Каталог
  

Простое вещество это алмаз


Алмаз — самое твердое вещество на земле

ВашеХобби.рф → Камни → Алмаз — самое твердое вещество на земле  Рубрика: Камни

Алмаз... Это свет солнца, сгустившийся в земле и охлажденный временем, он играет всеми цветами радуги, но сам остается прозрачным, словно капля. А. Куприн.

Алмаз — искаженное греческое слово «адамас», что значит «непреодолимый», «непоборимый», «непобедимый». Эти названия, несомненно, связаны с исключительной твердостью алмаза и его устойчивостью к кислотам. Алмаз — самое твердое вещество на земле.

Большинство алмазов встречается в виде отдельных целых кристаллов разной величины и формы. Наиболее распространенная форма природных кристаллов — это восьмигранник (октаэдр). Реже встречаются алмазы с двенадцатью ромбовидными гранями Иногда попадается алмаз, внутри которого сидит другой алмаз (алмаз в алмазе). Кристаллы алмаза в большинстве случаев бесцветные. Реже они имеют светло-зеленоватую, светло-голубоватую или светло-розовую окраску.

Помимо этого, встречаются микрокристаллические и скрытокристаллические агрегаты, состоящие из мельчайших зерен алмазов. Эти разновидности имеют особые названия; борт, баллас и карбонадо. Борт — зернистые и неправильные сростки кристалликов; иногда к борту относят также алмазы с различными дефектами. Баллас — шаровидные агрегаты мутно-белого цвета радиальнолучистого строения. Карбонадо — тонкозернистые и плотные агрегаты буровато-черного цвета.

Крупные алмазы встречаются в природе очень редко. Находка такого алмаза — большое событие. История многих крупных камней богата приключениями, иногда трагическими. Самый крупный алмаз в мире весом около 0,6 кг — «Куллинан» был найден в 1905 году на руднике «Премьер» в Южной Африке. И что удивительно: этот огромный камень оказался осколком какого-то сверхгигантского алмаза!

Алмазы, непригодные для огранки, то есть те, которые не могут стать бриллиантами, используются для технических нужд. Из них изготовляют инструменты — буровые коронки, резцы, сверла, волоки (фильеры). Волоки — алмазные пластинки с тончайшими отверстиями, через которые протягиваются проволоки до одной тысячной миллиметра в диаметре. Алмазные пластинки чрезвычайно долговечны. Один алмазный волок заменяет почти четыреста твердосплавных волок, к тому же скорость изготовления проволоки на алмазном волоке в два раза выше, чем на твердосплавном. Вот в чем преимущество алмазной аппаратуры.

Любопытно, что необычайная твердость алмазов привлекает не только людей, но и птиц.

В прошлом столетии на рудниках Южной Африки считалось выгодным разводить домашнюю птицу и ручных страусов, которые, копаясь в отвалах, разыскивали и проглатывали алмазы и могли принести владельцу немалый доход. У одного голубя, убитого на южноафриканских алмазных складах, в зобу было обнаружено 43 алмаза общим весом 5,5 карата. Известен случай, когда «снесла» алмаз уральская курица. Это было во второй половине прошлого столетия.

Зачем птицы глотают алмазы? Затем же, зачем им вообще нужны камушки — для перетирания грубых кормов. Птиц особенно привлекают твердые блестящие камни. Например, кварц. Мягкие камни в желудке быстро перетираются. Алмазы, вероятно, просто идеальные жернова, поэтому птицы их охотно склевывают.

Россыпные месторождения алмазов специалисты называют вторичными, потому что они возникают за счет разрушения первичных, или коренных месторождений. Оказалось, что коренные алмазоносные породы Южной Африки — это трубки, или диатремы (диатрема — от греческого слова отверстие, дыра) — вертикально идущие в глубь земли каналы, которые образовались в результате взрывов вулканических газов в земной коре.

Первую трубку назвали Кимберли, что означает «большая дыра», а породу, в которой родились алмазы,— кимберлитом. Близ этой трубки впоследствии вырос знаменитый город Кимберли.

При выветривании кимберлита возникает рыхлая порода, известная под названием. желтая, голубая или красная земля. Так, в трубке Премьер до глубины 12 м желтая земля, под ней — тонкий горизонт красной земли, которая с глубиной переходит в голубую. Под голубой землей залегает черный, плотный, еще не выветрившийся кимберлит.

Размеры трубок по площади бывают разные: 5, 10 и до 100 гектаров. Трубку Кимберли разрабатывали открытым способом. В последнее время разработка алмазов на рудниках в районе Кимберли ведется преимущественно подземным способом, на глубинах 600—800 и даже больше 1000 метров.

