Каталог
  

Простое вещество алмаз


Простые и сложные вещества - Ида Тен

При изучении материала предыдущих параграфов, вы уже познакомились с некоторыми веществами. Так, например, молекула газа водорода, состоит из двух атомов химического элемента водорода – Н + Н = Н2.

Простые вещества – вещества, в состав которых входят атомы одного вида

К простым веществам, из числа известных вам веществ, относят: кислород, графит, серу, азот, все металлы: железо, медь, алюминий, золото и т.д. Сера состоит только из атомов химического элемента серы, а графит состоит из атомов химического элемента углерода.

Нужно четко различать понятия «химический элемент» и «простое вещество». Например, алмаз и углерод – не одно и тоже. Углерод – химический элемент, а алмаз – простое вещество, образованное химическим элементов углеродом. В данном случае химический элемент (углерод) и простое вещество (алмаз) называются по-разному. Часто химический элемент и отвечающее ему простое вещество называются одинаково. Например, элементу кислороду, соответствует простое вещество – кислород.

Различать, где идет речь об элементе, а где о веществе, необходимо научиться! Например, когда говорят, что кислород входит в состав воды – речь идет об элементе кислороде. Когда говорят, что кислород – это газ, необходимый для дыхания – здесь идет речь о простом веществе кислороде.

Простые вещества химических элементов подразделяют на две группы – металлы и неметаллы.

Металлы и неметаллы кардинально отличаются по своим физическим свойствам. Все металлы при нормальных условиях твердые вещества, исключение составляет ртуть – единственный жидкий металл. Металлы непрозрачны, обладают характерным металлическим блеском. Металлы пластичны, хорошо проводят тепло и электрический ток.

Неметаллы не похожи друг на друга по физическим свойствам. Так, водород, кислород, азот – газы, кремний, сера, фосфор – твердые вещества. Единственный жидкий неметалл – бром – жидкость коричнево-красного цвета.

Если провести условную линию от химического элемента бора к химическому элементу астату, то в длинном варианте Периодической Системы над линией расположены неметаллические элементы, а под ней – металлические. В коротком варианте Периодической Системы под этой линией расположены неметаллические элементы, а над ней – как металлические, так и неметаллические элементы. Значит, определять, является элемент металлическим или неметаллическим, удобнее по длинному варианту Периодической Системы. Это деление условное, поскольку все элементы так или иначе проявляют как металлические, так и неметаллические свойства, но в большинстве случаев такое распределение соответствует действительности.

Сложные вещества и их классификация

Если в состав простых веществ входят атомы только одного вида, несложно догадаться, что в состав сложных веществ будут входить несколько видов различных атомов, как минимум двух. Примером сложного вещества является вода, ее химическая формула вам известна – Н2О. Молекулы воды состоят из двух видов атомов: водорода и кислорода.

Сложные вещества – вещества, в состав которых входят атомы различных видов

Проведем следующий эксперимент. Смешаем порошки серы и цинка. Поместим смесь на металлический лист и подожжем при помощи деревянной лучины. Смесь загорается и быстро сгорает ярким пламенем. После завершения химической реакции образовалось новое вещество, в состав которого входят атомы серы и цинка. Свойства этого вещества совершенно другие, нежели свойства исходных веществ – серы и цинка.

Сложные вещества принято делить на две группы: неорганические вещества и их производные и органические вещества и их производные. Например, каменная соль – это неорганическое вещество, а крахмал, содержащийся в картофеле – органическое вещество.

Типы строения веществ

По типу частиц, входящих в состав веществ, вещества делят на вещества молекулярного и немолекулярного строения.

В состав вещества могут входить различные структурные частицы, такие как атомы, молекулы, ионы. Следовательно, существует три типа веществ: вещества атомного, ионного и молекулярного строения. Вещества различного типа строения будут иметь различные свойства.

Вещества атомного строения

Примером веществ атомного строения могут быть вещества, образованные элементом углеродом: графит и алмаз. В состав этих веществ входят только атомы углерода, но свойства этих веществ очень сильно отличаются. Графит – хрупкое, легко расслаивающееся вещество серо-черного цвета. Алмаз – прозрачный, один из самых твердых на планете, минерал. Почему вещества, состоящие из одного типа атомов, имеют различные свойства? Все дело в строении этих веществ. Атомы углерода в графите и алмазе соединяются различным способом. Вещества атомного строения имеют высокие температуры кипения и плавления, как правило, нерастворимы в воде, нелетучи.

Кристаллическая решетка – вспомогательный геометрический образ, вводимый для анализа строения кристалла

Вещества молекулярного строения

Вещества молекулярного строения – это практически все жидкости и большинство газообразных веществ. Существуют и кристаллические вещества, в состав кристаллической решетки которых входят молекулы. Вода – вещество молекулярного строения. Лед также имеет молекулярное строение, но в отличие от жидкой воды, имеет кристаллическую решетку, где все молекулы строго упорядочены. Вещества молекулярного строения имеют невысокие температуры кипения и плавления, как правило хрупкие, не проводят электрический ток.

Вещества ионного строения

Вещества ионного строения – это твердые кристаллические вещества. Примером вещества ионного соединения может быть поваренная соль. Ее химическая формула NaCl. Как видим, NaCl состоит из ионов Na+ и Cl⎺, чередующихся в определенных местах (узлах) кристаллической решетки. Вещества ионного строения имеют высокие температуры плавления и кипения, хрупкие, как правило, хорошо растворимы в воде, не проводят электрический ток.

Понятия «атом», «химический элемент» и «простое вещество» не следует смешивать.

  • «Атом» – конкретное понятие, так как атомы существуют реально.
  • «Химический элемент» – это собирательное, абстрактное понятие; в природе химический элемент существует в виде свободных или химически связанных атомов, то есть простых и сложных веществ.

Названия химических элементов и соответствующих простых веществ совпадают в большинстве случаев.

Когда мы говорим о материале или компоненте смеси – например, колба наполнена газообразным хлором, водный раствор брома, возьмём кусочек фосфора, – мы говорим о простом веществе. Если же мы говорим, что в атоме хлора содержится 17 электронов, вещество содержит фосфор, молекула состоит из двух атомов брома, то имеем в виду химический элемент.

Нужно различать свойства (характеристики) простого вещества (совокупности частиц) и свойства (характеристики) химического элемента (изолированного атома определенного вида), см. таблицу ниже:

 Характеристики химического элемента   Характеристики простого вещества
  • атомный номер
  • относительная атомная масса
  • изотопный состав
  • распространённость в природе
  • положение в Периодической Системе
  • строение атома
  • энергия ионизации
  • сродство к электрону
  • электроотрицательность
  • степени окисления
  • валентность
  • окраска
  • запах
  • электропроводность
  • теплопроводность
  • растворимость
  • твёрдость
  • температура кипения
  • температура плавления
  • вязкость
  • молярная масса
  • оптические свойства
  • магнитные свойства
  • химическая формула

Сложные вещества необходимо отличать от смесей, которые тоже состоят из разных элементов.

