Depozite, diferențe și aplicații de diamante și grafit. Proprietățile fizice ale diamantului și grafitului Este greu de crezut că grafitul negru este moale

Disciplina: Diverse
Tip de muncă: Lucrări de curs
Subiect: diamant. Legende și realitate

Ministerul Învățământului General și Profesional
Federația Rusă
Academia de Stat de Management
numit după S. Ordzhonikidze
Institutul de Economie Națională și Mondială
Calcul și notă explicativă pentru proiectul de curs la disciplina „Conceptul de științe naturale moderne”
pe tema:
"Diamant. Legende și realitate"
Completat de un student
curs
Institutul de Economie Națională și Mondială
grupuri
Kolobekova Alla Vladimirovna
Șef: Atsyukovsky V.A.
Moscova
1998
Mintea umană a descoperit multe
ciudat în natură și se va deschide
chiar mai mult, crescând astfel
putere asupra ei.
V. I. Lenin „Materialism și empiriocritică”
Cristalele se găsesc peste tot. Mergem pe cristale, construim cu cristale, procesăm cristale în fabrici, le creștem în laboratoare, pe scară largă
Le folosim în tehnologie și știință, mâncăm cristale, ne vindecăm cu ele...
Ce sunt cristalele?
Uneori, pietrele se găsesc în pământ într-o asemenea formă, de parcă cineva le-ar fi tăiat cu grijă, le-ar fi măcinat și le-ar fi lustruit. Acestea sunt poliedre cu fețe plate și
coaste drepte. Formele corecte și perfecte ale acestor pietre, netezimea impecabilă a marginilor lor ne uimesc. Este greu de crezut că astfel de poliedre ideale s-au format singure,
fără ajutor uman. Aceste pietre cu o formă multifațetă naturală simetrică se numesc cristale.
Cristalele găsite în pământ sunt variate la nesfârșit. Dimensiunile lor ajung uneori la înălțimea omului. Există cristale de petale mai subțiri
hârtie și straturi de cristal grosime de câțiva metri. Muzeul Institutului Minier din Sankt Petersburg găzduiește un cristal de stâncă înalt de aproximativ un metru și cântărind mai mult de o tonă,
care timp de mulți ani a servit drept stand la poarta uneia dintre casele din Sverdlovsk.
Multe cristale sunt perfect pure și transparente, precum apa. Nu e de mirare că spun: „clar cristalul”.
Scriitorul ceh Karel Capek în „Însemnări din Anglia” scrie: „...Sunt cristale uriașe, ca colonada unui templu, blânde, ca mucegaiul, ascuțite, ca
spini; pur, azur, verde, foc, negru; precis din punct de vedere matematic, perfect, asemănător cu
planuri ale unor oameni de știință nebuni și capricioși... Există peșteri cristaline, bule monstruoase de masă minerală... Și puterea de cristalizare pândește în om...”
Să ne uităm la cristalele diferitelor substanțe. Cum să le deosebim unul de celălalt? După culoare? Prin strălucire? Nu, acestea sunt semne nesigure. De exemplu, cristale
cuarțul poate fi incolor, auriu, maro, negru, liliac, violet. Muzeul din Sankt Petersburg găzduiește o colecție de patruzeci de cristale naturale de corindon diferite
culori și nuanțe: rubin roșu-sânge, safir albastru-azur sau albastru, leucozafir incolor, smirghel negru - toate acestea sunt același corindon mineral sau oxid de aluminiu.
Aruncând o privire mai atentă la cristale, nu este greu să le vedem trăsătura mult mai caracteristică: cristalele din diferite substanțe diferă unele de altele.
unul pe altul cu formele lor (Fig. 1).
Poza 1.
Au trecut de mult vremurile în care se credea că cristalele sunt doar poliedre naturale și, prin urmare, ei credeau că apar cristale.
rareori, erau considerate un joc al naturii. Nu este nevoie să cauți în mod special cristale. Dimpotrivă, nu vei găsi astfel de metale și cu greu vei găsi astfel de pietre care să nu fie cristaline. Dar în
Cele mai multe pietre și metale sunt policristale, adică. intercreșteri ale multor „boabe cristaline” mici, iar în aceste intercreșteri formele cu mai multe fațete ale individului
monocristale. Și nu numai că nu se pot distinge: aceste forme pur și simplu nu există, iar un grăunte de un singur cristal nu crește într-un poliedru, deoarece cristale simple similare îl înghesuie din toate părțile.
Prin urmare, nu rămân urme ale poliedrului în contururile boabelor.
Adesea, un policristal este format atât de fin încât este imposibil să distingem elementele individuale din el, fie cu o lupă, fie cu un microscop.
cristale. Cum poți fi sigur de structura sa cristalină? Care este cea mai caracteristică, cea mai de bază caracteristică a unui cristal?
Răspunsul este: cea mai caracteristică trăsătură a unui cristal este structura sa atomică, regulată, simetrică, regulată.
aranjarea atomilor.
Cristalele sunt construite corect, strict conform legilor. Și în ei, de asemenea, atomii, ionii, moleculele nu sunt în repaus, dar particulele nu sunt
se ciocnesc unul de altul deoarece toate sunt dispuse într-o formațiune regulată și fiecare poate fluctua în jurul unei anumite poziții. Aceste rânduri regulate de particule în spațiu,
rețelele tridimensionale ale atomilor formează o structură cristalină.
Structura tuturor substanțelor cristaline este periodică și regulată. În toate cristalele, particulele sunt aranjate în rânduri regulate simetrice, rețele plate, tridimensionale.
baruri.
În toate cristalele, în toate solidele, particulele sunt aranjate într-o ordine regulată, clară, aliniate
model simetric, repetat. Cât timp există această ordine, există un corp solid, un cristal. Ordinea este perturbată, structura particulelor s-a prăbușit, ceea ce înseamnă că cristalul s-a topit și s-a transformat în
lichid sau evaporat în abur.
Este ordinea și structura atomilor din diferite solide aceleași? Desigur că nu. Natura este infinit diversă și nu-i place repetiția. Construi
Dispunerea atomilor de fier nu este deloc asemănătoare cu aranjamentul atomilor dintr-un cristal de gheață. Fiecare substanță are propriul model caracteristic și ordinea de aranjare a atomilor. Și în funcție de care este această ordine,
proprietăţile substanţei depind. Aceiași atomi de același „sort”, aranjați diferit, formează substanțe cu proprietăți complet diferite.
Să ne uităm la atomii de carbon, de exemplu.
Funinginea, sau funinginea, o pulbere neagră moale care se adună pe fundul unei tigăi sau într-un coș de fum, este carbon.
Cărbunele, cărbunele sau piatra, este, de asemenea, carbon.
Grafitul, mina moale a creionului, poate rezista la temperaturi foarte ridicate, este un cristal format din atomi
carbon.
Există o altă formă de cristale de carbon - diamantul, cea mai scumpă și mai frumoasă dintre pietre prețioase. Diamantul este foarte dur
mai tare decât toate pietrele de pe Pământ. Poate tăia, șlefui și găuri orice pietre și metale dure.
Este greu de crezut că diamantul și grafitul sunt formate din aceiași atomi de carbon. Grafitul este moale, opac, negru. Diamant
- tare, transparentă, strălucitoare cu toate culorile curcubeului. Grafitul este ignifug, diamantul arde ușor.
Structura unui cristal determină proprietățile unei substanțe și forma acesteia. Iar forma poliedrică corectă este o consecință a atomului
structurilor. Fețele plate ale cristalului corespund ochiurilor plate ale rețelei cristaline, muchiile drepte ascuțite corespund șirurilor de atomi din rețea.
Fiecare substanță cristalină poate fi distinsă de alta prin structura sa atomică. În unele cristale rețelele sunt foarte simple, în
altele sunt complexe. Diferite substanțe au distanțe diferite între particulele din rețea. Dar toate aceste distanțe sunt foarte mici, acestea sunt sute de milionimi de centimetru (angstromi).
În toate substanțele cristaline, atomii, ionii și moleculele formează rânduri, rețele și rețele simetrice. Repetarea corectă
aranjarea particulelor este obligatorie pentru cristale; este caracteristica lor principală, deosebindu-le de non-cristale. La întrebarea ce sunt cristalele, răspunsul este: cristalele sunt
substante in care...

