Какая кристаллическая решетка у алмаза

Общие

Май 03, 2022

4 мин. на чтение

Содержание:

Ученые давно интересовались кристаллической решеткой алмаза. Благодаря своим характеристикам камень имеет особые свойства и ценность. Существуют аллотропные модификации, используемые в промышленности, электронике, медицине, космонавтике, авиации. В настоящее время индустрия создания искусственных алмазов развивается, но это очень дорого.

Строение кристалла и способ образования

Алмазный камень представляет собой кубическую аллотропную форму углерода, шестого элемента периодической таблицы. Формируется после сверхбыстрого охлаждения под высоким давлением. Его добывают в кимберлитовых трубках, вертикальных образованиях, возникающих при прохождении магмы через земную кору.

Фраза «кристаллическая решетка алмаза» относится к пространственному расположению и составу атомов углерода, которые определяют твердость минерала.

По сути, алмаз является модификацией углерода.

К какому типу относится кристаллическая решетка алмаза

Минерал имеет атомарную кристаллическую решетку, то есть атомы углерода расположены в узлах.

Особенности строения кристаллической решетки алмаза определяют его прочность, так как каждый атом расположен в центре тетраэдра (треугольной или трехгранной пирамиды) и связан ковалентными связями. Каждый атом прочно связан с четырьмя соседними атомами.

Минерал плохо проводит или практически не проводит электричество (диэлектрик). Это связано с тем, что атомы находятся на одинаковом расстоянии друг от друга и свободных электронов нет.

Для алмаза характерна кубическая сингония, то есть элементарная ячейка представлена ​​в виде куба.

Структура кристаллической решетки алмаза:

• по одному атому углерода - на вершине куба;
• по одному атому на каждой грани;
• четыре атома находятся внутри куба.

Атомы, расположенные в центре граней, являются общими для двух ячеек. Атомы, расположенные в вершинах, являются общими для восьми ячеек. Между собой они связаны сильнейшим подвидом ковалентной связи — сигма-связью.

Всего химики различают 4 типа связей между атомами:

• ионный;
• металл;
• водород;
• ковалентный

Последний тип связи, образующий кристаллическую решетку алмаза, считается самым прочным.

Не все алмазы полностью состоят из углерода. Иногда в составе обнаруживаются посторонние примеси (кальций, алюминий, бор, магний, кремний, гранит, газы). Если на поверхности обнаружены загрязнения, их можно удалить в процессе резки. Будучи внутри камня, такие бриллианты не представляют ювелирной ценности и используются в промышленности.

Физические и химические свойства

Химическая формула минерала С. Кристалл хорошо проводит тепло, но не проводит (или слабо) электричество. Обладает хорошими преломляющими и отражающими свойствами.

Плавится при температуре выше 3700 градусов. Он горит в сочетании с кислородом при температуре более 721 градуса. Устойчив к кислотам и щелочам.

Физические свойства:

1. Цвет: бесцветный, прозрачный. Возможны оттенки синего, желтого, голубого, розового, красного, коричневого, черного.
2. Форма: кристалл с разным количеством граней.
3. Блеск: сильный алмаз.
4. Плотность: 3,5 г/см3.
5. Твердость: абсолютная, 10 баллов. Но в то же время камень очень хрупкий.
6. Вырез: Средний
7. Электропроводность: слабая или отсутствует.
8. Люминесценция в ультрафиолетовом свете.
9. Под действием рентгеновских лучей прочность связи снижается.

Аллотропные модификации

Некоторые другие химические элементы имеют структуру, подобную алмазу, но немного другую молекулярную кристаллическую решетку. Разница в расположении атомов.

В алмазе атомы углерода расположены близко друг к другу. А у других элементов с большей атомной массой расстояние между атомами больше, что снижает их прочность.

Из известных аллотропных модификаций:

1. Лонсдейлиты - недостаточно изучены, добыты из метеоритов или созданы искусственно, имеют гексагональную кристаллическую решетку.
2. Графит: имеет схожую структуру, но отличается пи-связями и наличием свободных электронов (гексагональная кристаллическая решетка).
3. Уголь используется в качестве сырья для производства тепла.
4. Карабин - маленькие черные кристаллы в виде порошка, созданные искусственным путем.
5. Фуллерены - кристаллическая решетка выглядит как шар, собранный из восьмиугольников, созданных искусственно.
6. Углеродные нанотрубки используются в качестве каркаса для нанопродуктов.

Аллотропные модификации способны к трансформации: под воздействием температуры 1800 градусов превращаются в графит.

Способы применения вещества

Для производства ювелирных украшений используются высококачественно обработанные и ограненные камни, алмазы с идеальной кристаллической решеткой и составом (отсутствие примесей и изъянов). Это самая выгодная область применения минерала.

Неисправные камни идут на другие нужды:

• производство подшипников, сверл;
• использование в электронике и телекоммуникациях;
• производство механизмов из алмазной пыли;
• обрамляющие шлифовальные круги;
• создание оптических линз;
• использование в качестве абразивов;
• создание квантовых компьютеров;
• применение в ядерной энергетике;
• производство медицинских инструментов.

Получение искусственных минералов

В настоящее время разработаны способы получения алмаза из графита.

По методу HPHT формирование искусственного камня достигается выдержкой температуры 3000 градусов при давлении более 1000 Па и добавлением металлов. Это приводит к изменению ковалентных связей в кристаллической решетке и образованию пористых слизистых камней.

Получить небольшие, но геометрически совершенные и прозрачные драгоценные камни можно с помощью ударной волны (метод взрывного плавления).

Но считается, что лучший способ получить искусственные драгоценные камни — это вырастить их при температуре 1500 градусов. Но это дорогостоящий метод, как создание алмазов с помощью ультразвука. Поэтому камни принято получать из пара метана. Метод основан на нанесении графитовой пленки.

Технологии постоянно развиваются, и, возможно, в ближайшем будущем ученые научатся синтезировать искусственные алмазы с минимальными затратами.