Количественное соотношение компонентов смеси может быть переменным, а химические соединения имеют постоянный состав.

Например, в стакан чая вы можете внести одну ложку сахара, или несколько, а молекулы сахарозы С12Н22О11 содержит точно 12 атомов углерода, 22 атома водорода и 11 атомов кислорода.

Таким образом, состав соединений можно описать одной химической формулой, а состав смеси – нет.

Компоненты смеси сохраняют свои физические и химические свойства. Например, если смешать железный порошок с серой, то образуется смесь двух веществ. И сера, и железо в этой смеси сохраняют свои свойства: железо притягивается магнитом, а сера не смачивается водой и плавает по ее поверхности.

Если же сера и железо прореагируют друг с другом, образуется новое соединение с формулой FeS, не имеющее свойств ни железа, ни серы, но обладающее набором собственных свойств. В соединении FeS железо и сера связаны друг с другом, и разделить их методами, которыми разделяют смеси, нельзя.

Таким образом, вещества можно классифицировать по нескольким параметрам:

Выводы из статьи по теме Простые и сложные вещества

  • Простые вещества – вещества, в состав которых входят атомы одного вида
  • Простые вещества делят на металлы и неметаллы
  • Сложные вещества – вещества, в состав которых входят атомы различных видов
  • Сложные вещества делят на органические и неорганические
  • Существуют вещества атомного, молекулярного и ионного строения, их свойства различны
  • Кристаллическая решетка – вспомогательный геометрический образ, вводимый для анализа строения кристалла

idaten.ru

Камень алмаз: как он выглядит, его химическая формула и свойства

Самым твердым камнем в мире является одна из модификаций углерода алмаз, формула которого обозначается латинской литерой С. Это простое вещество с кристаллической гранецентрированной кубической решеткой. Он плохо проводит электрический ток, устойчив при высоком давлении и не плавится при естественных температурах. Среди главных физических свойств алмаза следует отметить высокую плотность, хрупкость, прозрачность и невероятной красоты блеск.

Алмаз: что это и как он появился

Об истории происхождения алмаза известно чрезвычайно мало. Ученые считают минерал алмаз ровесником нашей планеты. Его сформировали несколько миллионов лет назад высокое давление и температура. Структура минерала представлена атомами углерода, с которыми мы повседневно встречаемся в быту (стержни карандашей изготавливают из графита, который также состоит из чистого углерода).

В природе алмазы существуют в виде небольших кристаллов, которые крайне редко достигают размеров птичьего яйца.

Ископаемые и добываемые в шахтах алмазы — это камни, которые имеют чрезвычайно плотное строение и в чистом виде тверже любого из известного сегодня вещества.

Интересно, от какого слова произошло слово алмаз.

Происхождение слова алмаз имеет давнюю историю. Древние римляне и греки называли его Adamas, что обозначает «твердый» или «непобедимый».

Уже от греческого «Адамас» произошло арабское слово «Алмас», которое в русском языке превратилось в привычное нашему уху «Алмаз».

На английском языке алмаз называют Diamond, а в славянских языках эти минералы называют диамантами.

Легендарный камень с длинной историей

О драгоценных камнях алмазах впервые заговорили более 5 тысяч лет назад, когда жители Индии обратили внимание на блестящие камни, которые невозможно было разбить, но с их помощью легко обрабатывались другие минералы.

Природный алмаз привлекал древних жителей Индии своей прозрачностью и блеском, постепенно став своеобразными твердыми деньгами, за которые можно было приобретать еду, одежду и другие ценности. Многочисленные правители страны не подвергали эти камни никакой обработке, а хранили в целом виде, помещая в сокровищницы.

В Европе о существовании кристаллов алмаза узнали лишь в эпоху Александра Македонского, который организовал поход на Индию для того, чтобы захватить эти драгоценные камни.

Лишь в средние века мастера бельгийского города Брюгге научились обрабатывать эти минералы, превращая их в бриллианты.

Самоцветный камень с сильным блеском

Геммология алмаза относит этот кристалл к самоцветным камням. Она изучает его химический состав, физические и оптические свойства, а также декоративные и художественные характеристики.

Алмазы — это кристаллы, имеющие натуральный блеск. По сравнительной шкале плотности Мооса они имеют максимальное значение 10 и пригодны для обработки любых других минералов.

Чаще всего встречаются бесцветные прозрачные минералы, но изредка они могут иметь розовые, голубоватые, серые, желтые и даже зеленоватые оттенки. Это связано с тем, что под воздействием высокой температуры и давления в углерод вступает в химические реакции с другими веществами, изменяя структуру кристаллической решетки алмаза.

Чаще всего его добывают в горных породах, находящихся на глубине 600 и более метров. Крайне редко залежи выходят на поверхность и их можно добывать, просто просеивая грунт.

Классификация по химическому составу

В чистом виде алмаз в природе встречается чрезвычайно редко. Основная масса кристаллов имеет определенные изъяны, связанные с присутствием «чужих» атомов бора или азота, либо с отсутствием отдельных фрагментов кристаллической решетки.

В зависимости от строения кристаллической решетки выделяют тип и класс этого минерала:

  • наиболее распространенный в природе тип I с присутствующими отдельными атомами азота;
  • имеющие желтоватый оттенок тип IA, в котором находятся группы атомов азота;
  • крайне редкий тип IB, в котором содержание азота минимально, а камни имеют оранжевый, коричневый и даже зеленый цвет;
  • тип II, практически совсем не содержащий азот;
  • чистые или стопроцентные алмазы типа IIA совсем не содержат в своем составе азота;
  • имеющие голубой или серый цвет алмазы типа IIB содержат бор в различных концентрациях.

Раньше описание добытых минералов проводили на глаз, а теперь для этих целей используют специальное оборудование.

Добыча алмаза и его превращение в бриллиант

Алмаз относится к полезным ископаемым с самоцветными характеристиками. Сегодня его значение в мире несколько отличается от средневекового, поскольку камень используется в промышленности для ведения геологоразведочных и буровых работ.  Для создания на основе кристалликов алмаза промышленных буров не станет препятствием ни одна горная порода, а геологоразведчики без проблем получают сведения о строении земной коры.

Для добычи минерала необходимо найти кимберлитовую трубку, через которую в древние времена происходило глубинное извержение веществ, содержащихся в земном ядре. Из содержащейся в ней породы добывают алмаз наивысшего качества, который после обследования на цвет и наличие трещин подвергается классификации.

Наиболее элитным считается алмаз, не имеющий вкраплений постороннего вещества. Он отправляется на огранку, после чего из него получается сверкающий на солнце своими многочисленными гранями бриллиант.

Как выглядят алмазы

Несмотря на распространенное у обывателей мнение, настоящий алмаз, который находится в горной породе, очень сильно отличается от ограненного бриллианта. Он практически не имеет природного блеска и приобретает его лишь после обработки водой. Неспециалист может легко пройти мимо такого минерала, даже не подозревая, что перед ним лежит настоящее сокровище.