Ridicați fișierul

incl. Bijutierii împart diamantele în aproape 1000 de grade, în funcție de transparență, ton, grosime și uniformitate a culorii, prezența fisurilor, incluziuni de minerale și alte caracteristici.

De la sfârșitul secolului al XIX-lea, diamantele au început să fie folosite în producție. În prezent, potențialul economic al celor mai dezvoltate țări este în mare măsură asociat cu utilizarea diamantelor. Este suficient să reamintim că, potrivit economiștilor occidentali, potențialul industrial al Statelor Unite în cazul refuzului de a importa diamante va scădea de 2-3 ori. Utilizarea sculelor diamantate îmbunătățește semnificativ curățenia prelucrării pieselor, iar productivitatea muncii crește în medie cu 50%.

Masa diamantelor este de obicei măsurată în carate. Roscovul în Grecia Antică era numele dat semințelor de roșcove, care aveau forma unui bob de mazăre mare. După uscare, semințele au avut o greutate relativ constantă - de la 150 la 220 mg.

Industria folosește în principal diamante nepotrivite pentru tăiere: opace, cu numeroase incluziuni, fisuri, intercreșteri cu granulație fină, așchii de diamant etc. Nu există o clasificare unică a diamantelor industriale, deoarece fiecare industrie are propriile cerințe pentru sortarea lor.

Ce proprietăți ale diamantului determină utilizarea sa pe scară largă în diverse domenii ale economiei naționale? În primul rând, bineînțeles, duritatea excepțională, care, judecând după rata de abraziune, este de 50 de ori mai mare decât cea a corindonului și de zeci de ori mai mare decât cea a celor mai bune aliaje folosite la fabricarea frezelor. Diamantul este folosit pentru găurirea pietrelor și prelucrarea unei game largi de materiale.

Forarea puțurilor în straturile de rocă care alcătuiesc scoarța terestră este utilizată pe scară largă în căutarea și explorarea zăcămintelor minerale, precum și în exploatarea zăcămintelor de petrol și gaze. Nu te poți lipsi de foraj atunci când se execută tot felul de lucrări de sablare și geotehnice care preced construirea de clădiri mari, baraje și multe alte obiecte.

Din punct de vedere tehnic, cea mai avansată este forarea rotativă cu diamante, care se realizează prin găuri în grosimea rocilor cu ajutorul burghielor armate cu diamante. Biți armați cu diamant măresc viteza de găurire de 8-15 ori în comparație cu găurirea bazată pe utilizarea de carbură sau de burghie.