В 1970 году решили промыть старые отвалы трубки Кимберли. При этом извлекли 214,6 тысячи каратов алмазов.

Большинство южноафриканских трубок возникло в позднем меловом периоде — примерно 100 миллионов лет назад. С тех же пор началось выветривание кимберлитов и размыв кимберлитовых трубок.

Кимберлитовые трубки, как предполагают некоторые исследователи, были размыты с течением веков на значительную глубину — так образовались аллювиальные россыпи (в отложениях русловых водных потоков), часть алмазов вынесло в Атлантический океан — там сформировались морские россыпи.

Морские россыпи, возникшие под действием прибоя, приливо-отливных и морских течений, расположены в литоральной (в полосе приливов и отливов) и сублиторальной (часть дна — до глубины примерно 200 метров) зонах Атлантического океана, а также прибрежных морских террасах.

Некоторые из морских террас исключительно богаты алмазами. Так, в террасе, которая расположена в 20 километрах к югу от дельты реки Оранжевой и в полутора километрах от береговой линии океана, содержание алмазов достигало 220 каратов на кубический метр горной породы, а средний вес алмазов составлял около 2 каратов. Качество алмазов здесь очень высокое. Интересно, что в морских россыпях отсутствуют обычные спутники алмазов — пироп и пикроильменит, встречающиеся, как правило, с алмазами в кимберлитах. Вероятно, они были полностью разрушены мощным прибойным потоком и волнами.

Алмазные россыпи морских террас расположены за сотни километров от алмазоносных трубок; других коренных алмазоносных пород поблизости нет. И это казалось очень странным. Обычно алмазы оседают вблизи коренного источника. Детальное исследование океанской алмазоносной провинции показало, что алмазы все же принесены сюда издалека: из центральной части Южной Африки по долине Оранжевой и по другим долинам. Но принесены они не обычными водными потоками, а грязекаменными, или селевыми. Один специалист проследил путь алмазов вдоль долины Оранжевой от трубок центральной части Южной Африки до Атлантического океана.

Алмазы океанских россыпей сходны с алмазами из трубок Дютойтспен и Вессельтон. Однако это не общее правило. Многие алмазы из россыпей морских террас отличаются от алмазов из трубок.

По-видимому, эти алмазы были принесены из докембрийских конгломератов Витватерсранда, расположенных в том же районе, где трубка Премьер и другие. Витватерсранд — наиболее крупное в мире золото-урановое месторождение, из которого с 1867 по 1968 год извлечено более 26 тысяч тонн мелкого золота. Алмазы же добываются попутно. Они характеризуются таким же отчетливым зеленоватым оттенком, который характерен для алмазов морских террас. Предполагают, что зеленоватая окраска (при огранке она пропадает) алмазов месторождения Витватерсранд — результат влияния на алмазы радиоактивного излучения уранинита и других урановых минералов.

Кроме того, известны неалмазоносные кимберлиты в районе Гибеона в Намибии. Однако не исключено, что на этой территории есть где-то алмазоносные трубки, скрытые под эоловыми песками. Они также могли забросить в океан какое-то количество алмазов.

Вынос алмазов в океан из ряда месторождений селевыми потоками (когда алмазы мало теряются в пути) в сочетании с сильным прибойным потоком и волнением (успевавшими перерабатывать приносимый в больших количествах обломочный материал) и обусловили высокие концентрации алмазов в древних морских террасах. И вот что чрезвычайно интересно: алмазы морских террас Южной Африки по ряду признаков (по форме, окраске и т. д.) сходны с алмазами Бразилии. Эти территории разделены тысячекилометровым пространством Атлантического океана, тем не менее характеристики камней совпадают.

Похожие публикации:

Алмазы - кусочки света Кто в здравом уме и твёрдой памяти подумает, глядя на кусок угля, что этот кусок весом в килограмм-два может стоить десятки тысяч каких-нибудь валютных единиц. А между тем, это так. Может. И десятки, и сотни, и миллионы. Если бы этот кусок не застрял бы во время геологических игрищ планеты на жалкой глубине в несколько сот метров, а опустился бы где-то километров на сто ниже, туда, где нагрето всё до полутора-двух ты...