Очень часто встречаются дефекты структуры кристалла, который при ударе способен рассыпаться на десятки осколков.

Уникальное строение алмаза обусловливает его включающие цвет, прозрачность наличие блеска и практически полное отсутствие электропроводности.

Плотность алмаза значительно выше, чем у графита, хотя их химическая классификация является абсолютно одинаковой. Молярная масса того и иного вещества составляет 12 граммов на моль, но структура алмаза намного плотнее, чем графита.

Молекулы с прочной химической связью

Химический состав алмазов представлен обычным углеродом, однако необычное молекулярное строение придает веществу свойства, характерные только для него.

По таблице Менделеева минерал обозначается С (углерод), точно так же, как и родственный ему графит. Алмазы состоят из атомов углерода, которые расположены в вершинах сложной конструкции. Кристаллическая решетка алмаза гранецентрированная, кубическая. Она делает минерал чрезвычайно устойчивым к внешним воздействиям.

Молекулы, входящие в состав алмаза, представляют собой кристаллы, имеющие форму куба, вершины которого фиксируются атомами углерода. Внутри кристалла расположены еще 4 атома углерода, имеющие химическую связь с вершинами такого куба. Такие особенности строения обеспечивают своеобразное движение электронов атомов углерода, а кристаллическая решетка становится необычайно прочной.

Аналогичное молекулярное и немолекулярное строение имеют кремний, низкотемпературная модификация олова и некоторые другие простые вещества.

Искусственные камни и их использование

Сегодня ученые научились в лабораторных и промышленных условиях создавать искусственные алмазы. Под действием высоких температур и давления они образуются и состоят из углерода, а их уникальный состав зависит он использующихся в процессе производства веществ.

Искусственные алмазы чаще всего применяются для изготовления инструментов, способных резать и полировать другие минералы, а также проводить полноценную огранку натуральных камней, превращая их в бриллианты.

Характеристики и виды натуральных камней напрямую зависят от их химического состава, а также присутствия в естественных образованиях атомов азота и бора.

Ювелиры подразделяют эти камни на несколько классов. Характеристика минерала определяется по чистоте, цвету и размеру. Бывают алмазы различных цветов и оттенков, и их оценка в большинстве случаев проводится уже после проведения огранки.

Способы огранки

Виды алмазов и их названия чаще всего зависят от прозрачности. Специалисты предварительно тщательно изучают минерал, удаляя даже малейшие трещины и дефекты, какие бывают на камне. Только после этого приступают к его обработке.

Чаще всего изготавливается бриллиант с полуправильными гранями и ромбододекаэдр. Это двенадцатигранник. состоящий из одинаковых ромбов и имеющий 14 вершин.

Такой тип огранки подходит ко всем разновидностям бриллиантов, даже если они полупрозрачны. В мире очень редко встречаются другие типы огранки, которые связаны с желанием максимально сохранить величину добытого в естественных условиях алмаза.

Из-за высокой плотности, для огранки используют инструменты, режущие части которых изготовлены из этого же материала, а полировка граней проводится при помощи алмазной пыли, как правило. искусственного происхождения.

Цвета и оттенки обработанных камней

Далее мы расскажем, какого цвета бывает алмаз. Цветовая гамма этого минерала в естественных условиях не отличается большим разнообразием. Чаще всего встречается прозрачный алмаз, не имеющий цветовых вкраплений.

Гораздо реже в естественной среде встречаются цветные бриллианты

Крайне редко цвет алмаза может быть голубой, серый, розовый, желтый или коричневый. В мире известны всего несколько месторождений, где добывают синие и черные минералы, которые, скорее всего, имеют космическое происхождение и попали на Землю вместе с метеоритами.

Если говорить, о том, какого цвета бывает бриллиант, то здесь ситуация несколько иная. Благодаря большому количеству искусственного камня, ювелиры могут придавать им различную окраску оттенков. Существуют бриллианты, очень существенно отличающиеся по цвету от естественных камней.

Если раньше цвет драгоценного изделия зависел от того, какой у алмаза цвет, то в последние годы публике показали коричневый камень и познакомили с огненным алмазом.

Физико-химические свойства минерала

Уникальные свойства алмаза сделали этот минерал чрезвычайно востребованным не только как драгоценные камень. Оптические свойства и способность кристаллов преломлять свет делают их необходимыми в научных исследованиях, а возможность создания практически нетупящихся медицинских инструментов увеличивает их востребованность в хирургии.

Физические и химические свойства минерала напрямую зависят от содержащихся в нем примесей. Алмаз — это простое вещество, основу которого составляют соединенные в гранецентрированный кристалл атомы углерода. Удельный вес алмазов составляет 12 гр на моль, но наличие примесей может несколько менять этот показатель.

Далее расскажем, какими свойствами обладает алмаз и что сделало этот минерал чрезвычайно популярным в нынешнее время не только в качестве драгоценностей.

Твердый камень с высокой прозрачностью

Идеальные камни, в которых отсутствуют примеси, являются полностью прозрачными и имеют очень высокие показатели преломления алмазом света.

Они отлично преломляют свет, разделяя его на все цвета радуги, что очень ценится в ювелирном производстве. Норма преломления алмаза составляет от 2,417 до 2,421 единиц, а коэффициент дисперсии — 0,0574.

Чем больше преломляется угол света, тем лучше блестит и играет цветами бриллиант.

Преломление света позволяет бриллианту лучше чем кварц изменять его скорость, перенаправляя в другую среду.

Алмазы часто используются для демонстрации оптических характеристик света и показа разделения его на цветовые фрагменты, зависящие от длины волн.

По физическим свойствам алмазы разделяют на прозрачные, полупрозрачные и непрозрачные. Они могут иметь алмазный жирный блеск и плотность. Один кубический сантиметр камня может обладать массой от 3,5 до 3,53 граммов, а его твердость составляет максимального показателя 10 по шкале Мооса.

Обладает максимальной теплопроводностью

Эти основные физические свойства минерала делают его чрезвычайно востребованным в промышленности, науке и медицине, где используются при изготовлении сложного инструментария и оптических приборов.

Минералы отличаются хрупкостью и чрезвычайно высокой теплопроводностью. При комнатной температуре их теплопроводность в 4 раза выше, чем у меди.

Высокий показатель преломления кристаллов позволяет создавать приборы для научных исследований, превращать энергию солнечных лучей в электричество, а также изготавливать полупроводники способные работать при температуре до 100 градусов Цельсия.

Алмаз плавится при температуре 3700-4000 градусов, а горит при 850 градусах Цельсия. При горении минерал светится голубым, желтым и зеленым цветом, но делать это крайне дорого и невыгодно.

Химические свойства алмазов зависят от входящих в него механических включений.

С точки зрения химии этот камень является обычным углеродом, имеющим такой же атомарный состав, как и графит.

Алмаз в химии — это изоморфное вещество, в состав которого при создании определенных условий может входить азот, бор, а также алюминий и кремний.