Carbonados cu granulație fină și densă sunt considerate cele mai bune diamante pentru găurire, deoarece au duritate crescută și sunt mai puțin susceptibile la ciobire. Pe locul doi se află balale sferice și cristalele mici de diamante rotunde. Aproximativ 0,6 tone de pietre sunt cheltuite anual pentru fabricarea de burghie, ceea ce reprezintă aproximativ 10% din cantitatea totală de diamante industriale extrase în lume.

Utilizarea frezelor și burghiilor cu diamant în prelucrarea metalelor neferoase și feroase, aliajelor dure și superdure, sticlei, cauciucului, materialelor plastice și a altor substanțe sintetice oferă un efect economic uriaș în comparație cu utilizarea sculelor din carbură. Este extrem de important ca acest lucru nu numai să mărească productivitatea muncii de zece ori, dar, în același timp, să îmbunătățească semnificativ calitatea produsului. Suprafețele prelucrate cu un tăietor de diamant nu necesită șlefuire, practic nu există microfisuri pe ele, drept urmare durata de viață a pieselor rezultate crește de multe ori.

Diamantele sunt absolut indispensabile la turnarea pietrelor de susținere a rubinului utilizate în ceasuri și în multe alte mecanisme de precizie, precum și la îmbrăcarea discurilor de șlefuit.

Aproape toate industriile moderne, în primul rând inginerie electrică, electronică radio și fabricarea de instrumente, folosesc sârmă subțire din diferite metale în cantități uriașe. În acest caz, se impun cerințe stricte asupra formei circulare și a diametrului constant al secțiunii transversale a firului cu o curățenie ridicată a suprafeței. Astfel de sârmă din metale dure și aliaje pot fi produse numai folosind matrițe de diamant. Matrițele sunt diamante asemănătoare plăcilor cu găuri foarte subțiri (de la 0,5 la 0,001 mm) găurite în ele.

Pulberile de diamant sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în industrie. Ele sunt obținute prin zdrobirea diamantelor naturale de calitate scăzută și sunt produse și la întreprinderi speciale pentru producția de diamante sintetice. Pulberile de diamant sunt folosite în ferăstraie circulare cu diamant, burghie diamantate fine, pile speciale și ca abraziv. Numai cu ajutorul pulberilor de diamant a fost posibilă crearea unor burghie unice care oferă găuri adânci și subțiri în materiale dure și fragile. Astfel de burghie (vârfuri de diamant) vă permit să găuriți, de exemplu, găuri în sticlă cu un diametru de 2 mm și o lungime de până la 850 mm!

Pulberile de diamant sunt folosite în fabricile de tăiere, unde toate pietrele prețioase, inclusiv diamantele, sunt tăiate și lustruite, datorită cărora pietrele până acum neobservate devin bijuterii strălucitoare misterios sau strălucitor de strălucitor, la frumusețea unică a cărora nimeni nu rămâne indiferent.

Începând cu anii 50, alte proprietăți fizice ale diamantului au început să atragă atenția oamenilor de știință și designerilor. Se știe că atunci când particulele încărcate rapid intră într-un cristal, ele scot electroni din atomii acestuia, adică. ionizează o substanță. În diamant, sub influența unei particule încărcate, apare un fulger de lumină și are loc un impuls de curent. Aceste proprietăți fac posibilă utilizarea diamantelor ca detectoare de radiații nucleare. Strălucirea diamantelor și apariția impulsurilor de curent electric în timpul iradierii fac posibilă utilizarea lor în contoare rapide de particule. Diamantul ca atare contor are avantaje incontestabile față de gaz și alte dispozitive cristaline.

Cristalele de diamant folosite ca contoare sunt extrem de rare, astfel încât prețul lor este semnificativ mai mare decât cel al pietrelor de bijuterii de dimensiuni egale. Unele cristale de diamant sunt semiconductori de tip p într-o gamă largă de temperaturi și presiuni.

Utilizarea diamantelor în semiconductori și în unele dispozitive optice, precum și în contoarele de radiații nucleare, este foarte promițătoare, deoarece astfel de dispozitive sunt capabile să funcționeze într-o mare varietate de condiții, inclusiv regiuni cu temperaturi scăzute și ridicate, câmpuri electromagnetice și gravitaționale puternice, medii agresive etc. În consecință, dispozitivele pe bază de diamante se pot dovedi indispensabile în cercetarea spațială, precum și în studierea structurii profunde a planetei noastre.

Din timpuri imemoriale, diamantului i s-a acordat un loc special printre reprezentanții regnului mineral. Proprietățile excepționale ale diamantului au dat naștere multor legende, în care, alături de pură ficțiune, au existat și descrieri ale unora dintre proprietățile reale ale pietrei.

În India, unde primele diamante au fost descoperite cu multe secole în urmă, au fost acumulate și generalizate informații despre proprietățile cristalelor de diamant și ale depozitelor sale. Cu toate acestea, preoții din motive religioase și politice și negustorii din motive comerciale au împiedicat răspândirea acestor informații și au înlocuit-o cu tot felul de zvonuri mistice și invenții superstițioase.

