Порівняльна таблиця алмазу та графіту. Графіт та алмаз: кристалічні грати та властивості

Дізнавшись Фізичні властивостіалмазу та графіту, вчені відзначили, що це різні формивуглецю. Перший – це дорогоцінний мінерал, один із найтвердіших у світі. За прийнятою у гемологів шкалою Мооса алмаз має найбільший бал твердості - 10. Графіт за цією системою не дотягує навіть до 2. Блискуча коштовність і грифель простого олівця складаються з вуглецю. Відмінність цих мінералів визначає тип кристалічних ґрат. Але властивості їх сильно відрізняються одна від одної. Про це читайте нижче.

Що таке алмаз та графіт

Алмаз – найтвердіший мінерал. Зовні це прозорий камінь, у якого чітко видно кристалічну форму. Діаманти безбарвні, але трапляються різні відтінки, серед яких навіть чорний. Колір залежить від природних умов, у яких формувався камінь, і навіть від різних домішок у його структурі.

Графіт - тендітна, жирна на дотик речовина, що має металевий блиск, що складається з молекул вуглецю, розташованих шарами і утворюють тонкі дрібні пластинки. При натисканні на листку залишається слід.

Склад мінералів

Перше, з чого почнемо розгляд властивості алмазу і графіту, це склад мінералів. Обидва – з вуглецю, шостого елемента періодичної системи.

Оскільки алмаз і графіт складаються з частинок вуглецю, тип речовини вони – індивідуальний, а якісний склад утворений сполуками атомів вуглецю. Формула алмазу та графіту в хімії проста – С, вуглець. Цей хімічний елемент немає запаху, тому ні алмаз, ні графіт нічим не пахнуть.

Хоча хімічна формула алмазу має схожість із формулою графіту, у структур, в які з'єднуються атоми вуглецю, утворюючи кристалічну решітку, є різниця.

Коли у мінералів кристалічні грати мають відмінність, але для них характерний ідентичний хімічний склад, їх називають поліморф. Мінерали, що розглядаються – різні видиполіморфних модифікацій вуглецю

Як і де знаходять вуглецеві мінерали

Подібність елементарного хімічного складу не зумовлює подібні властивості речовин. Відмінності пояснюються складнощами походження двох різних вуглецевих порід. Алмази утворюються під впливом сильного тиску після надшвидкого охолодження. А якщо атмосферний тиск занижений, то за досить високої температури утворюється графіт.

Підтвердженням того, що алмаз і графіт утворилися не однаково, є їхнє знаходження в природі. Близько 80% всіх діамантів видобувають у кімберлітових трубках – глибоких вирвах, утворених магмою, що вийшла після вибуху та виходу назовні підземного газу.

Графітових родовищ багато в осадових породах і пластах, утворених магмою.

Хімічний зв'язок у вуглецевих мінералах

Частинки, з яких складаються тверді речовини, з'єднані в кристалічні ґрати. Науці відомі 4 види таких ґрат – іонна, молекулярна, атомна та металева.

Зовні дорогоцінний кристал схожий на кристали солі, але у солей іонна кристалічна решітка.

Тип кристалічних ґрат алмазу, як і його поліморфу графіту, атомна.У її вузлах лежать атоми вуглецю. Агрегатний стан – тверде тіло. Але все ж таки за твердістю вуглецеві поліморфи різні.

Властивість алмазу бути таким міцним обумовлена силою хімічного зв'язку атомів. Структура діаманту тривимірна, атоми вуглецю в ньому розташовані у формі тригранної піраміди, тетраедра. Кожна атомарна частка однаково міцно з'єднується з усіма чотирма сусідніми, це здійснено за допомогою ковалентного зв'язку.

Атомарний графіт – це безліч шарів шестикутних фігур, у кожній вершині яких розташований атом вуглецю. Його шарувата структура двовимірна. Зв'язок у шарах ковалентний сильний, а між шарами набагато слабший, як у речовин з молекулярними кристалічними гратами. Пласти пов'язані неміцно. Тому твердість графіту менша порівняно з діамантом.

