Алмаз и графит

Алмаз и графит

Твердый, играющий на свету алмаз и непрозрачный, легко отслаивающийся графит образно можно назвать родными братьями. Ведь в химическом составе того и другого присутствует единственный элемент – углерод. Выясним, почему, имея общее происхождение, эти минералы настолько не похожи друг на друга и чем отличается алмаз от графита.

Определение

Алмаз – минерал, основой которого является углерод. Характеризуется метастабильностью, то есть способностью в обычных условиях неограниченно долго существовать в неизменном виде.

Физические свойства алмаза и графита

Помещение алмаза в специфические условия, например в вакуум при повышенной температуре, приводит к его переходу в графит.

Графит – минерал, выступающий модификацией углерода. При трении от общей массы вещества отделяются чешуйки. Наиболее известное применение графита – изготовление из него карандашного грифеля.

Сравнение

Явление, при котором вещества имеют различные свойства, но образованы общим химическим элементом, называется аллотропией. Однако в природе, пожалуй, больше не найдется таких абсолютно разных аллотропных форм одного и того же элемента. Чем объясняется отличие алмаза от графита?

Решающую роль здесь играют особенности кристаллической структуры каждого из веществ. Скажем про алмаз. Связь между его атомами невероятно прочная. Это обусловлено способом их расположения относительно друг друга. Смежные атомные ячейки вещества имеют кубическую форму. Частицы расположены в углах ячеек, на их гранях и внутри них. Этот тип строения называется тетраэдрическим.

Такая геометрия атомов обеспечивает наиболее плотную их организацию, благодаря чему алмаз становится твердым, не поддающимся деформации. Вместе с тем это хрупкое вещество, способное раскалываться от удара. Строением также обуславливается высокая теплопроводность алмаза и свойство его кристаллов преломлять свет.

Графит обладает иной структурой. На атомном уровне он состоит из пластов, расположенных в разных плоскостях. Каждый пласт составляют примыкающие друг к другу шестиугольники, подобно сотам. Связь между атомами, которые являются вершинами шестиугольников, сильна только в пределах каждого слоя. А атомы, находящиеся в разных слоях, практически независимы друг от друга.

След от карандаша – это легко отделяемые слои графита. Вещество из-за особенностей строения поглощает свет, принимая достаточно невзрачный вид (но с металлическим блеском), и обладает электропроводностью.

Присущие минералам свойства определяют их пригодность в той или иной сфере. В чем разница между алмазом и графитом относительно их применения? Блистающий алмаз идеален для ювелирного производства. А твердость этого материала позволяет изготавливать из него качественные резцы по стеклу, суперпрочные сверла и другие востребованные изделия.

Графитовые стержни при протекании многих процессов играют роль электродов. Измельченный графит входит в состав минеральных красок и применяется как смазочный материал. А из смеси этого вещества и глины производят специальные емкости для плавки металлов.

Таблица

Алмаз Графит
Тетраэдрическое строение Слоистая структура
Твердый, но хрупкий Легко отслаивается
Прозрачный Непрозрачный
Высокая теплопроводность Электропроводность
Примеры использования: ювелирное производство, изготовление резцов Примеры использования: грифель карандашей, смазочный материал

Знаете ли вы, какое строение имеет клетка простейших? Если нет, то эта статья для вас.

Какая наука изучает клетку?

Эта наука называется цитологией. Она является отраслью биологии. Она и может ответить на вопрос, какое строение имеет клетка простейших. Также данная наука изучает не только структуру, но и процессы, которые происходят в клетке. Это клеточное дыхание, обмен веществ, размножение и фотосинтез. Способ размножения простейших — простое деление клетки. Некоторые клетки простейших способны осуществлять фотосинтез — выработку органических веществ из неорганических. Клеточное дыхание происходит при расщеплении глюкозы. В этом и заключается главная функция простых углеводов в клетке. При их окислении клетка получает энергию.

Кто такие простейшие?

Перед тем как рассматривать вопрос о том, какое строение имеет клетка простейших, давайте разберемся, что из себя представляют эти "существа".

Это организмы, которые состоят из одной клетки. Они называются еще эукариотами, так как в их клетках есть ядро. Клетка простейших во многом похожа на клетку многоклеточного организма.

Классификация

Существует шесть типов простейших:

  • инфузории;
  • радиолярии;
  • солнечники;
  • споровики;
  • саркожгутиконосцы;
  • жгутиковые.

Представители первого типа населяют соленые водоемы. Некоторые виды также могут жить в почве.

Споровики в основном представлены паразитами позвоночных животных.

Радиолярии, как и инфузории, обитают в океанах.

В чем отличие алмаза и графита и где используются минералы

Они имеют твердые оболочки из диоксида кремния, из которых формируются некоторые горные породы.

Особенность солнечников заключается в том, что они передвигаются с помощью псевдоподий.