Potrivit vechilor hinduși, diamantele sunt formate din cele cinci principii ale naturii: pământ, apă, cer, aer și energie. În același timp, diamantele, ca și oamenii, au fost împărțite în patru clase (Varna): brahmanii , Kshatriyas , Vaishyas Și sudra . Brahmanii erau incolori și albi, ca grindina, culorile norilor argintii și ale lunii, cristale de diamant cu șase vârfuri sau octaedrice, considerate cel mai înalt grad de perfecțiune. Diamantele cu o nuanță roșiatică aparțineau Kshatriyilor, cele verzui Vaishyas și cele gri Shudra. Kshatriyas au fost evaluate la 3/4, Vaishyas la 1/2, iar Shudras la 1/4 din valoarea brahmanilor.

Multe legende indiene și, aparent, arabe despre diamant au fost repetate la începutul erei noastre în lucrarea anticului naturalist roman Pliniu cel Bătrân, Istoria naturală a corpurilor fosile. Alături de legende și superstiții, Pliniu oferă caracteristici destul de precise ale unora dintre proprietățile diamantului. Astfel, în special, el descrie utilizarea diamantelor în prelucrarea altor materiale dure și observă că diamantul în sine poate fi prelucrat numai cu un alt diamant. În secolele următoare, părerile lui Pliniu au fost considerate de neclintit și au trecut de la un tratat la altul, dobândind un număr tot mai mare de invenții fantastice.

În Evul Mediu, chiar și cărți speciale au fost compilate despre originea, proprietățile magice și vindecătoare ale diferitelor pietre - lapidarii.

Același tip de cărți medicale au fost publicate în Rusia. Una dintre ele, publicată în 1672, se numea O carte numită Cool Vertograd, selectată dintre mulți înțelepți despre diverse lucruri medicale relevante pentru sănătatea umană .

Celebra poveste despre călătoriile lui Sinbad Marinarul vorbește despre o metodă ingenioasă de extragere a diamantelor. Undeva, într-o țară îndepărtată, există un defileu neobișnuit de adânc, al cărui fund este presărat cu diamante. Accesul la comori este blocat de nenumărate hoarde de șerpi uriași. Cu toate acestea, oamenii au găsit o modalitate de a extrage pietre prețioase și de aici. Pentru a face acest lucru, au aruncat bucăți mari de carne în defileul din munții din jur. Diamantele s-au lipit de carne, iar vulturii uriași au dus-o în cuiburi. Căutătorii curajoși au ajuns la cuiburi de vulturi și au adunat cristale strălucitoare.

Întâmplător sau nu, există două puncte în această poveste care sunt legate de date practice. Una dintre ele este sp

Pentru o persoană obișnuită, diamantul și grafitul sunt două elemente complet diferite și în niciun fel legate între ele. Diamantul evocă asocieri cu bijuterii irizate; îmi vine în minte expresia „sclipește ca un diamant”. Grafitul este ceva cenușiu, din ce mine sunt de obicei făcute.

Este greu de crezut că ambele minerale sunt aceeași substanță în diferite forme de prelucrare.

Conceptul și principalele caracteristici ale mineralelor

Diamantul este un cristal transparent care nu are culoare și are caracteristici ridicate de refracție a luminii. Se disting următoarele proprietăți principale ale mineralului:

Natura generează atât diamante în anumite forme, cât și sub mai multe forme cristaline, ceea ce se datorează structurii sale interne. Cristalele pronunțate au forma unui cub sau tetraedru cu margini plate. Uneori, marginile apar ridicate din cauza prezenței a numeroase excrescențe și transformări invizibile pentru ochi.

Deși mulți consideră că diamantul este cel mai puternic material din lume, știința cunoaște o substanță care este cu peste 11% mai puternică decât diamantul - „hiperdiamantul”.

Grafitul este o substanță cristalină gri-negru cu un luciu metalic. În compoziție, grafitul are o structură stratificată; cristalele sale constau din plăci mici și subțiri. Acesta este un mineral foarte fragil, care seamănă cu oțelul sau fonta. Grafitul are o capacitate termică scăzută, dar un punct de topire ridicat. În plus, acest mineral:

Grafitul se simte gras la atingere și lasă urme atunci când este trecut pe hârtie. Acest lucru se întâmplă deoarece atomii rețelei cristaline sunt slab legați.

Diferența dintre grafit și diamant, caracteristicile structurale și procesul de tranziție a unui mineral la altul

Diamantul și grafitul sunt minerale alotrope unul față de celălalt, adică au proprietăți diferite, dar sunt forme diferite de carbon. Principala lor diferență constă numai în structura chimică a rețelei cristaline.

Rețeaua cristalină a diamantului are forma unui tetraedru, în care fiecare atom este înconjurat de încă 4 atomi și este vârful tetraedrului vecin, formând un număr infinit de atomi cu legături covalente puternice.

La nivel atomic, grafitul este format din straturi de hexagoane cu atomi în vârf. Atomii sunt bine conectați între ei doar la nivelul stratului, dar straturile nu au o legătură puternică între ele, ceea ce face ca grafitul să fie moale și instabil la distrugere. Această caracteristică face posibilă obținerea diamantului din grafit.

Proprietățile fizice și chimice ale diamantului și grafitului sunt clar vizibile din tabel.