Янтарь. Описание и свойства О происхождении янтаря сложено много легенд. Чем только не предстает в них янтарь — слезами дочерей бога Солнца — Гелиоса; морской пеной, застывшей в солнечных лучах; нефтью, окаменевшей под действием моря; затвердевшим жиром неведомых рыб! Все эти предания несмотря на то, что родились они в разных странах и в разные эпохи, имеют в своей основе нечто общее; они говорят о янтаре как о каком-то застывшем веществе. Наук...

Из истории камнерезной промышленности Основатель знаменитой Колыванской шлифовальной фабрики — автор проекта, руководитель строительства, а потом и многих уникальных художественных работ, выполненных там,— Филипп Васильевич Стрижков. Это был мастер из народа, умелец, новатор, один из первых на Руси механизаторов камнерезной промышленности. В 1793 году «каменодельный подмастерье» Ф. В. Стрижков подал управляющему алтайского Локтевского завода проект, оза...

Кремень - камень огня и коварства Кремень, вероятно, был первым камнем, который человек взял себе на службу. С кремнем во многом связана история техники, особенно военной. Ножи и топоры человека каменного века были сделаны из кремня. Наконечники для стрел — тоже из кремня. С помощью кремня древний человек высекал огонь для костра. В течение примерно пяти веков кремень давал искру для порохового заряда в пушках, в солдатских ружьях. Вот уж где он был ...

Изготовление мозаики из камня Рассмотрим некоторые несложные приемы, которыми можно воспользоваться при изготовлении мозаики из камня. Творчество скульпторов, архитекторов, мастеров прикладного искусства — это своего рода летопись культуры, запечатленная, как говорят художники, в «материале». Именно поэтому материал, которым пользуется мастер, очень часто определяет не только характер будущего произведения, но и его сохранность и долговечность...

 

Поделиться ссылкой:

www.xn--80acabqu3b5cza.xn--p1ai

6.2. Структура и физические свойства простых веществ

Особенности углерода. Все простые вещества С образованы атомами углерода в возбужденном состоянии sp3, , а поскольку при этом еще и атомный радиус С достаточно мал, то -связь С–С оказывается максимально прочной .

Кроме того, атомы углерода менее склонны, чем N, давать -перекрывания (из-за большего радиуса С). Поэтому частицы С2, хотя и существуют но, в отличие от N2, не стабильны. Напротив, гораздо более устойчивы гомоядерные полимеры, в которых атомы углерода имеют по четыре -связи. Это и простое вещество алмаз , и многочисленные органические соединения.

Однако, атомы С могут формировать между собой и достаточно эффективные -перекрывания, причем в зависимости от кратности связи (к.с.) между атомами углерода, различают несколько аллотропных форм С: алмаз (к.с.=1), графит (к.с.=1,3), карбин (к.с.=2) и др. Рассмотрим их подробнее.

Карбин. Данное простое вещество углерода имеет, как и пластическая сера, волокнистую структуру, но его волокна не зигзагообразные, а линейные.

Они имеют одинаковую форму – промежуточную между шаром и гантелью. (На рисунках 6«а» и 7 одна из ГО для наглядности нарисована более жирной линией.) Такой процесс смешивания s-орбитали и одной p-орбитали называется sp-гибридизацией.

Поскольку ГО имеют асимметричную форму, то они в большей степени перекрываются с орбиталями других атомов (при формировании -связи с ними, как показано на рисунке 7), и поэтому образуют более прочные ХС.

Подчеркнем, что угол между осями двух -связей при sp-гибридизации равен 180°, т.к. гибридные орбитали из-за отрицательного заряда электронов, находящихся на них, взаимноотталкиваются, т.е. стремятся к максимальной удаленности друг от друга. Как следствие, фрагмент из 3-х атомов получается линейным (рисунок 7). А поскольку в карбине все атомы углерода в цепях, образуя по две -связи, имеют sp-гибридизацию своих орбиталей, то эти цепи тожелинейны. Причем 2pz и 2py-орбитали каждого атома С в карбине участвуют в -перекрывании, давая двойные (или тройные) связи в цепи:()

Графит. В графите все атомы углерода образуют по 3 -связи с тремя соседними С, используя s-, px- и pz-орбитали (рис. 6«б»). А значит, имеем sp2-гибридизацию, при которой углы между осями связей равны по 120°. Таким образом фрагмент из 4-х атомов представляет собой плоский треугольник (см. рисунок 8 – обведенное пунктиром). Треугольные фрагменты, объединяясь между собой, дают плоский слой, составленный из шестиугольников (рисунок 8), в которых углы как раз по 120°.