Саркожгутиконосцы также используют такой способ передвижения. К этому типу относятся амебы и многие другие простейшие.

Жгутиковые представлены множеством разнообразных организмов, которые используют для передвижения жгутики. Некоторые виды таких простейших могут жить в водоемах, а некоторые являются паразитами. Кроме того, у многих представителей данного типа в клетках присутствуют хлоропласты. Такие простейшие сами вырабатывают необходимые для жизни питательные вещества с помощью фотосинтеза.

Какое строение имеет клетка простейших?

Структуру клетки можно разделить на три основных части: плазматическую мембрану, цитоплазму и ядро. Количество ядер в клетках простейших равняется одному. Этим они отличаются от клеток бактерий, которые вообще не имеют ядер. Итак, рассмотрим детально каждый из трех компонентов клетки.

Плазматическая мембрана

Строение клетки простейших обязательно предусматривает наличие этой составляющей. Она отвечает за поддержание гомеостаза клетки, защищает ее от воздействий внешней среды. Плазматическая мембрана состоит из липидов трех классов: фосфолипидов, гликолипидов и холестерола. Преобладают в структуре мембраны фосфолипиды.

Цитоплазма: как она устроена?

Это вся та часть клетки, за исключением ядра, которая находится внутри плазматической мембраны. Она состоит из гиалоплазмы и органоидов, а также включений. Гиалоплазма — это внутренняя среда клетки. Органоиды являются постоянными структурами, которые выполняют определенные функции, а включения —это непостоянные структуры, которые выполняют в основном запасающую функцию.

Строение клетки простейших: органоиды

В клетке простейших присутствуют многие органоиды, которые свойственны для животных клеток. Кроме того, в отличие от клеток многоклеточных организмов большинство клеток простейших обладают органоидами движения — всевозможными жгутиками, ресничками и другими структурами. Наличием таких образований могут похвастаться очень немногие клетки многоклеточных животных — только сперматозоиды.

К органоидам, которые присутствуют в клетках простейших, относятся митохондрии, рибосомы, лизосомы, эндоплазматический ретикулум, комплекс Гольджи. В клетках некоторых простейших также находятся хлоропласты, которые характерны для растительных клеток. Рассмотрим строение и функции каждого из них в таблице.

Органоид Строение Функции
Митохондрии Обладают двумя мембранами: внешней и внутренней, между которыми присутствует межмембранное пространство. Внутренняя мембрана обладает выростами — кристами или гребнями. На них и происходят все основные химические реакции. То, что находится внутри обоих мембран, называется матриксом. В нем у этих органоидов присутствуют свои рибосомы, включения, митохондриальная РНК и митохондриальная ДНК. Выработка энергии. В этих органоидах происходит процесс клеточного дыхания.
Рибосомы Состоят из двух субъединиц. Не имеют мембран. Одна из субъединиц обладает большим размером, чем вторая. Рибосомы объединяются только в процессе функционирования. Когда органоид не функционирует, две субъединицы находятся раздельно. Синтез белков (процесс трансляции).
Лизосомы Обладают округлой формой. Имеют одну мембрану. Внутри мембраны находятся ферменты, которые необходимы для расщепления сложных органических веществ. Клеточное пищеварение.
Эндоплазматический ретикулум Трубчатая форма. Участвует в обмене веществ, отвечает за синтез липидов.
Комплекс Гольджи Стопка дискообразных цистерн. Служит для синтеза гликозамингликанов, гликолипидов. Модифицирует и классифицирует белки.
Хлоропласты Обладают двумя мембранами с межмембранным пространством между ними. В матриксе находятся тилакоиды, объединенные в стопки (граны ламеллами. Кроме того, в матриксе находятся рибосомы, включения, РНК и ДНК. Фотосинтез (происходит в тилакоидах).
Вакуоли Многие простейшие, населяющие пресные водоемы, обладают сократительными вакуолями (шарообразными органоидами с одной мембраной) Выкачивание из организма лишней жидкости.

Кроме того, клетки простейших снабжены органоидами движения. Это могут быть жгутики и реснички. В зависимости от вида, организм может обладать как одним, так и несколькими жгутиками.

Материалы по теме:

Твердый, играющий на свету алмаз и непрозрачный, легко отслаивающийся графит образно можно назвать родными братьями. Ведь в химическом составе того и другого присутствует единственный элемент – углерод. Выясним, почему, имея общее происхождение, эти минералы настолько не похожи друг на друга и чем отличается алмаз от графита.

Определение

Алмаз – минерал, основой которого является углерод. Характеризуется метастабильностью, то есть способностью в обычных условиях неограниченно долго существовать в неизменном виде.

Сколько стоит написать твою работу?

Помещение алмаза в специфические условия, например в вакуум при повышенной температуре, приводит к его переходу в графит.