Caracteristică
Structura rețelei atomice	Forma cubica	Hexagonal
Conductibilitatea luminii	Conduce bine lumina	Nu permite trecerea luminii
Conductivitate electrică	Nu are	Are o conductivitate electrică bună
Conexiuni atomice	Spațial	Planar
Structura	Duritate și fragilitate	Stratificare
Temperatura maximă la care un mineral rămâne neschimbat	720 Celsius	3700 Celsius
Culoare	Alb, albastru, negru, galben, incolor	Negru, gri, oțel
Densitate	3560 kg/mc	2230 kg/mc
Utilizare	Bijuterii, industrie	Turnătorie, industria cărbunelui electric.
Duritatea Mohs	10	1

Formula chimică a diamantului și a grafitului este aceeași - carbon (C), dar procesul de creație în natură este diferit. Diamantul apare la presiuni foarte mari și la răcire instantanee, în timp ce grafitul, dimpotrivă, apare la presiune scăzută și temperatură ridicată.

Se disting următoarele metode de obținere a diamantelor:

Procesul dintre diamant și grafit este similar. Singura diferență este de presiune și temperatură.

Depozit mineral

Diamantele apar la adâncimi de peste 100 km la temperaturi de 1300 °C. Din valul de explozie, magma kimberlit intră în acțiune, formând așa-numitele conducte de kimberlit, care sunt depozitele primare de diamante.

Conducta de kimberlit poartă numele provinciei africane Kimberley, unde a fost descoperită pentru prima dată. Rocile cu depozite de diamante se numesc kimberlite.

Cele mai cunoscute zăcăminte de astăzi sunt situate în India, Africa de Sud și Rusia. Până la 80% din toate diamantele sunt extrase din zăcăminte primare constând din țevi de kimberlit și lamproit.

Razele X ajută la găsirea diamantelor în roca extrasă. Majoritatea pietrelor găsite sunt folosite în industrie, deoarece nu au suficiente caracteristici pentru bijuterii. Pietrele industriale sunt împărțite în 3 tipuri:

scândură - pietre mici cu o structură granulară;
ballas - pietre rotunde sau în formă de pară;
Carbonado este o piatră neagră care își primește numele datorită asemănării sale cu cărbunele.

Este curios că cele mai mari diamante cu caracteristici remarcabile primesc propriul nume unic. Cele mai faimoase dintre ele sunt „Șah”, „Steaua din Minas”, „Kohinur”, „Steaua Sudului”, „Președintele Vargas”, „Minas Gerais”, „Diamantul englez al Dresdei”, etc.

Grafitul se formează ca urmare a modificării rocilor sedimentare. Zăcămintele de grafit din Mexic, Noginsk și Madagascar sunt bogate în minereu cu grafit de calitate scăzută. Mai puțin frecvente sunt tipurile Botogol și Ceylon, caracterizate prin minereu bogat în conținut ridicat de grafit. Cele mai mari zăcăminte cunoscute sunt situate în Ucraina și regiunea Krasnodar.

Scopul aplicatiei

Diamantul și grafitul sunt folosite mult mai pe scară largă decât ar părea la prima vedere. Diamantele și-au găsit aplicația în următoarele domenii:

Procentul de utilizare a diamantului arată astfel:

Scule, piese de mașini – 60%.
Încadrarea discurilor abrazive -10%.
Reciclarea firelor - 10%.
Forarea puțurilor – 10%.
Bijuterii, piese mici – 10%.

În ceea ce privește grafitul, practic nu este utilizat în forma sa pură, dar este supus prelucrării, deși grafitul de diferite calități este utilizat în diferite zone. Grafitul de cea mai înaltă calitate este folosit pentru creioanele de papetărie. Este utilizat pe scară largă în turnătorii, oferind o suprafață netedă diferitelor forme de oțel. Aici se folosește grafit aproape neprocesat.

Industria cărbunelui electric, împreună cu grafitul natural, utilizează grafit creat artificial, care este, de asemenea, utilizat pe scară largă datorită purității sale speciale și consistenței compoziției. Conductivitatea electrică a făcut din grafit un material pentru electrozii din dispozitivele electrice. În metalurgie este folosit ca lubrifiant.

Diamantul și grafitul sunt identice în compoziție, dar unice în felul lor. Beneficiile grafitului pentru diverse industrii sunt mult mai mari decât diamantul.

Diamantul, conceput pentru a încânta cu frumusețea sa, este de neprețuit pentru economie, aducând profituri uriașe din utilizarea sa în industria de bijuterii.

Nu toată lumea știe, dar diamantul și grafitul sunt două forme ale aceleiași substanțe. Aceste minerale sunt complet diferite între ele în duritate și în caracteristicile de refracție și reflectare a luminii. În plus, diferențele sunt destul de semnificative. Diamantul este cel mai dur mineral din lume, pe scara Mohs reprezintă un standard de 10, în timp ce duritatea grafitului pe această scară este de doar 2. Astfel, diamantul și grafitul sunt simultan cele mai asemănătoare și mai diferite substanțe din lume.

Rețele de cristal din diamant și grafit

Fiecare dintre ele provine din carbon, care, la rândul său, este cel mai abundent element din biosferă. Este prezent atât în atmosferă, cât și în apă, în obiectele biologice. În sol este prezent în compoziția petrolului, gazelor, turbei și așa mai departe. Se găsește și ca depozite de grafit și diamant.

Majoritatea carbonului se găsește în organisme. În plus, niciunul dintre ei nu se poate descurca fără el. Iar originea acestui mineral în alte părți ale planetei se explică cu precizie prin prezența organismelor vii odată acolo.