Итак, решетка графита построена из слоев. Они связаны между собой с помощью ММС. А четвертая орбиталь (py-) каждого атома С графита участвует в общем -перекрывании со всеми атомами своего слоя. Этообщее -перекрывание обеспечивает pу-электронам почти такую же подвижность, как в металлах. Вследствие чего графит имеет серый, как многие М, цвет и проводит ток (но только вдоль слоев, а не перпендикулярно к ним).

В целом решетка графита прочная, благодаря чему он термостоек (т.пл. 3800°С), поэтому из него делают огнеупорные изделия, например, тигли. Но поскольку ММС между слоями значительно слабее, чем ХС в слое, то возможно довольно легкое отслаивание графита. В частности, при надавливании им на бумагу, на ней остается его серый след. Поэтому графит (его название в переводе с немецкого означает «пишущий») используют для изготовления карандашей, а также в технике в качестве твердой смазки между трущимися деталями.

Отметим, что многие простые соединения С (кокс, сажа, основное вещество угля и т.п.) являются мелкокристаллическими разновидностями графита.

Сравнительно недавно получены новые простые вещества C: трубчатый углерод (его молекулы имеют вид трубок), фуллерены (состоящие, например, из «шаров» С60 или С70) и др. И все они построены, как и графит, из треугольников, но не плоских, ибо в них атомы С имеют лишь приблизительно sp2-гибридизацию орбиталей.

Алмаз. Самая прекрасная форма углерода – алмаз (прозрачное вещество, сильно преломляющее световые лучи). В нем все 4 орбитали С (s- и три p-) каждого атома углерода участвуют в -перекрываниях счетырьмя соседними атомами С. А значит, имеем sp3-гибридизацию (рисунок 6«в»), при которой углы между связями , а 5 атомов углерода, связанных указанным образом, образуюттетраэдр, т.е. объемную форму.

Как результат того, что каждый атом С в алмазе (кроме поверхностных) имеет по четыре -связи, тетраэдры оказываются соединенными между собойтолько химическими связями, и значит, имеем стабильную координационную решетку. А поскольку -связи С–Смаксимально прочные (прочнее, напомним, лишь в молекуле Н2), то, как следствие, алмаз – самое твердое вещество из известных на Земле (само его название на арабском означает «твердейший»).

Благодаря столь высокой твердости, применение алмазов в промышленности в 2-3 раза увеличивает мощность оборудования, а также срок его службы. Используют алмазы для резки стекла, шлифования твердых материалов, бурения горных пород и др. Причем почти половина применяемых образцов получены искусственно из графита.

Один из способов синтеза алмаза – действие на сильно нагретый графит сверхвысокого давления, которое сближает слои графита настолько, что между ними формируются -связи (перекрыванием py-орбиталей).

При этом sp2-гибридизация переходит в sp3-, а значит, слоистая решетка сменяется координационной (как следствие, исчезают проводимость и «пачкающие» свойства), т.е. образуется алмаз. По твердости он как настоящий, но внешне не привлекателен (из-за примеси графита). Так что для украшений годятся лишь природные алмазы. Самый крупный из них весит 600 г.

Концентрированные серная и азотная кислоты при нагревании окисляют углерод до углекислого газа:

C + 2 h3SO4 (t )® CO2 + 2 SO2 + h3O,

C + 4HNO3 (t )® 3CO2 + 4NO2 + 2h3O.

к кислотам кремний более устойчив: на него действует только смесь концентрированных HNO3 и HF:

.

Эти кислоты как бы объединяют свои «усилия»: HNO3 окисляет Si до Si4+, точнее до SiO2, а HF растворяет SiO2, образуя фторокремниевую кислоту h3SiF6. И только при таком двойном действии кислот кремний реагирует с ними. Поэтому добавки его к металлам (в частности, к железу) повышают их кислотостойкость.

studfiles.net

Урок 3. Молекулы и простые вещества – HIMI4KA

Архив уроков › Химия 8 класс

В уроке 3 «Молекулы и простые вещества» из курса «Химия для чайников» рассмотрим, что такое молекулы, простые вещества, а также металлы и неметаллы. Напоминаю, что в прошлом уроке «Относительная атомная масса химических элементов» мы рассмотрели разные способы выражения массы химических элементов.

Атомы химических элементов существуют в природе как в свободном, так и в связанном состоянии. Например, благородные газы — гелий He, неон Ne, аргон Ar, криптон Kr, ксенон Xe — находятся в воздухе в виде одиночных атомов. Атомы всех остальных элементов в природе не существуют изолированно друг от друга. Они всегда стремятся соединиться, связаться с другими атомами за счет особых сил. Почему? Так они достигают более устойчивого состояния. Это одна из иллюстраций всеобщего принципа природы — стремления к максимально устойчивому состоянию.