Графит – минерал, выступающий модификацией углерода. При трении от общей массы вещества отделяются чешуйки. Наиболее известное применение графита – изготовление из него карандашного грифеля.

Сравнение

Явление, при котором вещества имеют различные свойства, но образованы общим химическим элементом, называется аллотропией. Однако в природе, пожалуй, больше не найдется таких абсолютно разных аллотропных форм одного и того же элемента. Чем объясняется отличие алмаза от графита?

Решающую роль здесь играют особенности кристаллической структуры каждого из веществ. Скажем про алмаз. Связь между его атомами невероятно прочная. Это обусловлено способом их расположения относительно друг друга. Смежные атомные ячейки вещества имеют кубическую форму. Частицы расположены в углах ячеек, на их гранях и внутри них. Этот тип строения называется тетраэдрическим.

Такая геометрия атомов обеспечивает наиболее плотную их организацию, благодаря чему алмаз становится твердым, не поддающимся деформации. Вместе с тем это хрупкое вещество, способное раскалываться от удара. Строением также обуславливается высокая теплопроводность алмаза и свойство его кристаллов преломлять свет.

Графит обладает иной структурой. На атомном уровне он состоит из пластов, расположенных в разных плоскостях. Каждый пласт составляют примыкающие друг к другу шестиугольники, подобно сотам. Связь между атомами, которые являются вершинами шестиугольников, сильна только в пределах каждого слоя. А атомы, находящиеся в разных слоях, практически независимы друг от друга.

След от карандаша – это легко отделяемые слои графита. Вещество из-за особенностей строения поглощает свет, принимая достаточно невзрачный вид (но с металлическим блеском), и обладает электропроводностью.

Присущие минералам свойства определяют их пригодность в той или иной сфере. В чем разница между алмазом и графитом относительно их применения? Блистающий алмаз идеален для ювелирного производства. А твердость этого материала позволяет изготавливать из него качественные резцы по стеклу, суперпрочные сверла и другие востребованные изделия.

Графитовые стержни при протекании многих процессов играют роль электродов. Измельченный графит входит в состав минеральных красок и применяется как смазочный материал. А из смеси этого вещества и глины производят специальные емкости для плавки металлов.

Таблица

Алмаз Графит
Тетраэдрическое строение Слоистая структура
Твердый, но хрупкий Легко отслаивается
Прозрачный Непрозрачный
Высокая теплопроводность Электропроводность
Примеры использования: ювелирное производство, изготовление резцов Примеры использования: грифель карандашей, смазочный материал

Другие области применения алмазов. Алмаз – прекрасный оптический материал для всевозможного рода кювет и окошек, способный выдерживать высокие давления и натиск веществ любой степени агрессивности и быть одновременно прозрачным в широком диапазоне длин волн.

Алмазная подложка полупроводниковых схем, обеспечивая их прекрасную изоляцию, отводит тепло в несколько раз быстрее, чем, например, медь, существенно повышая эффективность работы ответственных узлов электронных схем. Возможность с помощью алмазов считать ядерные частицы в условиях агрессивных сред и высоких механических нагрузок, алмаз используется в специальных счетчиках.

Структура потребления технических алмазов высокоразвитыми странами следующая, (%):

— шлифование, заточка инструментов и деталей машин из твердых сплавов – 60-70;

— оправка шлифовальных кругов – 10-12;

— бурение скважин – 10;

— волочение проволоки – 10;

— резка и шлифование деталей и изделий из стекла, керамики, мрамора, сверление и доводка твердосплавных деталей, обработка часовых и ювелирных изделий – 10-12.

Области применения графита.

Руды почти всех графитовых месторождений редко могут быть в сыром виде использованы потребителями. Практически все они подвергаются той или иной предварительной обработке с целью превращения руды в готовую продукцию.

Технологическая классификация графитовых руд совпадает с классификацией природных типов.

Явнокристаллические руды перерабатываются преимущественно по флотационным схемам благодаря хорошей флотируемости графита.

Скрытокристаллическое графитовое сырьё представлено тонкодисперсными минералами в весьма сложном прорастании с пустыми породами. Поэтому такие типы графитовых руд почти не поддаются механическому обогащению. К ним применяются главным образом рудоразработка и в особых случаях, методы химического, термического или других способов обработки. В связи с тем, что эти процессы являются дорогими, он используются редко.

Основными показателями, по которым оценивается графитовая продукция, являются: текстурно-структурные, содержание углерода, золы, влаги, летучих компонентов, вредных примесей (железо, сера, медь, и др.), гранулометрический состав.

В литейном производстве предпочтение отдаётся скрытокристаллическому графиту, поскольку для этого производства важна дисперсность порошка, обеспечивающая гладкую поверхность литейных форм и облегчающая удаление из них отливок после охлаждения.

Высококачественные явнокристаллические графиты широко используются при специальном литье стали.