Multe controverse înconjoară problema de unde provin grafitul și diamantele, pentru că nu este suficient să existe doar carbon; este de asemenea necesar să fie îndeplinite anumite condiții în care acest element chimic capătă o nouă structură. Se crede că originea grafitului este metamorfică, iar diamantele sunt magmatice. Aceasta înseamnă că formarea diamantelor pe planetă este însoțită de procese fizice complexe, cel mai probabil în straturile adânci ale pământului în timpul arderii și exploziilor în prezența oxigenului. Oamenii de știință sugerează că metanul este implicat și în acest proces, dar nimeni nu știe sigur.

Diferențele dintre grafit și diamant

Principala diferență este structura diamantului și grafitului. Diamantul este un mineral, o formă de carbon. Se caracterizează prin metastabilitate, ceea ce înseamnă că este capabil să rămână neschimbat la infinit. Diamantul se transformă în grafit în anumite condiții specifice, de exemplu, la temperatură ridicată în vid.

Grafitul este, de asemenea, o modificare a carbonului. Structura sa face ca mineralul să fie foarte stratificat, astfel încât cea mai obișnuită utilizare este în fabricarea minelor de creion.

Fenomenul în care substanțele formate din același element chimic au proprietăți fizice diferite se numește alotropie. Există și alte substanțe similare, dar aceste două minerale au cea mai mare diferență între ele. Rolul decisiv în aceasta este jucat de caracteristicile structurale ale structurii cristaline a fiecărui mineral.

Diamantul are legături incredibil de puternice între atomi datorită aranjamentului lor apropiat. Atomii adiacenți ai unei celule au forma unui cub, unde particulele sunt situate la colțuri, margini și în interiorul lor. Acesta este un tip de structură tetraedric. Această geometrie a atomilor asigură cea mai densă organizare a acestora. Acesta este motivul pentru care duritatea diamantului este atât de mare.

Numărul atomic scăzut al carbonului, care indică faptul că atomul are o masă atomică mică și, prin urmare, o rază, îl face cea mai dură substanță de pe planetă. Totuși, asta nu înseamnă deloc putere. Este destul de ușor să despicați un diamant, doar loviți-l. Această structură explică coeficientul ridicat de conductivitate termică și refracția luminii a diamantului.

Structura grafitului este complet diferită. La nivel atomic, reprezintă o serie de straturi situate în planuri diferite. Fiecare dintre aceste straturi sunt hexagoane care sunt adiacente unul altuia ca un fagure. În acest caz, numai atomii aflați în fiecare strat au o legătură puternică, iar legătura dintre straturi este fragilă, sunt practic independenți unul de celălalt.

Un semn de creion este tocmai straturile separabile de grafit. Datorită particularității structurii sale, grafitul are un aspect discret, absoarbe lumina, are conductivitate electrică și un luciu metalic.

Fabricarea diamantului din grafit

Pentru o lungă perioadă de timp, obținerea unui diamant a fost dificilă din punct de vedere tehnologic, dar astăzi aceasta nu este o sarcină atât de dificilă. Problema principală este repetarea proceselor în laborator într-o perioadă scurtă de timp, care în natură durează milioane de ani. Oamenii de știință au demonstrat că condițiile pentru tranziția diamantului de la grafit au fost temperaturi și presiune ridicate.

Pentru prima dată, astfel de condiții au fost obținute cu ajutorul unei explozii. O explozie este un proces chimic care implică arderea la temperatură și viteză ridicată. După aceasta, rămășițele de grafit au fost colectate și s-a dovedit că în interiorul acestuia s-au format mici diamante. Adică transformarea s-a produs doar în fragmente. Motivul pentru aceasta este răspândirea parametrilor în cadrul exploziei în sine. Acolo unde condițiile erau suficiente pentru o astfel de transformare, s-a întâmplat.

Diamantul natural brut

Astfel de parametri au făcut exploziile nepromițătoare pentru producerea de diamante. Cu toate acestea, experimentele nu s-au oprit; pentru o lungă perioadă de timp, oamenii de știință au continuat să le conducă pentru a obține cumva acest mineral. Un rezultat mai mult sau mai puțin stabil a fost obținut atunci când au încercat să impulsioneze grafitul la o temperatură de două mii de grade. În acest caz, a fost posibil să obțineți diamante de dimensiuni decente.

Cu toate acestea, astfel de experimente au dat un alt rezultat neașteptat. După transformarea grafitului în diamant, tranziția inversă a diamantului în grafit a avut loc cu scăderea presiunii, adică a avut loc grafitizarea. Astfel, nu a fost posibil să se obțină un rezultat stabil folosind doar presiunea. Apoi, odată cu creșterea presiunii, grafitul a început să fie încălzit. După ceva timp, a fost posibil să se calculeze intervalul de presiuni și temperaturi la care puteau fi obținute cristale de diamant. Cu toate acestea, aceste metode încă nu permiteau obținerea unui mineral de calitate prețioasă.

Pentru a obține pietre potrivite pentru crearea de bijuterii, au început să cultive diamante folosind semințe. A fost folosit ca un cristal de diamant gata făcut, care a fost încălzit la o temperatură de 1500 de grade, ceea ce a stimulat mai întâi creșterea rapidă și apoi lentă. Cu toate acestea, aplicarea metodei la scară industrială a fost neprofitabilă. Apoi au început să folosească metanul ca aliment, care în astfel de condiții s-a descompus în carbon și hidrogen. Acest carbon a acționat, ca să spunem așa, ca hrană pentru diamant, permițându-i să crească mult mai repede.