Большинство натуральных алмазов содержат атомы азота, которые заменяют вершины гранецентрированных кристаллов. Содержащие азот минералы характеризуются высокими люминесцентными свойствами, а также способностью рассеивать рентгеновские лучи.

Натуральный камень является отличным диэлектриком, не растворяется в кислотной и щелочной среде. При производстве искусственных кристаллов в их состав вводятся алюминий и кремний, которые придают им отличительные характерные особенности, востребованные в той или иной сфере.

Для чего используют алмазы

Как уже говорилось выше, традиционное использование алмазов для огранки и получения бриллиантов, постепенно теряет свою актуальность. Физические и химические свойства этого минерала сделали его чрезвычайно востребованным в различных сферах современной жизни.

Камень очень твердый, является отличным диэлектриком и обладает высокой теплопроводностью. На этом основании применение алмаза получило большое распространение в промышленности.

С помощью алмазных инструментов проводится высокоточная резка любых материалов. Специальными коронками из этого материала оснащают буровые установки, проводящие геологоразведку и забуривание шурфов в шахтах и карьерах.

Алмазная смазка имеет чрезвычайно низкий показатель трения по металлу (0,1) за счет образования пленок адсорбированного газа, а сами камни отлично прилипают к жировым смесям. Ее используют для смазывания различных деталей и инструментов, которые значительно повышают свой рабочий ресурс и реже выходят из строя.

Современная промышленная добыча

В древние времена алмазы находили на местах обвалов горной породы в Гималаях (Индия), но такой способ добычи является устаревшим и невыгодным.

Сегодня для поиска натуральных камней проводят открытие новых карьеров и шахт.

В связи с тем, что этот минерал образовался в глубине земной коры, основная глубина залегания месторождений составляет 600 и более метров.

Геологи проводят разведку территории и находят кимберлитовые трубки, в которых могут находиться эти самоцветные камни.

Шахтным или открытым способом до нужной глубины удаляется земля, а для твердых пород используется помощь направленного взрыва.

При достижении кимберлитовой трубки в разные стороны прокладываются тоннели, а порода поднимается на переработку. Обычно для получения 1 карата алмазов требуется переработать несколько сотен тонн всех добытых в шахте или карьере пород.

Искусственные минералы

Используемые в современной промышленности алмазы получают из графита, который подвергается чрезвычайно высокому давлению и изменяет свою структуру. Для этого используется метод синтеза агломерата или искусственный синтетический способ получения камня

Получаемый с помощью специальной технологии агломерированный минерал по своим физико-химическим свойствам ни в чем не уступает настоящему, но стоит значительно дешевле.

Добавляя необходимые химические элементы получают вещество с уникальными свойствами, которое подходит для ювелирных украшений и других потребностей человечества.

Поставьте класс, если статья была для вас интересна и полезна.

Поделитесь ей со своими друзьями в социальных сетях.

Расскажите в комментариях о своем опыте знакомства с алмазами.

pulskamnya.ru

Алмаз химическая формула

Наука сексизма: почему гендерные вопросы на работе так сложно решать? Сексизм в современном мире уже получил огласку, но действительно ли имеется прогресс в вопросах гендерного равенства.

Эндометрит: основные признаки. Современное лечение эндометрита Несмотря на всю серьезность заболевания, зачатие не исключено, однако беременность может прерваться ещё на самой ранней стадии. В этом случае женщины.

Как стать IT-гуру, не выходя из дома IT-специалисты востребованы на рынке труда. Рекрутинговое агентство Superjob утверждает, что эта профессия входит в пятерку самых популярных, и не зря.

Наперекор всем стереотипам: девушка с редким генетическим расстройством покоряет мир моды Эту девушку зовут Мелани Гайдос, и она ворвалась в мир моды стремительно, эпатируя, воодушевляя и разрушая глупые стереотипы.

Непростительные ошибки в фильмах, которых вы, вероятно, никогда не замечали Наверное, найдется очень мало людей, которые бы не любили смотреть фильмы. Однако даже в лучшем кино встречаются ошибки, которые могут заметить зрител.

Зачем нужен крошечный карман на джинсах? Все знают, что есть крошечный карман на джинсах, но мало кто задумывался, зачем он может быть нужен. Интересно, что первоначально он был местом для хр.

Формула алмаза

Алмаз — это простое вещество, неметалл, одна из аллотропных модификаций углерода.

Молярная масса равна г/моль.

Физические свойства – это одно из самых твёрдых веществ с плотностью 3,47—3,55 г/см , обычно бесцветный, но может иметь различные цвета, прозрачный, хрупкий, блестящий.

Плохо проводит электрический ток. Не плавится, сублимируется при , устойчив при нагревании в отсутствие кислорода.

Кристаллическая решетка алмаза гранецентрированная кубическая (а = 0,357 нм, z = 4). Атомы углерода в алмазе имеют -гибридизацию. Каждый атом С в структуре алмаза находится в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре соседних атома.

На рисунке ниже показана элементарная ячейка алмаза:

Химические свойства алмаза

  • Так как алмаз очень твёрдое вещество, то он является достаточно инертным, поэтому его основная реакция – это горение в кислороде при высокой температуре:

Получение алмаза

Алмаз является природным ископаемым, хотя его можно получить и искусственно. В промышленности алмазы получают из графита при высоких температуре и давлении.

Применение

Алмаз используется для создания ювелирных украшений, для изготовления ножей, свёрл, резцов, применяется как абразив, используется в микроэлектронике.

Примеры решения задач

Общая информация о алмазе в т.ч. формула, состав

Про алмаз можно без преувеличений сказать, что это популярнейший драгоценный камень в мире. Он же — самый прочный из всех самоцветов. Кристаллическая решётка алмаза благодаря своему особому строению придаёт минералу особенные свойства.

Физические и химические свойства алмаза

Структура алмаза предельно проста — в его состав входит лишь один элемент — углерод, поэтому химическая формула камня имеете простейший вид: С. Трудно поверить, что из того же элемента состоит мягкий непрозрачный графит с жирным блеском.

Твёрдость алмаза очень велика — поцарапать его можно только с помощью такого же камня. Однако, этот минерал достаточно хрупок и его можно разбить. Кристалл раскалывается строго по определённым плоскостям. Кристаллы имеют разное строение, но самые распространённые природные формы камня это октаэдр (кристалл с 8-ю правильными треугольными гранями) и ромбододекаэдр с 12-ю ромбовидными гранями. Кристаллы кубической формы встречаются реже. Ещё более редки округлые алмазы.

Ранее алмаз считали кварцем, пока не была обнаружена принадлежность камня к горючим телам. Знаменитая прочность алмаза не выдерживает воздействия лучей солнца, пропущенных через линзу. Минерал попросту сгорает. Француз Лавуазье обнаружил, что бриллиант горит, выделяя углекислоту. Проведя множество опытов, он доказал, что данный минерал не является видом кварца, а химическая формула этого драгоценного камня состоит из углерода. Это открытие вызвало настоящую сенсацию в конце 18 века, ведь ранее никто и представить не мог, что драгоценный камень сопоставим с обычным углеродом, известным в виде графита, угля и сажи. В состав камня входит меньше 1% примесей различных элементов, чаще всего это азот, железо, водород, кремний, кислород, титан, марганец. Именно от этих примесей зависит цвет кристалла. Например, минерал, содержащий в себе примеси железа, будет иметь буроватый оттенок или оранжево-жёлтые тона.