Тигельный графит представлен тремя марками. Зональность их не превышает соответственно 7; 8,5 и 10%, массовая доля железа в пересчете на Fe2O3 для всех марок не более 1,6%, летучих веществ – менее 1,5%; влаги – не более 1%.

Для производства графито-керамических плавильных тиглей и огнеупоров используется высококачественный явнокристаллический графит.

В соответствии с требованиями к смазочному графиту продукция выпускается в виде нескольких марок, каждая из которых имеет своё направление применения и характеризуется рядом показателей. Общими для всех марок являются лишь показатели величины концентрации водородных ионов водной вытяжки и влажности.

Производство карандашей, как и электроугольное, предъявляет наиболее высокие требования к качеству графита. В мировой практике для лучших сортов карандашей употребляется смесь цейлонского и другого кристаллического или скрытокристаллического графита, который чаще всего применяется для производства обыкновенных сортов карандашей.

В производстве активных масс щелочных аккумуляторов применяется явнокристаллический крупночешуйчатый графит («серебристый»), получаемый путём флотации руд Тайгинского и Завальевского месторождений.

В электроугольной промышленности применяют графит трех типов – природный мелко- и скрытокристаллический и искусственный. Искусственный графит получил широкое распространение вследствие его высокой чистоты и постоянства состава.

В производстве смазок в качестве твердых веществ широко используется природный кристаллический графит и вместе с ним графит искусственный. Для этого производства требуется графит обычно высокой чистоты и очень тонкого помола, иногда коллоидной размерности. Смазки чаще всего представляют собой водные или масляные суспензии из естественного кристаллического и искусственного графита.

Ряд марок графита не допускает засоряющих примесей, в том числе и графита других месторождений. К этим маркам относятся тигельный, элементный и электроугольный графит.

Заключение

Исследовав две полиморфные модификации углерода: алмаз и графит, я пришла к тому, что несмотря на одинаковый химический состав, полиморфы имеют разное строение кристаллической решетки, а следовательно и разные свойства и происхождение.

Алмаз — бесцветное, прозрачное кристаллическое вещество с исключительной твердостью – 10 и алмазным блеском. Графит — серо-черное кристаллическое вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь, по твердости уступает даже бумаге — 1.

Алмазы в природе встречаются в виде хорошо выраженных отдельных кристаллов. Кристаллы графита — это, как правило, тонкие пластинки.

Происхождение алмазов магматическое, графита – метаморфическое.

Алмазы используются практически во всех отраслях промышленности: электротехническая, радиоэлектронная, приборостроительная, при буровых работах.

Графит же используют для производства графито-керамических плавильных тиглей и огнеупоров, в качестве смазок, производство карандашей, электроугольная промышленность.

В бесчисленных учебниках приведены диаграммы равновесия алмаз-графит и написано, что алмаз возникает из графита. Но почему-то никто не задался вопросом: откуда же в мантии графит?.. Ведь он там нестабилен, и его называют "запрещенным" минералом для условий мантии. Иное дело карбиды. Они здесь устойчивы: карбиды железа, фосфора, кремния, азота, водорода. Карбид водорода — это газ, обычный метан, он подвижен и легко концентрируется в глубинном флюиде.

В свое время геологи не придали значения замечательному открытию советского физика Б. Дерягина, который еще в 1969 году синтезировал алмаз из метана и, что очень важно, при давлении даже ниже атмосферного. Это открытие уже тогда должно было бы в корне изменить существовавшие представления об алмазе как о минерале, кристаллизующемся обязательно из расплавов и при высоких давлениях. Данные Б. Дерягина позволили мне рассмотреть возможность кристаллизации алмаза из флюида, газовой смеси в системе С-Н-О.

Оказывается, что в таком флюиде кислород при сверхвысоком давлении мантии теряет свои окислительные свойства и не окисляет даже водород. Но при подъеме газа вверх, при образовании кимберлитовой трубки, давление падает. Достаточно уменьшить давление в 10 раз — от 50 до 5 килобар, чтобы активность кислорода возросла в миллион раз. И тогда он мгновенно соединяется с водородом и метаном. Проще говоря, газ самовоспламеняется — в подземной трубе вспыхивает яростный огонь.

Последствия такого подземного "пожара" зависят от соотношения углерода, водорода и кислорода во флюиде. Если кислорода не слишком много, он вырвет из молекулы метана (СН4) лишь водород. Возникшие при этом пары воды будут поглощены минеральной пылью и образуют серпентинит -характернейший минерал кимберлитов. Углерод, оставшись "одиноким", при давлении в тысячи атмосфер и температуре около 1000 °С замкнется ненасыщенными валентными связями "сам на себя" и образует гигантскую молекулу чистого углерода — алмаз! На практике такая благоприятная комбинация компонентов в газовой смеси встречается редко: лишь пять процентов кимберлитовых трубок бывают алмазоносными.