Astfel, astăzi această metodă este folosită pentru a crea diamante artificiale. Deși este eficient din punct de vedere al costurilor, costul acestor minerale întregi create de om rămâne ridicat, ceea ce le face să nu fie foarte populare în comparație cu înlocuitorii de diamante.

Depozite minerale

Diamantele provin la o adâncime de 100 km și la o temperatură de 1300 de grade. Magma kimberlit, care formează conducte de kimberlit, intră în acțiune prin explozii. Aceste țevi reprezintă depozitele primare de diamante. Prima astfel de țeavă a fost descoperită în provincia africană Kimberley, de unde provine numele său.

Cele mai cunoscute zăcăminte sunt situate în India, Rusia și Africa de Sud. Depozitele primare reprezintă 80% din toate diamantele extrase.

Pentru a găsi un diamant în natură, se folosesc raze X. Cele mai multe dintre pietrele găsite sunt nepotrivite pentru producția de bijuterii, deoarece au un număr semnificativ de defecte, inclusiv fisuri, incluziuni, nuanțe fluorescente străine și așa mai departe. Prin urmare, utilizarea lor este tehnică. Astfel de pietre sunt împărțite în trei categorii:

scândură - pietre cu structură zonală;
ballas - pietre rotunde sau în formă de pară;
carbonado - diamant negru.

Diamantele care au dimensiuni mari și au caracteristici remarcabile tind să-și primească numele. În plus, costul ridicat al pietrei o face de dorit pentru mulți, ceea ce garantează o „istorie sângeroasă”.

Grafitul se formează prin alterarea rocilor sedimentare. În Mexic și Madagascar puteți găsi minereu de grafit de calitate scăzută. Cele mai cunoscute zăcăminte sunt în Krasnodar și Ucraina.

Aplicație

Utilizările atât ale diamantului, cât și ale grafitului sunt mult mai largi decât par. Există mai multe domenii de utilizare pentru diamant.

În industria de bijuterii, diamantele sunt folosite doar pentru tăiere; după cum se știe, sunt numite strălucitoare. Doar 20% din toate pietrele extrase sunt potrivite pentru bijuterii și există mult mai puține minerale de înaltă calitate.

Diamantele sunt cele mai scumpe pietre din lume. În ceea ce privește valoarea, doar câteva exemple de rubine se pot compara cu acestea. Valoarea mineralelor este afectată de tăiere, culoare, nuanță și claritate. De obicei, unele dintre aceste caracteristici sunt invizibile cu ochiul liber, dar sunt dezvăluite în timpul examinării.

Utilizarea diamantelor în bijuterii este foarte comună. Adesea ele acționează ca singura piatră sau completează safire, rubine și smaralde de înaltă calitate. Cea mai comună utilizare a pietrelor este în inelele de logodnă.

In domeniul tehnic se iau de obicei materii prime de mana a doua, cu defecte sau cu diferite nuante. Diamantele industriale sunt împărțite în mai multe subcategorii.

diamante de o anumită formă, care este potrivită pentru a face rulmenți, vârfuri de găurit și așa mai departe;
pietre brute;
pietricele cu defecte, utilizate numai pentru producerea de așchii de diamant și pulbere.

Acestea din urmă sunt folosite fie în piese foarte mici, fie ca acoperire pentru fabricarea sculelor de tăiere și șlefuire.

În electronică se folosesc ace, care sunt cristale netratate care au un vârf natural ascuțit, sau fragmente cu același vârf. Instalațiile de foraj industriale conțin și diamante. Straturile acestui mineral sunt folosite în microcircuite, contoare și așa mai departe, acest lucru se întâmplă datorită conductivității și rezistenței sale termice ridicate.

Aproximativ 60% din toate diamantele industriale sunt folosite în scule. Restul de 40% în cantități egale:

la forarea puțurilor;
reciclare;
în părți mici de bijuterii;
în roți de șlefuit.

Grafitul nu este folosit în forma sa pură. De obicei este procesat. Grafitul de cea mai bună calitate este folosit sub formă de mine de creion. Grafitul este cel mai utilizat în turnare. Aici este folosit pentru a oferi oțelului o suprafață netedă. În acest scop este utilizat în forma sa brută.

În industria cărbunelui electric se folosesc nu numai mineralele naturale, ci și cele create. Acesta din urmă are o uniformitate ridicată în calitate și puritate. Conductivitatea sa ridicată a curentului îl face să fie utilizat pe scară largă și pentru fabricarea de electrozi în dispozitive. În plus, este folosit ca perii de motor. În metalurgie, grafitul este folosit ca lubrifiant.

Tijele de grafit au fost utilizate anterior pe scară largă în crearea reactoarelor nucleare pentru capacitatea lor de a încetini neutronii. În special, au fost tije de bor cu vârfuri de grafit care au acționat ca tije de control-protecție la centrala nucleară de la Cernobîl. Una dintre problemele care au dus ulterior la accident a fost că, pentru a stinge reacția în lanț, trebuiau absorbiți neutronii, de care borul era responsabil, și nu încetiniți. Prin urmare, în momentul în care tijele au fost coborâte în miezul reactorului, energia acestuia a crescut brusc, ceea ce a dus la supraîncălzire. Dar acesta a fost doar unul dintre multele motive.