В тему: С неограненного алмаза делается бриллиант

Строение и состав кристалла таковы, что алмаз очень устойчив к кислотным и щелочным средам. Он практически не растворяется в кислоте, даже самой концентрированной. Именно благодаря своей феноменальной устойчивости минерал сохраняется миллионы лет, практически не изменяясь.

Однако, феноменальная прочность бриллианта пасует перед смесью, в состав которой входит сода с селитрой (натриевой или калиевой). Такая расплавленная смесь просто сжигает минерал. Растворится камень и при реакции серы с железом и его сплавами при температуре 800 °С. По этой причине резцы с алмазным напылением не используются сталелитейной и чугунной промышленности.

Ещё одна характеристика алмаза — гидрофобность. Камень отталкивает воду, но хорошо липнет к жиру. На этой особенности основан простейший способ получения самоцветов из руды. Минерал прилипает к жирной поверхности, а всё лишнее уносит вода. Плотность алмаза — 3500 кг/м3

Термические характеристики

Камень плавится при 4000 °С, но на открытом воздухе он сгорит и при более низких температурах — от 850 °С. Если поместить минерал в струю кислорода без примесей, то он сгорит голубым огнём при температуре 720-800 °С. Замечено, что в бескислородной среде, алмаз вновь становится графитом, стоит его нагреть до 2000-3000 °С.

Важная характеристика алмаза не только его уникальный состав, но и хорошая теплопроводность. Благодаря этому быстро отводятся излишки тепла, возникающие при обработке тех или иных деталей инструментами с алмазным напылением.

Оптические характеристики

Твёрдость алмаза вместе с его оптическими характеристиками сделали его уникальным драгоценным камнем. Ни один другой минерал не обладает подобными качествами. Показатель преломления кристаллов в жёлтом цвете составляет 2,4175. Примеси увеличивают эти параметры до 2,421, а для жёлтых камней показатель составляет в среднем 2,419.

В тему: Алмаз шах — знаменитый алмаз

Кристалл алмаза обладает высоким показателем дисперсии — 0,63. Именно благодаря ей камень так сверкает и буквально светится, переливаясь радужными цветами, при правильной огранке. Какой ещё самоцвет обладает таким свойством?

Как алмазы появились в Европе и на мировом рынке

История алмазов насчитывает тысячи лет. Это полезное ископаемое впервые нашли в Индии. Точная дата обнаружения этого драгоценного камня не известна. Первое описание самоцвета на санскрите датируется IV в. до н.э. Запись была сделана в налоговой книге, это свидетельствует о том, что самоцвет уже в то время был одним из тех товаров, которыми Индия торговала с другими государствами.

Выдающиеся физические свойства алмаза сделали его защитным талисманом, а также символом стойкости и мужества. Гранить камень ещё не умели, но уже в отшлифованном виде он очень ценился.

Самоцветы были популярны и в Древнем Египте. Богатые египтяне обильно украшали пальцы перстнями с алмазом, а кончики пальцев покрывали алмазным порошком для красоты. Считалось также, что такой камень является любовным талисманом.

В Европу этот драгоценный камень попал только во времена Александра Македонского. Описание алмазов упоминается в «Истории природы» Плиния. Первые камни были завезены в Рим в период между I и III веком н.э. Греки называли алмаз «адамас», что означает «неодолимый». Уже в XIII веке есть описание Ормуза в качестве главного бриллиантового рынка того времени.

На Западе флагманами алмазной торговли стали Венеция и Брюгге. При этом Брюгге стал ещё и центром быстро развивающейся алмазной промышленности. Долгое время секрет обработки бриллиантов никому не выдавался. В XIV веке правильные октаэдры полировались с помощью алмазного порошка. Процесс был трудоёмким и отнимал очень много времени и сил.

С XV века техники обработки самоцветов совершенствовались, а центр торговли бриллиантами переместился в Лиссабон, где торговали самоцветами со всего мира, благодаря открытию торговых путей в Индию.

В тему: Как добывают алмазы

С XVII века началась новая эпоха для бриллиантов — их научились гранить, а способы огранки непрестанно совершенствовались. Новые технологии позволяли создавать камни самых разных форм.

Индийские шахты опустели к концу XVIII века, но торговля бриллиантами не заглохла — новые месторождения в Южной Америке позволили и дальше развивать алмазную промышленность.

Бриллианты, привычные нам, появились во второй половине XIX столетия и были усовершенствованы Марселем Толковским в 1919 году. Именно тогда и зародилась идеальная огранка бриллиантов, которая применяется до сих пор.

Первый бриллиантовый картель «Де Бирс»

Бум промышленной добычи алмазов пришёлся на 1871 год, когда братья Де Бирс обнаружили в Кимберли (Африка, не путать с одноимённой местностью с алмазными месторождениями в Австралии) алмазные залежи. В 1888 г. возникла одна из крупнейших компаний по добыче алмазов в мире «De Beers СonsolidatedMines Limited», это был первый в мире картель по добыче бриллиантов. В наши дни его преемницей считается фирма «De Beers Centenary». До начала 2000-х «ДеБирс» держала под контролем весь мировой алмазный рынок, в том числе и продукцию российской «Алроса», самой крупной алмазодобывающей компании.

Однако, истощение месторождений в Африке и открытие новых карьеров и шахт в России, Австралии и Канаде потихоньку лишили «Де Бирс» тотального контроля в сфере алмазодобывающей промышленности, но эта старинная компания до сих является одним из крупнейших участников на алмазном рынке.

Химическая формула алмаза и его характеристики

Алмаз по праву можно называть королем среди минералов. При его описании можно использовать только эпитет «самый», и не только в эстетических описаниях, но и в технических. Конечно, основную известность этот минерал получил благодаря своей ювелирной ценности, но процент из всех добытых камней из недр земли совсем невелик, порядка 10%. Остальные же камни используются практически во всех сферах промышленного производства. Можно с уверенностью сказать, что большинство людей на планете использовала инструменты либо приспособления, содержащие в себе алмазы.

Физические и химические свойства

Алмаз в своем составе содержит всего один элемент таблицы Менделеева – углерод, поэтому камень имеет простейшую химическую формулу: С. Стоит отметить, что полностью из углерода на земле представлен еще один материал – непрозрачный графит, он имеет такую же, как и алмаз формулу.