Чаще случается так, что кислорода или слишком много для образования алмаза, или недостаточно. В первом случае углерод сгорит и превратится в газы — оксиды: СО или СО2. Тогда возникают безрудные кимберлиты. Они отличаются повышенной магнитностью, потому что в них появился оксид железа -магнетит. Кислорода было много, и он "вырвал" железо из состава силикатов. При дефиците кислорода или метана возникнут лишь пары воды, и они будут поглощены серпентинитом. Выходит, что алмаз возникает как продукт самопроизвольного подземного горения углеродистого флюида. Алмазы — аналоги золы или сажи, осевшей в "дымоходах" мантии! (А. Портнов – доктор геолого-минералогических наук, профессор).

Список используемой литературы

1. Углерод и его соединения – Киев, «Наукова Думка» 1978.

2. Булах А.Г. Общая минералогия. 1999.

3. Сарасовский. Образовательный журнал. Том 6, 2000.№ 5.

4. Дядин Ю.А. Графит и его соединения включения.

5. А. Портнов. «Алмаз – сажа из преисподней».

6. ЗАО «Геоинформмарн». Москва 1997. Минеральное сырьё.

Разница между алмазом и графитом

Графит. Алмаз.

7. Издательство«Советская энциклопедия». Москва. 1972.

Свойства алмаза

Этот удивительный минерал известен людям уже более 5000 лет. Описывая алмаз, десятки раз употребляют слово "самый" — самый твёрдый, самый блестящий, самый износостойкий, самый дорогой, самый редкий, самый теплопроводный… Название алмаз произошло от искажённого греческого адамас – неодолимый, несокрушимый.

Алмаз кристаллизуется в кубической сингонии. В тоже время в зависимости от способа компенсации магнитных моментов выделяют от двух до четырёх структурных разностей. Кроме того, симметрия структуры может изменяться от изоморфных примесей, входящих либо на место центрального атома углерода в тетраэдре, либо в его вершины, что приводит к гемиморфности структуры и снижению симметрии. Это сказывается на габитусе кристаллов в развитии лишь половины октаэдрических граней.

Формула алмаза, его химические и физические свойства

Установлен также гексагональный политип алмаза – лонсдэлеит с вюртцитовой структурой.


Украшение с алмазом. Фото: Cliff

Для алмаза характерны кривогранные формы октаэдроиды, додекаэдроиды, гексаэдроиды, тетраэдроиды, на гранях которых наблюдается параллельная, вальцеобразная или сноповидная штриховки, микрослоистость, пирамидальные и каплевидные холмики, ямки травления, дисковая и черепитчатая структуры. Иногда алмазы имеют каналы травления, покрываются тончайшими приповерхностными трещинами, создающими матовость при коррозии, несут следы механического износа. Внутреннее строение монокристаллов алмаза чаще зональное или волокнистое, устанавливается невооружённым глазом или специальными исследованиями. Распространены и пластически деформированные кристаллы. Детально изучая морфологию и внутреннее строение кристаллов алмаза, можно восстановить историю его образования.

Кроме монокристаллов, алмазы часто образуют закономерные и незакономерные сростки. Первые разделяются на двойники и параллельные сростки. Иногда встречаются двойники, образующие многолучевые звёзды. Незакономерные сростки весьма типичны для алмаза. Срастаться могут два-три индивида различной или одинаковой величины или множество индивидов, образующих различные поликристаллические агрегаты. Выделяют несколько их разновидностей: борт, баллас и карбонадо.

Борт – это мелкозернистые неправильной формы агрегаты беспорядочно ориентированных кристаллов, различимые невооружённым глазом или под микроскопом. Тёмная окраска объясняется присутствием графита. Выделения борта могут достигать нескольких сотен граммов. Борт встречается практически на всех месторождения алмазов. В технике бортом часто называют низкокачественные алмазы с большим числом трещин и включений, монокристаллы алмаза пониженного качества и агрегаты.

Разновидность алмазов карбонадо была обнаружена в 1813 году. Название получила от португальского "carbonados" — карбонатизированный. Карбонадо представляет собой скрытокристаллические образования из разупорядоченных индивидов алмазов размером 5-10 мкм, иногда в них присутствует аморфный углерод и графит. Форма образования неправильная, угловатая или округлая. Они непрозрачны, имеют тёмно-серый, чёрный, зелеоватый, серый или коричневый цвета, блестящую, эмалевидную, антрацитоподобную или матовую шлаковидную поверхность. Обычно их масса 0,1-1 карат, но встречаются и более крупные. Так, в 1825 году в Бразилии был найден камень массой 3167 карат. Карбонадо обладают очень большой прочностью, поэтому они используются для изготовления коронок, предназначенных для бурения особо твёрдых горных пород. Применяется карбонадо и для правящего инструмента. В Африке встречена разновидность карбонадо с магнитными свойствами, названная стюаритом. Его магнитные свойства обусловлены большим числом включений магнетита.