Astfel, diamantul și grafitul sunt două minerale diferite cu același element la bază. Structurile lor fac proprietățile diferite, ceea ce este de interes. Fiecare dintre ele este frumos în felul său și are o aplicație foarte largă atât în design-uri foarte complexe, cât și în obiectele de zi cu zi.

Duritatea unui diamant poate fi determinată folosind mai multe scale cunoscute anterior. Duritatea mineralelor este un indicator a cărui măsurare este cel mai bine evitată dacă există o astfel de posibilitate. Pentru a testa duritatea, trebuie să zgâriați mineralul cu diverse materiale. Friedrich Moos, un renumit mineralog, a propus în 1811 să folosească o scară specială inventată de el pentru a determina duritatea pietrelor. Mai târziu a fost numită scara Mohs.

Ce este duritatea? În termeni simpli, este rezistența pe care o oferă un mineral atunci când cineva încearcă să-l zgârie cu alt mineral sau material. Friedrich Mohs a dezvoltat o scară cu un indice de duritate de la 1 la 10, unde 1 este talc și 10 este diamant. Omul de știință a luat minerale ușor accesibile în scara sa standard și le-a aranjat într-o linie de rezistență crescândă la alte minerale. Numerele durității Mohs nu determină duritatea reală a unui mineral.

Diamantul este cel mai dur mineral natural din lume, pe scara Mohs, indicele său este 10. Corindonul are un indice de 9. Omul de știință a reușit să sintetizeze carborundum, care este mai dur decât corindonul, dar tot nu zgârie diamantul. Oțelul este mult mai scăzut ca duritate față de diamant, duritatea acestuia variind de la 5,5 la 7,5 în funcție de aliaj. Nu a fost posibil să se facă un aliaj de oțel mai dur decât diamantul. Dar duritatea oțelului este determinată folosind plăci de diamant: cât de mult este presată o placă sau o piramidă într-o probă de oțel, aceasta va fi duritatea. În zilele noastre, diamantele sunt din ce în ce mai mult înlocuite în producție cu bile de oțel din aliaje speciale.

Puterea diamantului sau de ce diamantul este atât de greu

Cu foarte mult timp în urmă, când încă nu exista viață pe Pământ și planeta însăși era tânără, procesele naturale au avut loc la suprafață. Roca tectonică era în stare topită, a fost amestecată sub influența temperaturilor ridicate și a vaporilor de diferite evaporări, apoi s-a răcit lent. Toate aceste procese au dus la formarea celei mai dure pietre, care se numește acum diamant.

Originea numelui acestei pietre datează din cele mai vechi timpuri, motivul pentru care a început să fie numit un diamant rămâne complet necunoscut, dar există o serie de presupuneri:

Cuvântul diamant vine din Grecia. „Adamas” – „solid”, „indestructibil”.
„Al-ma” este din persanul „hard”.
Numele pietrei provine de la numele feminin Eliza sau Eliza. Forma completă a acestui nume, Elisabeta, înseamnă „mila lui Dumnezeu”. Potrivit legendei, a existat o fată care avea darul de a vindeca oamenii. Numele ei era Eliza. Era puternică la suflet și la trup și, cu capacitatea ei, putea să ridice în picioare chiar și pe cel mai grav bolnav. Într-o zi Eliza s-a îndrăgostit de un tânăr frumos, acesta a răspuns la sentimentele ei, dragostea lor a fost frumoasă, dar nu a durat mult. Eliza a plecat într-o călătorie lungă pentru a-și umple proviziile de ierburi medicinale. În acest moment, iubitul ei s-a îmbolnăvit grav. Când Eliza s-a întors, era deja mort. Fata locuia la munte, a intrat într-una din peșterile din zona muntoasă și a plâns amar. Acestea au fost primele ei lacrimi; s-au transformat în pietre, care mai târziu au devenit cunoscute sub numele de diamante.

Duritatea diamantului și grafitului

Un fapt interesant este că diamantul este cel mai dur mineral, în timp ce grafitul are nota 1 pe scara Mohs, ceea ce înseamnă că este cel mai moale.

Diamantul și grafitul sunt compuse din atomi identici ai aceluiași element chimic - carbon. Atunci de ce o substanță este cea mai moale și cealaltă cea mai dură? Răspunsul este foarte simplu. Totul este despre legăturile chimice sau rețelele cristaline ale acestor minerale. Atomii de carbon sunt legați între ei în moduri diferite, astfel încât prezintă proprietăți chimice și fizice diferite: au aspect, duritate, ductilitate, luciu și alți parametri diferiți. Grafitul are o structură stratificată. Atomii de carbon sunt slab legați unul de celălalt, ceea ce explică de ce grafitul este foarte moale.

Lonsdaleit – diamant sintetic

Nu există material în natură mai greu decât diamantul, dar știința nu stă pe loc. Oamenii de știință au reușit să sintetizeze o substanță care este cu 58% mai puternică decât diamantul. Numele acestui material este lonsdaleit. Poate rezista cu 55 GPa mai multă presiune decât cel mai dur mineral natural. Dar utilizarea lui este aproape imposibilă deoarece este foarte greu de obținut. Costul obținerii acestuia nu justifică banii cheltuiți, iar utilizarea acestuia nu este deosebit de necesară. Lonsdaleitul este numit după cristalograful Kathleen Lonsdale, care era originar din Marea Britanie.