Взаємозв'язок атомної будови та фізики мінералу

Розглянемо, як зовні проявляється геометрія атомів. Різниця властивостей алмазу та графіту безпосередньо пов'язана з типом будови кристалічної решітки. Кристалічна решітка алмазу має ланки з 4 добре з'єднаних атомів вуглецю. Вони утворили надміцні ковалентні сигма-зв'язки. Оптичні властивості міжатомних сполук поглинають світло, роблячи прозорим кристал. А міцна фіксація негативно заряджених елементарних частинок в однорідних за силою зв'язках надає йому твердість та властивості діелектрика.

Утворені ковалентні пі-з'єднання гексагональної кристалічної решітки графіту скріплюють атоми вуглецю в шарі. При цьому кілька електронів залишаються вільними, тому пласти скріплені між собою незначно. Рух нелокалізованих елементарних частинок зі знаком мінус надає графіту електропровідності. У них відсутня світловість, що позбавляє речовину прозорості, тому у графіту колір чорний.

Алотропні модифікації вуглецю

Алотропія – це здатність хімічних елементів існувати у двох і більше фізичних формах(Алотроп). Найширшою з усіх відкритих є алотропія вуглецю.

Якщо ви перерахуєте основні вуглецеві алотропні видозміни, то це будуть:

алмаз;
графіт;
карбін;
фулерен.

Із зазначених вище два алотропи вуглецю синтезовані. Карбін і фулерен – отримані штучно алотропні видозміни вуглецю. Карбін – порошок із дрібних кристаликів чорного кольору. Після відкриття у лабораторії було знайдено і природну речовину. Фуллерен – синтезований наприкінці минулого століття США жовтий кристал близько 5 мм у діаметрі.

Алотропічні форми вуглецю можуть бути трансформовані. Сам собою перехід алмазу в інший стан не відбудеться. Але при нагріванні кристала в безповітряному просторі до 1800 градусів він перетвориться на графіт.

Відомі методи, що дозволяють здійснити зворотні перетворення.

Як отримати дорогоцінний камінь із графіту

Отримати алмаз можна із графіту. При тиску вище 1000 Па та температурі 3000 градусів з додаванням металів вуглець у графіті змінює ковалентні зв'язки. Отримані в результаті камені каламутні та пористі.

Інший метод – це застосування ударної хвилі, після якої можна милуватися чистими прозорими кристалами правильної геометричної форми, але дуже маленького розміру.

Недосконалість цих методів привела до висновку, що алмази найкраще вирощувати. При нагріванні діаманта до 1,5 тисяч градусів він росте. Але це дорого, тому сьогодні штучні коштовності одержують із метану.

Фізичні та хімічні властивості

Алмаз не має електропровідності, але тепло проводить. Добре заломлює і відбиває світло. Прозорий, має блиск. Плавиться за 3700-4000 градусів. Лавуазьє вперше спалив діамант у 18 столітті.

Пізніше вчені з'ясували, що у поєднанні з киснем алмаз горить при 721-800 градусах, випаровуючись вуглекислим газом. Без повітря може перейти до графіту при нагріванні до 2001-3000 градусів. Хімічні властивості говорять про стійкість до дії кислот.

Графіт електро-і-теплопровідний, нерозчинний кислотами та водою, теплостійкий. Температура плавлення 2500 – 3000 градусів. Чи не горить до 250-300 градусів, але при спалюванні з температурою вище 300 і до 1000 перетворюється на вуглекислий газ.

Порівняльна характеристика

Порівняємо будову алмазу та графіту та їх фізичні властивості: твердість, теплопровідність, електропровідність, особливості хімічного зв'язку.

Про характеристики мінералів розповість детальна порівняльна таблиця:

Вступ

1.1.Загальна характеристикаалмазу

1.2. Загальна характеристика графіту

2. Промислові типи родовищ граніту та алмазу

3. Природні та технологічні типи алмазовмісних та графітових руд

4. Розробка родовищ граніту та алмазу

5. Області застосування граніту та алмазу

Висновок

Список використаної літератури.