Балласы, дробеобразный борт, алмазы Кунца – под таким названием известны поликристаллические образования округлой, овальной или грушеобразной формы с радиально-лучистым строением кристаллитов размером 10-200 мкм. Диаметр агрегатов колеблется от нескольких миллиметров до 20 мм, реже более. Известны находки балласов массой до 75 карат. Балласы могут быть непрозрачными, полупрозрачными или просвечивающими, с сильным блеском или матовые, бесцветные, серые, чёрные или зеленоватые.

В настоящее время известна ещё одна разновидность поликристаллических образований алмаза ударно-взрывного происхождения. Такие алмазы приурочены к своеобразным кольцевым воронковидным структурам – астроблемам, которые получаются при ударе космического тела о земную кору. Возникшие при этом высокие температура и давление способствовали образованию алмазов. Размеры угловатых, неправильной формы агрегатов, как правило, 1-2 мм, размер кристаллитов – 20-40 мкм. Алмазы непрозрачные, чёрные, желтоватые или зеленоватые. Строение их слоистое или волокнистое. При рентгеновских исследованиях агрегатов, помимо алмаза, устанавливаются другие модификации углерода: графит, лонсдейлит и карбин.

Твёрдость алмаза – 10 (по шкале Мооса), самая высокая среди всех минералов; микротвёрдость (в МПа) – 93 157 – 98 648. Однако у алмаза наблюдается анизотропия твёрдости, выражающаяся в том, что на разных гранях и в различных направлениях твёрдость несколько отличается.

Наименее износоустойчивыми направлениями, по которым и обрабатывают алмаз, являются следующие: в плоской сетке куба – направления, параллельные сторонам кубических граней, в плоской сетке октаэдра – направления, соответствующие высотам треугольных граней. В свою очередь, твёрдость октаэдрических граней больше твёрдости ромбододекаэдрических, но ниже, чем кубических. Износостойкость алмазов колеблется в широких пределах, средняя её величина в несколько раз выше износостойкости широко известных абразивных материалов – карбида бора и кремния. Абразивная способность материала определяется отношением массы сошлифованного материала к массе израсходованного абразива. Если принять абразивную способность алмаза за единицу, то абразивная способность карбида бора составит 0,5-0,6, а карбида кремния – 0,2-0,3.

Теоретическая плотность алмаза 3,515 г/см3. Однако встречаются алмазы, у которых наблюдаются значительные отклонения от этой величины, что связано с наличием различных включений, трещин, пор, а также агрегативным строением. Наименьшую плотность имеют карбонадо (до 3,4 г/см3). Плотность балласов уменьшается от светлых разностей к тёмным. У монокристаллов с различимым невооружённым глазом зональным строением – "алмазов в оболочке" и графитизированных кристаллов плотность ниже среднего значения. Плотность прозрачных с зелёными пятнами пигментации или дымчато-коричневых алмазов несколько ниже, чем у бесцветных или жёлтых, но эти колебания выражаются в тысячных, реже сотых долях единиц плотности.

Алмаз имеет совершенную спайность по {III}, излом ровный, ступенчатый, раковистый. Модуль упругости алмаза равен 88 254 МПа, что объясняет деформацию алмаза при его воздействии на обрабатываемый материал. В связи с этим при алмазной обработке материалов удельное давление и температура должны быть в несколько раз ниже, чем при использовании других абразивов. Предел прочности на изгиб у алмаза 206-490 МПа, что в три-четыре раза меньше, чем у твёрдого сплава (1079-1471 МПа). Предел прочности алмазов при сжатии зависит от их формы и дефектности. В среднем он составляет 1961 МПа, что в два раза меньше предела прочности для твёрдых сплавов (3922-4903 МПа). Плотность на разрыв 7 746 740 МПа (теоретическая). Коэффициент сжатия алмаза и модуль сжимаемости в четыре раза меньше, чем у железа.

Алмаз состоит из углерода (96 – 99,8 %). В качестве примесей в нём установлены в различных количествах (от  % до 0,3 %) более 25 элементов: H, B, N, O, Na, Mg, Al, Si, P, Ca, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Sr, Ba, Zr, TR, Pt, Au, Ag, Pb и другие.

