üle selle. Lisaks on see keemiliselt üsna vastupidav. Need omadused on leidnud rakendust grafiitsoojusvahetite tootmisel ja raketitehnoloogias (tüüride ja düüsiseadmete valmistamisel.

Kõik teavad selliseid aineid nagu grafiit ja teemant. Grafiiti leidub kõikjal. Näiteks kasutatakse seda lihtsate pliiatsite südamike valmistamiseks. Grafiit on aine, mis on üsna kättesaadav ja odav. Kuid selline aine nagu teemant on grafiidist äärmiselt erinev. Teemant on erinevalt grafiidist kõige kallim kivi, väga haruldane ja läbipaistev. Seda on raske uskuda, kuid grafiidi keemiline valem on sama, mis teemandil. Selles artiklis vaatleme, kuidas see võimalik on.

Grafiit: mineraali ajalugu ja omadused

Grafiidi ajalugu ulatub tuhandete aastate taha, mistõttu on äärmiselt raske määrata täpset aastat, millal selle kasutamist alustati. Grafiit on kuulus hea elektrijuhi poolest. Lisaks on see mineraal väga habras. Sellepärast tehakse sellest pliiatsi juhtmeid.

Mineraali keemiliste omaduste hulka kuulub inklusioonühendite moodustumine paljude ainetega, näiteks sooladega ja mineraal ei lahustu hapetes.

Grafiidi valem on C, see tähendab, et see on perioodilisuse tabeli üks kuulsamaid kuuendaid elemente - süsinik.

Teemant: mineraali ajalugu ja omadused

Teemandi ajalugu on väga ebatavaline. Arvatakse, et esimene teemant leiti Indiast. Sel ajal ei suutnud inimkond kunagi mõista selle kivi täit jõudu. Geoloogid teadsid vaid, et see kivi on väga kõva ja vastupidav. Kuni 15. sajandini olid teemandid palju vähem väärt kui smaragdid ja rubiinid. Ja alles siis tegi tundmatu juveliir kiviga töötades sellele ilusa lõike, mis hiljem sai tuntuks kui teemantlõige. Just siis näitas kivi end kogu oma hiilguses.

Teemante kasutatakse peamiselt tööstuses. See mineraal on tugevaim kogu maailmas, mistõttu valmistatakse sellest abrasiivid, lõikurid vastupidavate metallide töötlemiseks ja palju muud.

Nagu me juba teame, on grafiidi keemiline valem C ja teemandi valem on sama.

Erinevused teemandi ja grafiidi vahel

Hoolimata asjaolust, et mineraalidel on sarnased keemilised valemid, erinevad need üksteisest järsult välimus ja keemilisest vaatenurgast.

Esiteks on teemant ja grafiit üksteisest täiesti erineva struktuuriga. Lõppude lõpuks koosneb grafiit kuusnurkade võrgustikust, teemandil on aga kuubikujuline kristallstruktuur. Grafiidi haprus tuleneb asjaolust, et selle kihtide vahelist sidet on väga lihtne katkestada, selle aatomid eralduvad üksteisest kergesti. Tänu sellele neelab grafiit kergesti valgust ja on erinevalt teemandist väga tume.

See erineb selle poolest, et ühte süsinikuaatomit ümbritsevad veel neli aatomit tetraeedrilise kolmnurga või püramiidi kujul. Iga aatom on üksteisest samal kaugusel. Aatomitevahelised sidemed on väga tugevad, mistõttu on teemant nii kõva ja vastupidav. Teine teemandi omadus on see, et erinevalt grafiidist suudab see valgust juhtida.

Kas on imelik, et grafiidi valem on sama, mis teemandil, aga mineraalid on täiesti erinevad? Ei! Teemant tekib ju looduse poolt tohutu rõhu ja seejärel väga kiire jahutamise all, grafiit aga madalal rõhul, kuid väga kõrgel temperatuuril.

aineid?

Allotroopsed ained on keemias väga oluline mõiste. See on põhitõdede alus, mis võimaldab teil aineid üksteisest eristada.

Koolis uuritakse allotroopseid aineid grafiidi ja teemandi näitel ning nende erinevusi. Niisiis, olles uurinud teemandi ja grafiidi erinevusi, võime järeldada, et allotroopia on kahe või enama aine olemasolu looduses, mis erinevad oma struktuuri ja omaduste poolest, kuid millel on sarnane keemiline valem või mis kuuluvad samasse keemilisse elementi.

Teemantide valmistamine grafiidist

Grafiidi valem - C - võimaldas teadlastel teha palju katseid, mille tulemusena leiti grafiidi allotroopseid aineid.

Õpetajad räägivad nii koolilastele kui ka õpilastele, kuidas teadlased püüdsid grafiidist teemante luua. See lugu on väga huvitav ja paeluv ning võimaldab meenutada ka allotroopsete ainete nagu grafiit ja teemant olemasolu ning nende erinevusi.