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 характеристику даних мінералів, промислові типи їх родовищ, природні та технічні типи, розробку родовищ, сфери застосування, значення даних мінералів.

Незважаючи на те, що графіт та алмаз полярні за своїми властивостями, вони є поліморфними модифікаціями одного і того 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.

1. 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.

1.1 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 Будова кристалічних ґрат алмазу.

Рис.2 Будова кристалічних ґрат алмазу.

1.2 Загальна характеристика графіту

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

Структура графіту шарувата, усередині 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 та його висока температураплавлення. 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 графітвмісні 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. Будова кристалічних грат графіту.

Рис.4. Вкрапленники графіту у кальциті.

2. Промислові типи родовищ алмазу та графіту

Родовища алмазів поділяються на розсипні та корінні, серед яких виділяються типи та підтипи, що розрізняються за умовами залягання, формами рудних тіл, концентраціями, якістю та запасами алмазів, умовами видобутку та збагачення.

Корінні родовища алмазів кімберлітового типу у всьому світі є основними об'єктами експлуатації. З них видобувається близько 80% природних алмазів. За запасами алмазів та розмірами вони поділяються на унікальні, великі, середні та дрібні. З найбільшою рентабельністю відпрацьовуються верхні горизонти унікальних, що виходять на денну поверхню. великих родовищ. У них зосереджено основні запаси та прогнозні ресурси алмазів окремих алмазоносних кімберлітових полів. Кімберліти - це "вулканічні жерла", заповнені брекчією. Брекчія складається з уламків і ксенолітів, що оточують і осіли зверху порід, з уламків порід, винесених з глибин 45-90 км і більше. Цементом є вулканічний матеріал, туфи лужно-ультроосновного складу, так звані кімберліти та лампроїти. Кімберлітові трубки розташовуються на платформах, лампроїтові – у їх складчастому обрамленні. Час утворення трубок різний - від архею до кайнозою, а вік алмазів, навіть наймолодших з них, становить близько 2-3 млрд. років. Утворення трубок пов'язане з проривом вгору вузькими каналами під великим тиском, на глибині понад 80 км, при температурі близько 1000 лужно-ультроосновних розплавів. Більшість добре вивчених кімберлітових тіл має складну будову; в найбільш спрощеному випадку в будові трубки беруть участь два основні різновиди порід, що утворилися в ході двох послідовних фаз впровадження: брекчія (1-й етап) і масивний "великопорфіровий" кімберліт (2-й етап). У будові деяких кімберлітових трубок виявлено також кімберлітові дайки та жили, пов'язані з трубками. Виявлено сліпі тіла, утворені порціями кімберлітової магми, які не доходили до денної поверхні. Родовища, пов'язані з дайками і жилами кімберлітів, як правило, відносяться до категорії дрібних, рідше середніх за запасами алмазів. .е. залягають десь на глибині. Але й на Землі є місця, де виникають тиски цілком достатні освіти алмазу. Це місця удару метеоритів, де алмаз зустрічається у Землі, а й у низці самих метеоритів.

Сторінка 1

Алмаз - найтвердіша природна речовина. Кристали алмазів високо цінуються і як технічний матеріал, і як дорогоцінну прикрасу. Добре відшліфований алмаз – діамант. Заломлюючи промені світла, він сяє чистими, яскравими квітамивеселки.

Розміри світового видобутку алмазів дуже незначні - набагато менше, ніж благородних металів- золота та платини. З алмазів роблять наконечники бурів для свердління твердих гірських порід. Також алмази застосовують для різання скла та у вигляді "алмазного інструменту" (різці, свердла, шліфувальні круги). Алмазним порошком шліфують діаманти та тверді сорти сталі. Найбільший з будь-яких знайдених алмазів важить 602 г, має довжину 11 см, ширину 5 см, висоту 6 см. Цей алмаз був знайдений в 1905 р і носить ім'я "Келліан".

Один із найкрихітніших у світі гранованих алмазів, вагою всього лише 0,25 мг (у 4000 разів легший за копійцеву монетку), демонструвався на всесвітній виставці в Брюсселі. Незважаючи на мізерну вагу і розмір - зернятко об'ємом 0,07 мм3, - майстерні руки гранильника нанесли на ньому на ньому 57 граней, розглянути які можна тільки під мікроскопом.