Совершенно бесцветные алмазы довольно редки. Обычно у них наблюдается какой-либо оттенок. Встречаются интенсивно окрашенные алмазы жёлтого, оранжевого, зелёного, голубого, синего, розового, коричневого, молочно-белого, серого, чёрного цвета. Окраска алмазов связана с различными дефектно-примесными центрами в структуре кристаллов, а иногда – с включениями ряда минералов. Наиболее распространённая жёлтая окраска может иметь различное происхождение. Равномерная лимонно- или соломенно-жёлтая окраска прозрачных кристаллов октаэдрической или додекаэдрической формы обусловлена наличием дефектно-примесного центра N3 (интерпретируемого как донорно-акцепторная пара или три атома азота и вакансия), с которым связана система линий (головная 415 нм) в спектрах поглощениях. Жёлтая, янтарно-жёлтая окраска прозрачных кристаллов кубического габитуса и периферийной зоны "алмазов в оболочке" связана с одиночными атомами азота, изоморфно замещающими в структуре алмаза атомы углерода. В таких алмазах наблюдается поглощение с 550 нм. Зелёные пятна пигментации, окрашивающие поверхность кристаллов в зеленоватый или голубоватый цвет, появляются в результате природного радиоактивного облучения. При нагревании в процессе метаморфизма они становятся жёлтыми. Встречаются алмазы с синей и голубой окраской. Предполагается, что этот тип окраски обусловлен вхождением в структуру алмаза бора. Очень распространены дымчато-коричневые и реже розовато-сиреневые алмазы, окраска которых связана с дефектами на плоскостях скольжения. Молочно-белая окраска объясняется наличием мелкодисперсных включений граната во внешней части кристалла, а серая и чёрная – включениями графита.

Алмаз при обычных температурах химически инертен. Кислоты, даже самые сильные на него не действуют. При высоких температурах алмаз приобретает химическую активность. При температуре выше 450-500о С (микропорошки) – 600-700о С (кристаллы) алмаз может окисляться кислородом, CO2, NO, водяным паром. При температурах 600-800о С и выше кристаллы алмаза травятся в расплавах щелочей, кислородосодержащих солей и металлов.

Алмаз не смачивается водой, но прилипает к жировым смесям. Высокий показатель преломления (2,417) объясняет его яркий, алмазный блеск. Для лучей разного цвета показатель преломления неодинаков: для красного – 2,402; жёлтого – 2,417; зелёного – 2,427; фиолетового – 2,465. Таким образом, дисперсия показателя преломления алмаза – 0,063, что намного выше, чем у других минералов. Высокой дисперсией объясняется "игра" бриллиантов. Угол внутреннего отражения для алмаза при n= 2,42 составляет 24о51/.

Кристаллы алмаза оптически изотропны, однако довольно часто в них возникают упругие напряжения, приводящие к появлению аномального двупреломления. Узоры двупреломления могут быть различными: полосчатыми, соответствующими зональному строению кристаллов или связанными с плоскостями скольжения; радиально-лучистыми, вызванными дислокациями роста кристаллов; звёздо- и крестообразными, связанными с неравномерным распределением примесей; в виде изоклин, вызванных объёмными напряжениями в алмазе; в виде фантомов, обусловленных напряжениями, направленными в разные стороны; вызваны включениями посторонних минералов; напоминающими рисунок соломенных ковриков.

Под воздействием катодных, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей некоторые алмазы люминесцируют, что вызвано дефектами их структуры. Цвет люминесценции различен – от зелёного и жёлтого до голубого или синего. Алмазы с различным свечением имеют разные физико-механические свойства. Так при статическом однородном сжатии наибольшей прочностью отличаются несветящиеся алмазы, затем голубые, зелёные, жёлтые и розовые. Самая большая динамическая прочность у кристаллов с розовым свечением, ниже у кристаллов с зелёным, жёлтым и голубым свечением. Наименьшая прочность на удар у несветящихся алмазов. При испытании алмазов с различным свечением на истирание наибольшая износостойкость установлена у алмазов, светящихся зелёным цветом, ниже – у голубых, жёлтых алмазов, с розовым свечением и у несветящихся.

В 1934 году Р.Робертсон, Дж. Фокс, А. Мартин выяснили, что алмазы по физическим свойствам делятся на два типа. В 1959 году В. Кайзер и В. Бонд связали эти отличия с разным содержанием в них азота. В алмазах I типа оно достигает 0,25 %, в алмазах II типа не превышает 0,001 %. Алмазы I типа резко преобладают во всех месторождениях, однако в южноафриканских кимберлитовых трубках "Премьер", "Де Брис" и "Финч" много и алмазов II типа, а среди мелких кристаллов из трубки "Премьер" они составляют до 90 % от всей массы алмазов.

Алмазы I и II типа отличаются и по характеру поглощения в ультрафиолетовой и инфракрасной областях. Граница фундаментального поглощения в ультрафиолетовой области в алмазах II типа находится в пределах 220-225 нм, а в алмазах I типа – 300-320 нм.

В инфракрасных спектрах алмазов наблюдается двухфононное решётчатое поглощение в области 3-6 мкм, связанное с температурным колебанием атомов углерода в решётке алмаза. В алмазах, содержащих различные дефектно-примесные центры, установлены системы поглощения A, B1, B2и C с соответствующими основными линиями (см-1) – A – 1282, B1 – 1175, B2 – 1370, C – 1130.