Mõni aeg tagasi püüdsid teadlased luua grafiidist teemante. Nad uskusid, et kui teemandi ja grafiidi valem on sama, saavad nad teemanti luua, sest kivi oli väga kallis ja haruldane. Nüüd teame, et teemantmineraal ilmub loodusesse kõrge rõhu ja hetkelise jahutamise all. Seetõttu otsustasid teadlased grafiidi plahvatada, luues seeläbi vajalikud tingimused teemandi tekkeks. Ja tegelikult juhtus ime: pärast plahvatust tekkisid grafiidile väga väikesed teemantkristallid.

Grafiidi ja teemandi rakendused

Tänapäeval kasutatakse nii grafiiti kui ka teemanti peamiselt tööstuses. Kuid umbes 10% kogu teemantide toodangust läheb ehetele. Enamasti on pliiatsid valmistatud grafiidist, kuna see on väga habras ja rabe ning jätab jälgi.

Tere, meie kallid lugejad! Kas olete kunagi mõelnud, mis võiks teemandil ja grafiidil ühist olla? Näib, et teemant on see, millest need on valmistatud kallid ehted, meeldiv silmale ka kõige peenema maitsega inimesele. Kõva, sitke ja praktiliselt hävimatu. Ja grafiit, pliiatsite valmistamise põhielement, on väga habras ja puruneb kergesti. Mäletate, kui sageli teie pliiats katki läks?

Mõlemad mineraalid on aga omavahel seotud. Lisaks ka vaba aja veetmine eritingimused võimaldab grafiidist teemandiks muutumise protsessi ja vastupidi.

Artikli lugemine võimaldab teil teada saada, millised omadused on artiklis esitatud mineraalidel, kuidas need üldse Maal tekkisid ja kuhu peate teemantide kaevandamiseks minema. Või kui teil vähem veab, siis grafiiti ja kas teemante ja grafiiti on võimalik kodus valmistada?

Soovime teile meeldivat lugemist!

Teemandi ja grafiidi omadused

Peamine eristavad tunnused teemant on:

• võime murda ja peegeldada päikesevalgust, mis annab sellele kuulsa sära;
• kõrgeim kõvadus (võrreldes teiste mineraalidega) ja haprus;
• metastabiilsus – võime tavatingimustes mitte muuta oma struktuuri ja olekut sadade aastate jooksul;
• kõrge soojusjuhtivus;
• kõrge vastupidavus hapetele ja leelistele;
• on madal koefitsient hõõrdumine;
• dielektriline, ei juhi elektrivoolu.

Mineraali sellised omadused saavad võimalikuks tänu sellele, et selle sisestruktuuril on keeruline kristallvõre, mis on kuubik või tetraeedr. Struktuur põhineb keemilisel elemendil süsinik.

Kui selle kristallvõres on lisandeid, võib see muuta oma värvi, mis on kõigile tuttav. Seega annab raua olemasolu koostises mineraalile pruuni tooni, liitium - kollane, alumiinium - sinine, mangaan - roosa või punane (olenevalt kontsentratsioonist), boor - sinine, kroom - roheline.

Grafiit on teemandi täpne vastand. Selle struktuur koosneb mitmest kihist, mis väliselt meenutavad õhukesi plaate. Peamine struktuurielement on süsinik. Sellel on must värv, milles on tunda metalli. Puudutades pehme ja kergelt õline.

Sellel on järgmised eristavad omadused:

• ei lase läbi ega murra valgust;
• hea soojusjuhtivus;
• hea tulepüsivusvõime;
• haprus;
• madal hõõrdetegur;
• juhib elektrivoolu;
• võib segada teiste ainetega.

Vaatamata nii erinevatele omadustele on kaasaegne teadus õppinud siin esitatud mineraale üksteisest kunstlikult tootma.

Kas teemant on mineraal või mitte?

Sellele küsimusele vastamiseks mõelgem välja, mis "mineraal" tegelikult on. Kaasaegses teaduses peetakse mineraaliks looduslikku päritolu tahket keha, millel on kristalne struktuur, st aatomite paigutus on rangelt korraldatud.

Kuna teemandi struktuur on kuubik või tetraeeder ja sellel on läbipaistev kristallvõre, võib selle kindlalt liigitada mineraalide hulka.

Sarnane on olukord grafiidiga, mille lamellstruktuuril on samuti range kord.

Teemantide ja grafiidi päritolu

Puuduvad täpsed ja usaldusväärsed andmed nende mineraalide päritolu kohta. On ainult mõned hüpoteesid, nimelt:

1. Tardse päritolu hüpotees
2. Mantli päritolu hüpotees
3. Vedeliku päritolu hüpotees

Esimesed kaks teooriat on kõige populaarsemad ja taanduvad tõsiasjale, et ilmumine toimus meie Maa sügavustes miljoneid aastaid tagasi saja kuni kahesaja kilomeetri sügavusel. Kristallid toodi pinnale plahvatuste ja vulkaanipursete tagajärjel.

Grafiit võib omakorda tekkida ka settekivimite muutuste tulemusena.

Huvitav fakt on teemantlaastude olemasolu meteoriitides. See viitab sellele, et lisaks maapealsele päritolule leidub seal ka kosmosest toodud meteoriidi päritolu kristalle.