У 1967 р. Б.В. Дерягін та Д.В. Федосєєв виростили на межі алмазу ниткоподібний кристал (“алмазні вуса”). Зростання відбувалося за високої температури, причому джерелом вуглецю служив метан; за чотири години кристалічна нитка виростала на 1 мм, що, взагалі кажучи, дуже багато для таких процесів.

Більшість зразків аморфного вугілля складається з спотворених кристалів графіту. Характерне розташування атомів вуглецю по кутах шестикутника при цьому зберігається.

У ґратах графіту часто зустрічаються різноманітні дефекти структури, як структурні, і хімічні, пов'язані із захопленням іонів і атомів. У ґрати графіту можуть впроваджуватися (А. Убеллоде, Ф. Льюїс) атоми бору, кисню, сірки і т. п., що утворюють зв'язки між шарами і впливають на провідність графіту. Графіт утворює своєрідні хімічні сполуки, в яких частинки, що приєднуються, розміщуються між площинами, зайнятими атомами вуглецю.

При нагріванні графіту в парах лужних металів виходять з'єднання, що легко окислюються. Так, за 400 °С калій утворює сполуку C8K. Склад сполук сильно залежить від температури та змінюється у широких межах. Відомі сполуки графіту з рубідієм, цезієм; для натрію та літію чітких результатів поки немає; натрій, мабуть, дає з'єднання C64Na фіолетового кольору.

Графіт дає також сполуки з металами, аміаком та амінами типу MeC12(NH3)2. Грати графіту у всіх випадках розширюється при утворенні сполук, і міжплощинна відстань досягає 0,66 нм, а для метиламінового комплексу літію навіть до 0,69 нм. Отримано сполуки: C9Br, C5CI, C8CI, CF.

Тифлон (CF) сірого кольору, ізолятор, не схожий на інші з'єднання типу з'єднань. Передбачається утворення у ньому ковалентних зв'язків фтор - вуглець.

Графіт раніше застосовувався як пишучий засіб. З ХІХ століття і до сьогодні використовують графітові електроди в металургії та хімічній промисловості, наприклад у виробництві алюмінію: метал осаджується на графітовому катоді. Наразі знайшли застосування графітизовані сталі, тобто сталі з додаванням монокристалів графіту. Ці сталі використовують при виготовленні колінчастих валів, поршнів та інших деталей, де особливо важлива висока міцність та твердість матеріалу.

Графіт відіграє важливу роль в електротехнічній промисловості та атомній енергетиці, де його використовують як сповільнювач нейтронів. За допомогою графітових стрижнів регулюють швидкість реакції в атомних казанах.

Здатність графіту розщеплюватись на лусочки дозволяє робити на його основі мастильні речовини. Графіт - чудовий провідник теплоти, при цьому він може витримати значні температури до 3000 ° С та вище. До того ж він хімічно досить стійкий. Ці властивості знайшли застосування у виробництві графітових теплообмінників та в ракетній техніці (для виготовлення кермів та соплових апаратів.

Всім відомі такі речовини, як графіт та алмаз. Графіт зустрічається усюди. 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 рік початку 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 незвична. 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 до 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 тішить 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 рисамиалмазу 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 низьким коефіцієнтомтертя;
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:

Гіпотеза про магматичне походження
Гіпотеза про мантійне походження
Гіпотеза про флюїдне походження

Перші дві теорії є найпопулярнішими і зводяться до того, що поява відбулася в 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 Землю розвиваються ідеальні умови для відтворення мінералу: висока температура (дві-три тисячі градусів) і тиск (від 5 до 10 ГПа). 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 краї та Архангельській області.

Для того, щоб виявити діамантове родовище застосовується рентген. На пошуки йдуть десятки років. Дуже мала кількість відкритих родовищ має мінерали високої якості, достатньої для використання в 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 в 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 прикраста 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 умов, найбільш сприятливих 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 тискуздійснюється процес перетворення графіту на 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