Самым твердым минералом считается алмаз. Согласно шкале Мооса 10 балов, и это является пределом шкалы твердости. Если сравнивать твердость. то алмаз в 1000 раз превышает показатели кварца. Стоит отметить что шкала Мооса создавалась на основе твердости алмаза. Нанести царапины на поверхность камня можно только используя второй. Но, есть у него и слабые стороны, его можно разбить, так как имеет достаточно большую степень раскалывания. Вот только раскалывается кристалл по строго определенным плоскостям.

Кристаллы различаются по своему строению:

  • октаэдр – самая распространенная в мире форма, он имеет 8 правильных треугольных грани;
  • ромбододекаэдр – имеет 12 ромбовидных граней;
  • кубической формы – встречаются довольно редко;
  • округлые алмазы – наиболее редкая форма.

Изначально алмаз считался как разновидность кварца, пока не выявили принадлежность минерала к горючим телам. Как ни парадоксально, но камень не выдерживает пропущенные через линзу лучи солнца, он попросту сгорает. Данное открытие впервые было обнаружено французом Лавуазье, он доказал что камень горит и выделяет углекислоту. Он первым представил химическую формулу алмаза. Это был настоящий фурор в науке конца XVIII века, никто себе и представить не мог что столь драгоценный камень собрат графита и угля. Именно он представил миру, что такое алмаз на самом деле.

Плотность алмаза не рекордна и составляет порядка 3,5 гр/см3, что тоже много. Например, у кварца показатель плотности равен 2,6 гр/см3, а у серебра 10,5 гр/см3. В химическом составе камня доля примесей составляет менее 1%, наиболее часто встречаются: железо, азот, кремний, водород, титан, кислород, марганец. Именно эти примеси непосредственно влияют на цвет кристалла.

Состав и строение кристалла позволяют ему быть устойчивым к воздействию щелочных и кислотных сред. Он не растворим даже в высококонцентрированной кислоте. Эта феноменальная особенность позволяет ему сохранять свою форму на протяжении миллионов лет. Однако есть и слабые стороны у бриллианта, он бессилен перед составами, в которых имеется сода и селитра (калиевая либо натриевая). Данная смесь просто сожжет минерал без остатка.

Еще одно интересное свойство алмаза это его гидрофобность. Он полностью отталкивает от себя воду, но в то же время прилипает к жиру. Это его особенность и стала способом поиска самоцветов в руде.

Термические характеристики

Температура плавления камня составляет порядка 4000°С. Но в среде с повышенным содержание кислорода температура горения составляет уже 800°С. Стоит отметить, поместив кристалл в бескислородную среду и нагреть его до температуры 2000–3000°С, он превращается в обычный графит.

У кристалла уникальная теплопроводность, именно эта характеристика вкупе с его твердостью обозначила его применение в различных деталях и инструментах в обработке различных материалов. Излишки тепла, возникающие во время работы, быстро отводятся, делая процесс работы более интенсивным.

Оптические характеристики

Уникальность и столь высокая цена алмаза на ювелирном рынке обусловлена двумя факторами. твердость и оптические характеристики. Ни у одного минерала на земле нет таких показателей. Показатель светопреломления составляет 2,41. Этот показатель основан на отклонении направления луча света в другой среде, где происходит резкое изменение скорости света.

Вкупе с высоким значением дисперсии, он имеет такое яркое свечение, а если направить на него пучок света, он отразится всеми цветами радуги. Ни один минерал, даже искусственно созданный, не обладает такими возможностями.

Происхождение и добыча алмазов

В современном мире мнения о происхождении алмазов расходятся, и нет никакой научно подтвержденной теории возникновения алмазов. Высказано большое количество предположений и мнений по этому поводу, но наиболее вероятной ученые считают магматическую теорию. В недрах земли на глубине порядка 150–200 км под высоким давлением (50–60 тыс. атмосфер) атомы углерода при высокой температуре (1000–1300°С ) получают особую кубическую кристаллическую решетку, или, попросту говоря, алмаз.

Различают несколько разновидностей алмазов:

  • Баллас – сферолиты кристалла шарообразной формы;
  • Борт – мелко и крупнозернистые, неправильной формы агрегаты алмаза;
  • Карбонадо – плотные или пористые агрегаты кристалла;
  • Якутит – алмаз темного окраса за счет обилия включений

Добыча драгоценных камней является очень затратным и технически сложным процессом, который даже на начальном этапе требует больших материальных вложений. Конечно, изначально самоцветы добывались на открытых площадках путем просеивания, но вскоре эти площадки истощились, и людям пришлось «копать глубже».

Породы, содержащие кристаллы так называемые кимберлитовые трубки. выносятся на поверхность при помощи направленного взрыва. Это технически сложный и опасный процесс. Затем руда поступает на дробильно-сортировочную станцию, где и происходит поиск и сортировка найденных минералов.

Встречаются кристаллы и внеземного (метеоритного) происхождения. Крупные метеориты, при падении, могут создавать алмазы, во время ударного метаморфизма, как, например, на севере Сибири в Попигайской астроблеме.

История алмазов

Сами алмазы имеют возраст в несколько миллионов лет. но вот в истории человека они появились тоже очень давно. Эта история не одного тысячелетия. Первые описания камня засвидетельствованы в Индии. Именно Индия считается первой кто начал добычу и торговлю алмазами на поток.

Постепенно кристаллы появились во всех цивилизованных странах, повсюду стали встречать упоминания необычного камня. о его магических свойствах и целебном действии. В древности еще не было способов огранки минерала, но уже тогда стали тщательно полировать и натирать его грани для придания блеска. Постепенно с развитием Промышленного производства стали доступны способы огранки. Впервые они начали обрабатываться в Европе в XVII веке.

Тот внешний вид бриллианта, который привычен нам, появился благодаря Марселю Толковскому в далеком 1919 году. С тех пор идеальная огранка минерала не потерпела никаких изменений в ювелирной промышленности.

Самые большие камни весом более 10 карат очень редко встречаются, и таким кристаллам принято давать имена и не дробить их. Самый большой самоцвет в мире «Куллинан» найденный в Африке в 1905 году весом в 3106 карат.

Петрушевич Анатолий Сергеевич

Физические свойства алмаза и графита

Для обычного человека алмаз и графит – это два совершенно не похожих и никак не связанных друг с другом элемента. Алмаз вызывает ассоциации с переливающимися драгоценностями, вспоминается выражение «блестит как алмаз». Графит – нечто серое, то, из чего обычно делают карандашные грифели.

Трудно поверить, что оба минерала – это одно и то же вещество разной формы обработки.

Понятие и основные характеристики минералов

Алмазом называют прозрачный кристалл, не имеющий цвета, обладающий высокими характеристиками преломления света. Выделяют следующие основные свойства минерала:

  1. Неоднороден по составу и содержит небольшие доли примеси железа, магния, азота, алюминия и других элементов, которые могут придавать алмазу голубоватый, красноватый и даже черный оттенки.
  2. Благодаря своему химическому составу минерал обладает хрупкостью, раскалываясь на мелкие кусочки при сильном ударе.
  3. Жесткость, благодаря чему алмаз незаменим при создании абразивных инструментов.
  4. Стойкость к воздействию кислот и щелочей, растворяющих даже металлы.
  5. Основная характеристика алмаза – метастабильность, то есть способность при обычных условиях долгое время сохранять неизменное состояние.
  6. Твердость, при которой ни один другой минерал не способен нанести вред алмазу.