Что такое молекула?

Из курса физики вы уже немного знаете о молекулах — частицах вещества, состоящих обычно из двух и более атомов. Что же такое молекула?

Молекула — наименьшая частица вещества, способная существовать самостоятельно и сохраняющая его химические свойства.

Молекулы благородных газов одноатомны, а молекулы таких веществ, как кислород, водород, азот, хлор, бром, состоят из двух атомов (рис. 34). Молекула фосфора содержит четыре атома, а серы — восемь (рис. 35).

Простые вещества

Если вещества состоят из атомов одного вида, то они относятся к простым веществам.

Простыми называются вещества, которые образованы атомами одного химического элемента.

Простые вещества — одна из форм существования химических элементов в природе. Простые вещества, состоящие из молекул, относятся к веществам молекулярного строения. При обычных условиях среди них есть газы (водород, кислород, азот, фтор, хлор, благородные газы), жидкости (бром) и твердые вещества (сера, иод, фосфор).

Элемент кислород существует в виде двух простых веществ молекулярного строения: одно из них (просто кислород) состоит из двухатомных молекул, а второе (озон) — из трехатомных.

Связываясь друг с другом, атомы образуют не только молекулы. Гораздо больше простых веществ, которые имеют немолекулярное строение. Они обычно представляют собой твердые кристаллические вещества, построенные из атомов, например кристаллы алмаза, графита, меди, железа (рис. 36).

Металлы и неметаллы

Простые вещества по их свойствам делят на металлы и неметаллы.

Все металлы при комнатной температуре являются твердыми веществами (за исключением ртути), которые проводят электрический ток и теплоту, имеют характерный металлический блеск. Многие из металлов пластичны, т. е. меняют свою форму при механическом воздействии. Благодаря этому свойству металлы можно ковать, расплющивать, вытягивать в проволоку.

Большинство простых веществ — металлы, и все они имеют немолекулярное строение.

Хотя простых веществ неметаллов гораздо меньше, по своим свойствам они различаются между собой значительно сильнее, чем металлы. Почти все они плохо проводят электрический ток и теплоту. Многие из неметаллов при обычных условиях являются хрупкими твердыми веществами (рис. 37), другие — газами (рис. 38), а бром — жидкостью (рис. 39). Большинство неметаллов существует в виде молекул, но некоторые имеют немолекулярное строение, например бор, углерод, кремний.

Алмаз и графит — это простые вещества, состоящие из атомов одного и того же химического элемента — углерода. Хотя они оба имеют немолекулярное строение, свойства этих веществ сильно отличаются: алмаз — прозрачное, самое твердое в природе вещество, а графит — темно-серое, непрозрачное, мягкое вещество (рис. 40). Их свойства различны потому, что различно строение их кристаллов, хотя состоят эти кристаллы из одних и тех же атомов — атомов углерода.

Названия простых веществ

В настоящее время известно более 400 простых веществ, хотя элементов пока открыто только 118. Названия большинства простых веществ такие же, как и названия соответствующих химических элементов. Только у элемента углерода простые вещества (как вы уже знаете) имеют собственные названия, да еще у элемента кислорода есть простое вещество озон.

Необходимо различать понятия простое вещество и химический элемент, поскольку в большинстве случаев их названия совпадают.

Химический элемент — это определенный вид атомов. Поэтому название химического элемента — это то, что объединяет атомы данного вида. У всех таких атомов есть общие черты. Каждый химический элемент обозначается с помощью соответствующего химического знака.

В то же время понятие простое вещество обозначает конкретное химическое вещество, образованное атомами одного вида. Оно характеризуется определенными составом, строением, физическими и химическими свойствами.

Например, если говорят о том, что в состав какого-то вещества входит азот, то имеют в виду атомы этого химического элемента, а когда говорят об азоте, который входит в состав воздуха, то, конечно, речь идет о простом веществе.

Более подробно о различии понятий «простое вещество» и «химический элемент» вы узнаете в главах 2, 3.

Краткие выводы урока:

  1. Молекула — наименьшая частица вещества, способная существовать самостоятельно и сохраняющая его химические свойства.
  2. Простые вещества состоят из атомов одного химического элемента.
  3. Простые вещества имеют молекулярное или немолекулярное строение.
  4. Простые вещества делят на металлы и неметаллы.

Надеюсь урок 3 «Молекулы и простые вещества» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.

himi4ka.ru


Смотрите также