Selle kohta, kuidas meteoriitides võib tekkida puru, on mitmeid hüpoteese. Kõige populaarsem teooria on see, et meteoriit ise ei sisalda “puhtal” teemantkilpe, vaid on ainult rikastatud süsinikuga. Maaga kokkupõrkel tekivad ideaalsed tingimused mineraali taastumiseks: kõrge temperatuur (kaks kuni kolm tuhat kraadi) ja rõhk (5 kuni 10 GPa). Selle meetodiga moodustunud teemante nimetatakse impressiitideks.

Kahjuks on kosmilise päritoluga kristallid tööstuslikuks kaevandamiseks liiga väikesed ja seetõttu on kõik kaevandamiseks kasutatavad maardlad vaid looduslikku päritolu.

Peamised hoiused

Suurimad teemandimaardlad asuvad India Vabariigis, Venemaa Föderatsioon, Kimberley provints (moodustab 80% kogu toodangust).

Venemaa maardlad asuvad Sahha Vabariigis (Jakuutias), Permi territooriumil ja Arhangelski oblastis.

Teemantide lademete tuvastamiseks kasutatakse röntgenikiirgust. Otsing kestab aastakümneid. Väga väike hulk avastatud maardlaid sisaldab kvaliteetseid mineraale, mis on juveelitööstuses kasutamiseks piisavad.

Kaevandusprotsess hõlmab maagi kaevandamist ja purustamist, seotud kivimite eraldamist. Pärast seda määratakse spetsiaalse varustuse abil ekstraheeritud materjali kategooriad ja klassid.

Suurimad grafiidimaardlad asuvad Krasnodari piirkonnas ja Ukrainas. Madala kvaliteediga materjaliga hoiused asuvad Madagaskaril, Brasiilias, Kanadas ja Mehhikos.

Reeglina leidub seda koos lubjakivimitega, nagu apatiit ja flogopiit, aga ka pneumatoliidi moodustistes, nimelt: kvarts, päevakivi, biotiit, titanomagnetiit.

Kasutusala

Kasutatakse paljudes tööstusharudes.

• Elektrotehnika;
• raadioelektroonika ja jõuelektroonika;
• puurimisseadmed;
• tootmine hinnalised ehted ja tarvikud.

Grafiidi kasutusala:

• tulekindlate seadmete loomine;
• määrdeainete tootmine;
• pliiatsijuhtmete tootmine;
• tuumaenergia (neutronite moderaatorina);
• teemantide kunstlik tootmine.

Kõige populaarsem kasutusvaldkond on ehete valmistamine. Töödeldud mineraal, mida nimetatakse teemandiks, on kõrge väärtusega ja on juveeliturul väga populaarne. Paljude inimeste jaoks on see endiselt suurepärane investeerimisvõimalus.

Grafiidist teemantide tootmise tehnoloogia

Kaasaegse teaduse jaoks on kunstliku teemantkristalli kasvatamine tühiasi. Kui sisse looduslikud tingimused Selle moodustamiseks kulub sadu miljoneid aastaid, kuid spetsiaalselt varustatud laboris tehakse see palju lühema ajaga.

Ebaloomuliku tootmise põhimõte on luua uuesti optimaalsed tingimused, mis on süsiniku vormi muutmiseks kõige soodsamad. Vaja on nii kõrget temperatuuri (1500 kuni 3000 kraadi) kui ka rõhku (mitu GPa). Lihtsaim viis selle saamiseks on kuumutada grafiiti kahe tuhande kraadini. Säilitades kõrgsurve Teostatakse grafiidi teemantideks muutmise protsess. Samal ajal, kui rõhk langeb, algab vastupidine protsess, mille käigus üks mineraal muutub teiseks.

Sellega seoses on teemantkristalli saamiseks vaja pikka aega stabiilselt säilitada kõrgeid temperatuuri ja rõhu parameetreid. See muudab konversioonitehnoloogia energiamahukaks ja kulukaks. Lisaks toodetakse selle protsessi käigus ainult tööstuslikku teemanti, mis ei sobi ehetes kasutamiseks.

Nendel põhjustel peetakse ebaloomulike teemantide tootmist kaevandamisega võrreldes kahjumlikuks.

Tehisgrafiidi tootmine

Tehisgrafiite on järgmist tüüpi: kõrgahi, koks, retort, Acheson.

Kõige populaarsem ebaloomulik tüüp on koks. Tootmismeetod hõlmab liivast ja koksist tiheda süsiniku massi saamist, selle põletamist, mis on seotud karboniseerimisega. Viimases etapis toimub kristalliseerumine (grafitiseerimine). Poorsuse vähendamiseks immutatakse saadud mineraal sünteetiliste vaikudega ja röstimist korratakse. Iga korduv tsükkel vähendab oluliselt poorsust. Kokku võib olla kuni viis tsüklit.

Kunstliku grafiidi oluline puudus on mitmesuguste lisandite sisaldus ja sellest tulenevalt madal "puhtus".

See on kõik! Tänan teid huvi ja tähelepanu eest! Ärge unustage seda artiklit oma sõpradele sotsiaalvõrgustikes soovitada!

Tiim LyubiKamni