Природа зарождает как алмазы определенных форм, так и в нескольких кристаллических формах, что обусловлено его внутренним строением. Ярко выраженные кристаллы имеют форму куба или тэтраэдра с плоскими гранями. Иногда грани кажутся рельефными из-за наличия невидимых глазу многочисленных наростов и преобразований.

Хотя многие считают алмаз самым прочным материалом на свете, но науке известно вещество превосходящее алмаз по прочности более чем на 11% — «гипералмаз».

Графит представляет собой кристаллическое вещество серо-черного цвета, обладающее металлическим блеском. По составу графит имеет слоистую структуру, его кристаллы состоят из мелких тонких пластинок. Это очень хрупкий минерал, напоминающий по внешнему виду сталь или чугун. У графита низкая теплоемкость, но высокая температура плавления. Кроме того, этот минерал:

  • хорошо проводит тепло и электричество;
  • имеет высокую огнеупорность;
  • устойчив к кислотам и любым видам химических реагентов;
  • имеет маленький коэффициент трения;
  • смешивается с любыми веществами.

На ощупь графит жирный, а при проведении по бумаге оставляет следы. Это происходит из-за того, что атомы кристаллической решетки слабо связаны.

Отличие графита от алмаза, особенности строения и процесс перехода одного минерала в другой

Алмаз и графит – аллотропные по отношению друг к другу минералы, то есть имеют различные свойства, но являются разными формами углерода. Их основное отличие заключается лишь в химическом строении кристаллической решетки.

Кристаллическая решетка алмаза имеет вид тэтраэдра, в котором каждый атом окружен еще 4 атомами и является вершиной соседнего тэтраэдра, образуя бесконечное множество атомов, имеющих прочные ковалентные связи.

Графит на атомном уровне состоит из пластов шестиугольников с вершинами-атомами. Атомы хорошо связаны между собой только на уровне пластов, но пласты между собой сильной связи не имеют, что делает графит мягким и нестойким к разрушению. Именно эта особенность и позволяет получить из графита алмаз.

Физические и химические свойства алмаза и графита хорошо видны из таблицы.

Химическая формула алмаза и графита одна и та же – углерод (С), но процесс создания в природе разный. Алмаз возникает при очень высоких давлениях и мгновенном охлаждении, а графит, наоборот, при низком давлении и высокой температуре.

Выделяют следующие методы получения алмазов:

Процесс превращения графита в алмаз под воздействием высокой температуры (около 3000 С) и давления (примерно 1010 Па) путем изменения ковалентных связей. Для этого необходимо разрушить атомную решетку графита либо снизить ее энергию для перестройки в другой вид. Для оказания такого каталитического действия используют специальные агенты, в роли которых, как правило, выступают какие-либо металлы или их сплавы.

Необходимое для процесса преобразования давление создается при помощи прессов на гидравлике в специальных камерах. Раствор графита и агента, который облегчает синтез металла, нагревается электрическим током до нужной температуры. Процесс занимает от нескольких минут и может длиться несколько часов. Полученные в результате алмазы охлаждают и снижают давление в камере. Алмазы, полученные таким способом, получаются довольно грязными и мутными, имеющими пористую структуру.

  • Еще один метод получения алмазов, который пока не используется в широком промышленном применении – ударная волна, взрыв, для сжатия графита, получения алмазной пыли для дальнейшего использования в промышленности. Для этого используют либо обычное взрывчатое вещество, либо взрыв проволокой токовыми импульсами. При таком способе кристаллы алмаза получаются очень чистыми и прозрачными, высокого качества, имеющие форму природного алмаза, но маленькими.
  • Для ускорения процесса создания в камеру с алмазом добавляют метан, который разрушается до углерода при определенных условиях. В результате получаются камни черного цвета формы куба с прочностью натурального камня. На выходе получается вещество под названием кабрид, но именуется он алмазом из-за содержания его в своем составе.
  • Выращивание с помощью катализаторов. В основном используют железо, платину и никель. На выходе получаются маленькие камни черного или темно-серого цвета, имеющие форму квадрата. В зависимости от катализатора, давления и температуры получаются разноцветные кристаллы.
  • Процесс алмаза в графит аналогичен. Разница лишь в показателях давления и температуры.

    Месторождение минералов

    Алмазы пролегают на глубинах более 100 км при температуре 1300 ̊С. От взрывной волны вступает в действие кимберлитовая магма, образуя так называемые кимберлитовые трубки, которые и являются коренными месторождениями алмазов.

    Кимберлитовая трубка названа в честь африканской провинции Кимберли, где она и была впервые открыта. Породы с алмазными залежами называют кимберлитами.

    Самые известные ныне месторождения находятся в Индии, Южной Африке и в России. На коренных месторождениях, состоящих из кимберлитовых и лампроитовых трубок, добывают до 80% всех алмазов.

    Найти алмазы в добытой породе помогают рентгеновские лучи. Большинство найденных камней используется в промышленности, так как не обладают достаточными характеристиками для ювелирной области. Промышленные камни разделяют на 3 вида:

    • борт – мелкие камни, имеющие зернистую структуру;
    • баллас – камни круглой или грушевидной формы;
    • карбонадо – камень черного цвета, получивший свое название из-за сходства с углем.

    Любопытно, что наиболее крупные и выдающиеся по характеристикам алмазы получают свое уникальное название. Самые известные из них – «Шах», «Звезда Минаса», «Кохинур», «Звезда Юга», «Президент Варгас», «Минас-Жерайс», «Английский алмаз Дрездена» и др.

    Графит образуется в результате видоизменения осадочных пород. Мексиканские, ногинские и мадагаскарские графитовые месторождения богаты рудой с графитом низкого качества. Менее распространенные – ботогольский и цейлонский тип, отличаются рудой, богатой высоким содержанием графита. Крупнейшие известные месторождения находятся на Украине и в Краснодарском крае.

    Сфера применения

    Алмаз и графит используют гораздо шире, чем может показаться на первый взгляд. Алмазы нашли свое применение в следующих сферах:

    Ювелирная сфера. Алмазы чаще всего ограняют и используют как бриллианты. Для их создания используют только камни высокого качества, на долю которых приходится лишь около 20% всех добытых камней. Наука продвинулась далеко вперед и сегодня все чаще используются искусственные бриллианты вместо настоящих, однако даже непрофессионал, имея некоторый опыт, сможет узнать подделку, вооружившись лишь лупой и магнитом.

    При ближайшем рассмотрении ненастоящий камень содержит частицы металлических крапинок на поверхности и имеет оттенок желтизны на гранях. Также, имея усиленные магнитные характеристики, поддельный синтетический бриллиант при проведении магнитом сдвинется за ним. В создании синтетических бриллиантов используется кристаллический углерод, поэтому, при создании нужного давления и температуры бриллианты создают из всего, что богато углеродом, даже из человеческих останков.