Алмазы I и II типа отличаются и по своим электронным свойствам. При комнатной температуре алмазы являются диэлектриками, но среди алмазов II типа выделяется отдельный подтип IIb – алмазы, обладающие полупроводниковыми свойствами. При облучении ультрафиолетовыми лучами (210-300 нм) в алмазах появляется фотопроводимость, которая вдвое увеличивается при дополнительном одновременном облучении их инфракрасными лучами. При одинаковых условиях фотопроводимость алмазов II типа на порядок выше, чем I типа.

Алмаз характеризуется очень высокой теплопроводностью. Она не одинакова при различной температуре. В интервале температур 20-1200 К теплопроводность алмаза выше теплопроводности меди. Линейное расширение алмазов при температуре 0-1400о С составляет 0,58 %, коэффициент теплового расширения при 25о С равен 1,3*10-6, а при 1400о С – 7*10-6.

[ad010]

Физические свойства алмазов (цвет, твёрдость, электропроводность) изменяются при их облучении: цвет становится синим, сине-зелёным, а при увеличении времени облучения – тёмно-зелёным и чёрным. Изменения в структуре алмазов приводят и к изменению механических свойств. На 20-30 % увеличивается статистическая прочность, однако динамическая прочность уменьшается.

В зависимости от свойств алмазы делят на ювелирные и технические. К ювелирным относят прозрачные алмазы (бесцветные или с нацветом) с небольшим количеством дефектов. К техническим алмазам в зависимости от назначения предъявляются соответствующие требования. Технические алмазы низкого сорта и поликристаллические их разновидности обязательно проходят предварительную обработку с целью разделения их по форме и размерам, а также для выделения алмазов с более высокими значениями прочности. При этом алмазы дробят, овализируют, полируют, а также подвергают термической обработке и металлизации.



Твердый, играющий на свету алмаз и непрозрачный, легко отслаивающийся графит образно можно назвать родными братьями. Ведь в химическом составе того и другого присутствует единственный элемент – углерод. Выясним, почему, имея общее происхождение, эти минералы настолько не похожи друг на друга и чем отличается алмаз от графита.

Определение

Алмаз – минерал, основой которого является углерод. Характеризуется метастабильностью, то есть способностью в обычных условиях неограниченно долго существовать в неизменном виде. Помещение алмаза в специфические условия, например в вакуум при повышенной температуре, приводит к его переходу в графит.

Графит – минерал, выступающий модификацией углерода. При трении от общей массы вещества отделяются чешуйки. Наиболее известное применение графита – изготовление из него карандашного грифеля.

Сравнение

Явление, при котором вещества имеют различные свойства, но образованы общим химическим элементом, называется аллотропией. Однако в природе, пожалуй, больше не найдется таких абсолютно разных аллотропных форм одного и того же элемента. Чем объясняется отличие алмаза от графита?

Решающую роль здесь играют особенности кристаллической структуры каждого из веществ. Скажем про алмаз. Связь между его атомами невероятно прочная. Это обусловлено способом их расположения относительно друг друга. Смежные атомные ячейки вещества имеют кубическую форму. Частицы расположены в углах ячеек, на их гранях и внутри них. Этот тип строения называется тетраэдрическим.

Такая геометрия атомов обеспечивает наиболее плотную их организацию, благодаря чему алмаз становится твердым, не поддающимся деформации. Вместе с тем это хрупкое вещество, способное раскалываться от удара. Строением также обуславливается высокая теплопроводность алмаза и свойство его кристаллов преломлять свет.

Графит обладает иной структурой. На атомном уровне он состоит из пластов, расположенных в разных плоскостях. Каждый пласт составляют примыкающие друг к другу шестиугольники, подобно сотам. Связь между атомами, которые являются вершинами шестиугольников, сильна только в пределах каждого слоя.

Алмаз и его химические свойства

А атомы, находящиеся в разных слоях, практически независимы друг от друга.

След от карандаша – это легко отделяемые слои графита. Вещество из-за особенностей строения поглощает свет, принимая достаточно невзрачный вид (но с металлическим блеском), и обладает электропроводностью.

Присущие минералам свойства определяют их пригодность в той или иной сфере. В чем разница между алмазом и графитом относительно их применения? Блистающий алмаз идеален для ювелирного производства. А твердость этого материала позволяет изготавливать из него качественные резцы по стеклу, суперпрочные сверла и другие востребованные изделия.

Графитовые стержни при протекании многих процессов играют роль электродов. Измельченный графит входит в состав минеральных красок и применяется как смазочный материал. А из смеси этого вещества и глины производят специальные емкости для плавки металлов.

Таблица

Алмаз Графит
Тетраэдрическое строение Слоистая структура
Твердый, но хрупкий Легко отслаивается
Прозрачный Непрозрачный
Высокая теплопроводность Электропроводность
Примеры использования: ювелирное производство, изготовление резцов Примеры использования: грифель карандашей, смазочный материал

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *