грифель и алмаз что общего

Отличия и сходства алмаза и графита: наглядное сравнение в таблице и взаимопревращения

Абсолютно разные, но при этом одинаковые – это про графит и алмаз. Их сравнение помогает осознать всю нестандартность ситуации с двумя этими веществами.

Мифы и заблуждения об алмазе и графите

Долгое время считалось, что непохожие друг на друга диамант и графит – это разные вещества. В 1797 г. ученый-химик С. Теннант провел серию опытов, в которых сравнил состав, доказав, что в их основе лежит углерод.

При сравнении строения алмаза и графита на атомном уровне выявляется существенная разница:

Свойства алмаза и графита зависят от строения кристаллической решетки, потому кардинально различаются, общей у них является способность проводить тепло, нагреваясь при этом. Если провести сравнение по остальным показателям, то они отличаются:

Физические и химические свойства минералов

Химическая формула алмаза и графита едина – это углерод, обозначенный в таблице Менделеева как С. В самоцвете имеются примеси магния, железа, азота, алюминия, что придает ему цвет.

Тип кристаллической решетки алмаза кубический, графита – гексагональный. Это объясняет то, что твердость алмаза в 5 раз больше, чем у его «собрата».

Сравнение физических свойств алмаза и графита представлено в таблице:

Сходство и взаимопревращения алмаза и графита

У мягкого серого графита и твердого прозрачного алмаза общая основа – углерод, т. е. они состоят из одного вещества. Это натолкнуло ученых на мысль о попытке преобразовать графит в алмаз.

Получить алмаз из графита можно в лаборатории или домашних условиях. В первом случае нужны следующие условия:

Для домашних экспериментаторов есть 2 способа. В первом понадобится:

Провод привязывается к графиту, опускается в емкость. После охлаждения в морозильной камере или с помощью жидкого азота через полученную конструкцию с проводом пропускается ток. Это способствует перестройке кристаллической решетки, быстрому преобразованию в самоцвет.

Второй способ предполагает появление алмаза из смеси соли, графита и дистиллированной воды. Нить опускается в банку с подготовленным раствором, на ней постепенно нарастает кристалл.

Также смотрите обратный способ получения графита из искусственных алмазов:

Области применения углеродных минералов

Углеродные минералы обладают большим спектром свойств, позволяющих применять их в разных областях жизни. Встретить их можно в кольце, карандаше, приборе для резки металла, стекла. Если провести сравнение сфер использования, то можно увидеть, что они пересекаются только в одной точке – взаимопревращении.

Алмаз

Основная область применения минералов – ювелирное дело. В процессе обработки камень становится бриллиантом, обретая высокую цену. Вторая роль самоцвета – материальная.

Для некоторых бриллианты – это вариант капиталовложения.

Источник

Что общего между алмазом и графитом?

Что общего между алмазом и графитом? С первого взгляда, кажется, ничего. Алмаз прозрачный, графит темный.

Алмаз является самым замечательным изолятором электрического тока, который не пробивает даже молния, а графит хорошо проводит электрический ток, и применяется при изготовлении электродов.

Алмаз плотен и очень тяжел, графит в полтора раза легче.

Кажется, алмаз и графит ничем не похожи друг на друга,

Атомы графита расположены в виде решеточек, и каждая такая решеточка слабо связана с другой. У алмаза же атомное строение совсем иное, – атомы располагаются близко друг к другу и прочно связаны один с другим, – это делает алмаз очень и очень твердым.

Именно это изменение происходит в графите при температуре 3000 градусов Цельсия и давлении 12 ГПа, превращая его в алмаз. Под давлением графит приобретает «характер».

Подобно давлению жизненных обстоятельств, давление способно произвести многочисленные изменения в структуре и свойствах окружающих нас веществ. Благодаря высокому давлению, азот, из которого на три четверти состоит воздух, становился твердым; желтый фосфор окрашивается в черный цвет; жидкость может просочиться сквозь сталь, а стекло может раствориться в обыкновенной воде.

«С великою радостью принимайте, братия мои, когда подвергаетесь различным испытаниям, зная, что испытание вашей веры производит в вас терпение; терпение же должно иметь совершенствующее действие, чтобы вы были совершенны во всей полноте, без всякого недостатка»

– Библия, Новый Завет, п. Иакова 1:2-4

Источник

Сажа и графитовый стержень карандаша, «близкие родственники» алмаза

27 октября 2012 : UEFIMA.RU : Что общего между сажей, карандашами и бриллиантами? — Спросите вы. А общее все — таки есть! Алмаз, сажа и графитовый стержень карандаша — «близкие родственники», поскольку на 99,9% состоят из одного химического элемента — углерода. Однако не только химический состав определяет свойства веществ. Ученые говорят, что эти свойства определяются строением кристаллической решетки и типами химических связей. Важно, как именно расположены атомы и с какими силами они взаимодействуют. В кристаллической решетке алмаза атомы плотно упакованы и связанны крепкой связью. Атомы углерода в графите размещены прослойками, напоминающими пчелиные соты. В рамках слоев эти атомы взаимодействуют достаточно сильно, а связи между слоями очень слабые.

Именно поэтому графит легко расслаивается на чешуйки, им можно писать на бумаге или стене. Он применяется для изготовления карандашей, а также как сухая смазка для деталей машин, работающих при высокой температуре. Графит проводит электрический ток и из него изготавливают электроды для троллейбусов, электродвигателей.

Что означает название «алмаз»?

Есть разные версии происхождения этого слова. Адамант (греческое) — непобедимый, непреодолимый; алмаз (древнеиндийское) — то, что не разбивается; алмас (арабское), элма (персидское) — очень твердый. Все толкования удачные, потому алмаз является самым твердым природным минералом. Правильно обработанный и закрепленный в инструменте алмаз может резать сталь, как масло.

Природные алмазы чаще всего прозрачные, бесцветные или желтые. Даже незначительный оттенок резко уменьшает цену алмаза. Но чистые алмазы: розовые, коричневые, оранжевые, пурпурные, зеленые, голубые, ярко-желтые, розово — фиолетовые, дымчато — вишневые, красные, черные, особенно больших размеров — чрезвычайная редкость. Такие камни называют фантастическим, и это очень дорого.

Блеск и красота алмаза раскрываются только после огранки, которую стали применять только в начале XX в., когда с помощью законов физики установили пропорции и углы, при которых камень приобретает максимальный блеска.

Большие бриллианты — большая редкость.

Известны случаи, когда алмазы взрывались из — за колоссального напряжения внутри камня. Это понятно, ведь алмаз кристаллизуется под влиянием огромного давления. Именно поэтому не каждый алмаз можно огранивать. Исследуя алмазы, отбраковывают те, которые не поддаются огранке. Известно не много бриллиантов весом более 100 карат (20 г).

Австралия, Россия, Южно — Африканская Республика и демократическая Республика Конго производят 60 процертов мировой добычи алмазов.

Ювелирного качества алмазы встречаются в вулканических породах, которые прихватила с собой из мантии кимберлитовой магмой, прорываясь на поверхность Земли. Из нескольких добытых тонн кимберлита извлекают карат (0,2 г.) высококачественного алмаза. Алмазы добывают также из речных и прибрежно — морских россыпей, куда их выносит вода вследствие разрушения алмазного кимберлита. При таких условиях ювелирные алмазы имеют шероховатую поверхность. Алмазы найдены и в метеоритах.

Легенды об алмазах.

Необычные свойства камня породили много легенд. Способность приносить успех — лишь одна из бесчисленных свойств, которые приписывали ему. Бытует мнение, что бриллианты — оберег материнства. Положительное влияние имеет алмаз, полученный в дар или по наследству, а полученный нечестным путем — приносит несчастье. В легендах алмаз может принести беду обладателю, если его духовные качества и желания не соответствуют чистоте камня. Алмазы — это сгустки большого могущества и потенциальный источник несчастий. Прекрасные алмазычасто попадали в руки слабых правителей, вызывали зависть могущественных соседей и становились причиной безжалостных войн.

Источник

Действительно ли бриллианты вечны?

Или алмазы могут просто сгореть до углекислого газа.

Итак, почему алмаз может превратиться в графит или гореть? И как долго это может длиться?

Сам по себе углерод есть углерод. Элемент с атомным номером 6 и неметалл.

Но когда углерод связывается с другими атомами углерода, он может создавать множество структур, каждая из которых обладает уникальным набором свойств. Эти разные формы называются аллотропами.

У углерода есть множество аллотропов. Это связано с его валентностью. У углерода есть четыре доступных электрона, которыми он может поделиться с другими элементами для создания соединений. Эта валентность дает ему уникальную гибкость, позволяющую образовывать различные структуры при соединении с другими атомами углерода.

Алмаз имеет октаэдрическую структуру, в которой каждый отдельный атом углерода присоединяется к четырем другим атомам углерода, образуя своего рода трехстороннюю пирамидальную структуру.

Обратите внимание, как самые верхние углеродные связи в алмазе выглядят как трехсторонняя пирамида.

Другие углеродные аллотропы образуют листы (графит и графен), сферы (бакминстерфуллерен) и даже некоторые странные наноструктуры.

Графит, а не алмаз, является наиболее стабильным аллотропом углерода.

Хотя тетраэдрическая структура алмаза делает его самым твердым веществом, известным человечеству, это не самая стабильная форма углерода.

Этот титул принадлежит графиту.

Теперь представьте, что мяч застревает в лунке меньшего размера (меньшей долине, в которой можно увидеть мяч).

Шар устойчив в меньшем колодце, но поскольку колодец находится выше по сравнению с дном долины, это не самое стабильное его состояние. Но мяч останется там, если не будет проведена работа по вытаскиванию мяча из колодца на дно долины.

Представление о стабильности химических веществ.

С точки зрения химии, алмаз кинетически стабилен, потому что он находится в ловушке в колодце, тогда как он термодинамически нестабилен, потому что существует более стабильная форма графита, в которую он может превратиться при правильных условиях.

Итак, почему алмазы не превращаются в графит?

Итак, если есть более стабильная форма, почему не все алмазы превратились в графит? По двум причинам.

Во-первых, алмаз устойчив в условиях, существующих на Земле. Кроме того, графит всего на несколько электронвольт стабильнее алмаза (на Земле). Разница в устойчивости алмаза и графита на Земле не так уж и велика.

Во-вторых, для преобразования алмаза в графит требуется большая энергия.

Другими словами, энергия, необходимая для того, чтобы вывести алмаз из колодца на дно долины, где он превратится в графит, очень велика.

Химики и геологи пытались превратить алмаз в графит. Они обнаружили, что при сжатии алмаза индентором (в основном острым предметом, которым можно протыкать алмаз) поверхность алмаза, контактирующая с индентором, превращается в графит.

Алмазы тоже имеют свою слабость

Однако не подвергайте алмазы воздействию высоких давлений, если вы хотите превратить его в графит. Алмазы более стабильны при высоком давлении, чем графит, именно поэтому они образуются в мантии Земли (и даже иногда на астероидах). Однако при определенных условиях алмазы могут превращаться в графит даже под высоким давлением.

Как долго прослужат алмазы?

Учитывая вышесказанное, бриллиант на вашем обручальном кольце или в короне королевы Англии, скорее всего, будет длиться вечно.

Но если вы используете свой алмаз в качестве инструмента для резки или шлифовки вещей, особенно вещей, сделанных из железа, тогда вы можете обратить на это внимание.

Часть алмаза, контактирующая с железом (или чем-то еще, что алмаз режет), может достаточно нагреться, чтобы превратиться в графит. Если даже крошечные кусочки алмаза превращаются в графит каждый раз, когда вы что-то режете, алмаз в конечном итоге полностью превратится в графит.

Или вы можете просто сжечь алмаз с помощью всего лишь увеличительного стекла и солнца. Именно это сделали в 1694 году два человека, натуралист Джузеппе Аверани и врач Чиприано Тарджони из Флоренции. Они взяли увеличительное стекло и направили солнечный свет на алмаз, и камень исчез.

Источник

Месторождения, отличия и применения алмазов и графита

Не каждый знает, но алмаз и графит — две формы одного и того же вещества. Эти минералы полностью отличаются друг от друга по твердости и по характеристикам преломления и отражения света. Причем отличия весьма существенные. Алмаз — наиболее твердый в мире минерал, по шкале Мооса он представляет собой эталон — 10, тогда как твердость графита по этой шкале — всего 2. Таким образом, алмаз и графит одновременно самые похожие и непохожие вещества в мире.

Кристаллические решетки алмаза и графита

Каждое из них происходит из углерода, который, в свою очередь, является самым распространенным элементом биосферы. Он присутствует как в атмосфере, так и в воде, в биологических объектах. В земле он представлен в составе нефти, газа, торфа и так далее. Встречается и в качестве залежей графита и алмаза.

Больше всего углерода в организмах. Боле того, ни один из них не может без него обойтись. А происхождение этого минерала в остальных частях планеты как раз и объясняется нахождением когда-то там живых организмов.

Отличия между графитом и алмазом

Основное отличие — это строение алмаза и графита. Алмаз представляет собой минерал, форму углерода. Характеризуется метастабильностью, что означает, что он способен оставаться в неизменно вид бесконечно долго. Алмаз переходит в графит при некоторых специфических условиях, например, при высокой температуре в вакууме.

Графит также является модификацией углерода. Его структура делает минерал очень слоистым, поэтому самое распространенное его применение — изготовления грифеля для карандаша.

Явление, при котором вещества, образованные одним и тем же химическим элементом, имеют разные физические свойства, называется аллотропией. Существуют и другие подобные вещества, однако эти два минерала имеют наибольшую разницу между собой. Решающую роль в этом играют особенности строения кристаллической структуры каждого из минералов.

Алмаз имеет невероятно прочную связь между атомами, что обусловлено их плотным расположением. Смежные атомы ячейки имеют форму куба, где частицы расположены на углах, гранях и внутри их. Это тетраэдрический тип строения. Такая геометрия атомов обеспечивает максимально плотную их организацию. Поэтому твердость алмаза такая высокая.

Низкий атомный номер углерода, показывающий, что атом имеет небольшую атомную массу, а соответственно и радиус, делает его самым твердым веществом на планете. Вместе с тем это совершенно не означает прочность. Расколоть алмаз довольно легко, достаточно его ударить. Такое строение объясняет высокий коэффициент теплопроводности и светопреломления алмаза.

Структура графита совершенно иная. На атомарном уровне она представляет собой ряд пластов, расположенных в разных плоскостях. Каждый из этих пластов представляет собой шестиугольники, которые примыкают друг к другу подобно сотам. При этом сильной связью обладают только атомы, расположенные в пределах каждого слоя, а между слоями связь хрупкая, они практически независимы друг от друга.

След от карандаша — это как раз и есть отделяемые слои графита. Из-за особенности своего строения графит имеет невзрачный вид, поглощает свет, обладает электропроводностью и металлическим блеском.

Получение алмаза из графита

Долгое время получить алмаз было технологически сложно, но к сегодняшнему дню эта не такая и трудная задача. Основной проблемой является повторение процессов в лаборатории в короткий промежуток времени, которые в природе проходят за миллионы лет. Ученые доказали, что условиями перехода алмаза из графита являлась высокая температура и давление.

Натуральный необработанный алмаз

Такие параметры сделали взрывы малоперспективными для получения алмаза. Однако опыты не прекратились, на протяжении длительного времени ученые продолжали проводить их, чтобы каким-то образом получить этот минерал. Более-менее стабильный результат получился, когда графит попытались нагреть импульсно до температуры в две тысячи градусов. В этом случае удалось получить алмазы приличных размеров.

Однако такие опыты дали еще один неожиданный результат. После превращения графита в алмаз происходил обратный переход алмаза в графит при уменьшении давления, то есть происходила графитизация. Таким образом, получение стабильного результата только с помощью одного давления достичь не удавалось. Тогда вместе с увеличением давления начали нагревать графит. Спустя некоторое время, удалось вычислить диапазон давлений и температур, при которых кристаллы алмаза можно было бы получать. Однако эти методы все еще не позволяли получить минерал ювелирного качества.

Таким образом, сегодня этот метод используется для создания искусственных алмазов. И хотя он и является рентабельным, стоимость таких целых искусственных минералов остается высокой, что делает их не сильно популярными по сравнению с заменителями бриллиантов.

Месторождения минералов

Алмазы зарождаются на глубине 100 км и при температуре 1300 градусов. Кимберлитовая магма, которая образует кимберлитовые трубки, вступает в действие в результате взрывов. Именно такие трубки и представляют собой коренные месторождения алмазов. Впервые подобная трубка была открыта в африканской провинции Кимберли, откуда и пошло ее название.

Наиболее известные месторождения находятся в Индии, России и Южной Африке. На коренные месторождения приходится 80 % всех добываемых алмазов.

Чтобы найти алмаз в природе, используют рентген. Большинство из камней, которые находят, непригодны для ювелирного производства, так как обладают значительным количеством дефектов, в том числе трещинами, включениями, посторонними оттенками флуоресценцией и так далее. Поэтому их применение техническое. Такие камни делят на три категории:

Алмазы большого размера с выдающимися характеристиками, как правило, получают свое название. Кроме того, высокая стоимость камня делает его желанным для многих, что гарантирует «кровавую историю».

Графит образуется в результате изменения осадочных пород. В Мексике и на Мадагаскаре можно встретить руду с графитом низкого качества. Наиболее известные месторождения — в Краснодаре и на Украине.

Применение

Применение как алмаза, так и графита намного шире, чем кажется. Для алмаза можно выделить несколько сфер использования.

В ювелирной промышленности алмазы используют только в огранке, как известно, они носят название бриллиантов. Всего 20 % всех добытых камней пригодны для украшений, а минералов высокого качества и куда меньше.

Бриллианты — самые дорогие в мире камни. По стоимости только некоторые экземпляры рубинов могут сравниться с ними. На стоимость минералов влияют огранка, цвет, оттенок и чистота. Обычно некоторые из этих характеристик невооруженным глазом являются незаметными, однако выявляются при экспертизе.

Использование бриллиантов в украшениях очень распространено. Часто они выступаю как единственный камень или дополняют высококачественные сапфиры, рубины, изумруды. Наиболее частое применение камней — кольца для помолвки.

В технической сфере обычно берут второсортное сырье, с дефектами или с различными оттенками. Технические алмазы разделяются на несколько подкатегорий.

Последние применяются либо в очень маленьких деталях, либо в качестве напыления для изготовления режущего и шлифовального инструмента.

В электронике применяются иглы, которые являют собой необработанные кристаллы, имеющие от природы острую вершину, или осколки с такой же вершиной. Буровые установки в промышленности также содержат алмазы. Прослойки из этого минерала используются в микросхемах, счетчиках и так далее, происходит это благодаря высокому коэффициенту теплопроводности и сопротивлению.

Около 60 % всех технических алмазов используется в инструментах. Остальные 40 % в равных количествах:

В чистом виде графит не используется. Его, как правило, обрабатывают. Графит высочайшего качества применяется в виде стержня для карандаша. Наиболее широкое применение графит находит в литье. Здесь он применяется для обеспечения гладкой поверхности стали. Для этого он используется в необработанном виде.

В электроугольной промышленности используют не только природного происхождения минерал, но и созданный. Последний имеет высокую однородность по качеству и чистоте. Высокая проводимость тока делает его также широко используемым для изготовления электродов в приборах. Кроме того, он применяется в качестве щеток для двигателя. В металлургии графит используют как смазочный материал.

Графитовые стержни за свою способность замедлять нейтроны раньше широко использовались при создании атомных реакторов. В частности, именно боровые стержни с графитовыми наконечниками выступали в качестве стержней управления-защиты на Чернобыльской АЭС. Одна из проблем, которая после привела к аварии, была в том, что для гашения цепной реакции нужно было нейтроны поглощать, за что отвечал бор, а не замедлять. Поэтому в момент, когда стержни опустили в активную зону реактора, его энергия возросла скачком, что привело к перегреву. Но это была всего лишь одна из множества причин.

Таким образом, алмаз и графит — два разных минерала с одинаковым элементом в основе. Их структуры делают свойства разными, что и представляет интерес. Каждый из них по-своему красив и имеет очень широкое применение как в очень сложных конструкциях, так и в предметах повседневности.

Источник