    В Китае, например, научились перерабатывать в бриллианты диоксид углерода и калий, получая совсем крошечные, 1,2 миллиметровые камни. Искусственные бриллианты создаются также из прессованной бриллиантовой пыли, которая остается от производства алмазов, однако получаются настолько хрупкими, что бьются как стекло.

  • Техническая сфера. Здесь применяют второсортные алмазы с трещинами и дефектами, как в целом виде, так и отдельные осколки, непригодные для изготовления целого камня. Технические алмазы имеют подвиды:
    • алмазы определенной формы для изготовления подшипников, сверл, наконечников и др.;
    • необработанные камни;
    • мелкие камни с дефектами, годные только для измельчения в алмазный порошок.

    Алмазный порошок применяют в изготовлении мельчайших элементов (например, в часах). Это позволяет достичь высокой точности работы деталей. Алмазные диски, абразивные инструменты содержат в своем составе алмазный порошок.

    Алмазные иглы, применяемые в электронике, это необработанные кристаллы, от природы имеющие острую вершину, либо их остроконечные осколки. В промышленности алмазы применяют в буровых установках, что увеличивает их производительность. Благодаря своей теплопроводимости и изоляционным свойствам алмазные прослойки используются в микросхемах, счетчиках и других компонентах.

  • В процентном соотношении использования алмазов выглядит так:

    1. Инструменты, машинные детали – 60%.
    2. Обрамление шлифовочных кругов -10%.
    3. Переработка проволоки-10%.
    4. Бурение скважин – 10%.
    5. Ювелирные изделия, мелкие детали – 10%.

    Что касается графита, то в чистом виде он практически не используется, а подвергаются предварительной обработке, хотя в разных сферах используется графит разного качества. Для канцелярских карандашей используют графит высочайшего качества. Наиболее широкое применение нашло в литейном производстве, обеспечивая гладкую поверхность различных форм стали. Здесь используется практически необработанный графит.

    Электроугольная промышленность наряду с природным использует искусственно созданный графит, также получивший широкое применение благодаря особой чистоте и постоянству состава. Электропроводимость сделала графит материалом для электродов электрических приборов. В металлургии используется как смазочный материал.

    Алмаз и графит – одинаковые по составу, но по-своему уникальные вещества. Польза графита для различных отраслей промышленности гораздо выше алмаза.

    Алмаз же, призванный радовать своей красотой, неоценим для экономики, принося огромные доходы от применения в ювелирной промышленности.

    lingvoprofessional.ru

    Углерод. Аллотропия углерода — урок. Химия, 8–9 класс.

    Углерод — химический элемент № \(6\). Он расположен в IVА группе Периодической системы.

    C6+6)2e)4e

    На внешнем слое атома углерода содержатся четыре валентных электрона, и до его завершения не хватает четырёх электронов. Поэтому в соединениях с металлами углероду характерна степень окисления \(–4\), а при взаимодействии с более электроотрицательными неметаллами он проявляет положительные степени окисления: \( +2\) или \(+4\).

    В природе углерод встречается как в виде простых веществ, так и в виде соединений. В воздухе содержится углекислый газ. В земной коре распространены карбонаты (например, CaCO3 образует мел, мрамор, известняк). Горючие ископаемые (уголь, торф, нефть, природный газ) состоят из органических соединений, главным элементом которых является углерод. 

    Углерод относится к жизненно важным элементам, так как входит в состав молекул всех органических веществ.

    Углерод образует несколько аллотропных видоизменений, из которых наиболее известны алмаз и графит.

    Алмаз имеет атомную кристаллическую решётку. Каждый атом углерода в алмазе связан четырьмя прочными ковалентными связями с соседними атомами, расположенными в вершинах тетраэдра.

    Благодаря такому строению алмаз — самое твёрдое из известных природных веществ. Все четыре валентных электрона каждого атома углерода участвуют в образовании связей, поэтому алмаз не проводит электрический ток. Это бесцветное прозрачное кристаллическое вещество, хорошо преломляющее свет.

    Графит тоже имеет атомную кристаллическую решётку, но устроена она иначе. Решётка графита слоистая. Каждый атом углерода соединён прочными ковалентными связями с тремя соседними атомами. Образуются плоские слои из шестиугольников, которые между собой связаны слабо. Один валентный электрон у атома углерода остаётся свободным.

    Графит представляет собой тёмно-серое вещество с металлическим блеском, жирное на ощупь. В отличие от алмаза графит непрозрачный, проводит электрический ток и оставляет серый след на бумаге. У графита очень высокая температура плавления (\(3700\) °С).

    Алмаз и графит взаимопревращаемы. При сильном нагревании без доступа воздуха алмаз чернеет и превращается в графит. Графит можно превратить в алмаз при высокой температуре и большом давлении.

    Из мельчайших частиц графита состоят сажа, древесный уголь и кокс. Сажа образуется при неполном сгорании топлива. Древесный уголь получают при нагревании древесины без доступа воздуха, а кокс — переработкой каменного угля.

    Древесный уголь имеет пористое строение и обладает способностью поглощать газы и растворённые вещества. Такое свойство называется адсорбцией.

    Аллотропные модификации углерода в химических реакциях могут проявлять и окислительные, и восстановительные свойства. Окислительные свойства углерода выражены слабее, чем у других неметаллов второго периода (азота, кислорода и фтора).

    • Взаимодействие с металлами.

    Углерод реагирует с металлами при высокой температуре с образованием карбидов:

    4Al0+3C0=tAl+34C−43.

    В этой реакции углерод выступает как окислитель.

    • Взаимодействие с водородом.

    Реакция происходит при сильном нагревании. Образуется метан. Углерод — окислитель.

    C0+2H02=tC−4H+14.

    • Взаимодействие с кислородом.

    Углерод горит в кислороде с образованием углекислого газа и проявляет в этой реакции восстановительные свойства:

    C0+O02=tC+4O−22.

    • Взаимодействие с оксидами металлов.

    Углерод способен восстанавливать металлы из их оксидов:

    2Cu+2O+C0=t2Cu0+C+4O2. 

    Применение простых веществ

     Алмаз применяется:

    • для обработки твёрдых поверхностей;
    • для резки стекла;
    • для изготовления буров и свёрл;
    • для изготовления ювелирных украшений.

    Графит используется:

    • при изготовлении карандашей;
    • как твёрдая смазка в подшипниках;
    • для изготовления электродов;
    • в качестве замедлителя нейтронов в ядерных реакторах;
    • для получения искусственных алмазов.

    Сажа:

    • входит в состав типографской краски, крема для обуви;
    • используется как наполнитель для производства резины.

    Уголь используется:

    • в противогазах, промышленных и бытовых фильтрах;
    • для очистки сахарного сиропа, спирта и т. д.;
    • в медицине.

    Кокс применяется в металлургической промышленности.

    www.yaklass.ru


    Смотрите также