Struktura krystalu diamantu a jeho krystalová mřížka. Přírodní minerální diamant: struktura, fyzikální a chemické vlastnosti Z jaké látky se diamant skládá?

19.06.2020

Diamant je přírodní minerál, jeden z nejznámějších a nejdražších. Koluje ho mnoho spekulací a legend, zejména pokud jde o jeho cenu a odhalování padělků. Samostatným tématem pro studium je spojení diamantu a grafitu. Mnoho lidí ví, že tyto minerály jsou podobné, ale ne každý ví, co přesně jsou. A ne každý dokáže odpovědět na otázku, jak se liší. Co víme o struktuře diamantu? Nebo o hodnotících kritériích vzácné kameny?

Diamant je jedním ze tří minerálů, které jsou krystalickou modifikací uhlíku. Další dva jsou grafit a lonsdaleit, druhý lze nalézt v meteoritech nebo jej uměle vytvořit. A pokud jsou tyto kameny šestiúhelníkové modifikace, pak typ krystalové mřížky diamantu je krychle. V tomto systému jsou atomy uhlíku uspořádány tímto způsobem: jeden v každém vrcholu a ve středu plochy a čtyři uvnitř krychle. Ukazuje se tedy, že atomy jsou uspořádány ve formě čtyřstěnů a každý atom je umístěn ve středu jednoho z nich. Částice jsou mezi sebou spojeny nejsilnější vazbou - kovalentní, díky níž má diamant vysokou tvrdost.

Chemické vlastnosti

Zhruba řečeno, diamant je čistý uhlík, krystaly diamantu musí být zcela průhledné a propouštět veškeré viditelné světlo. Ale nic na světě není ideální, což znamená, že tento minerál má také nečistoty. Předpokládá se, že maximální obsah nečistot ve šperkařských diamantech by neměl překročit 5%. Složení diamantu může zahrnovat pevné, kapalné i plynné látky, z nichž nejběžnější jsou:

dusík;
hliník;
křemík;
vápník;
hořčík.

Složení může také obsahovat křemen, granáty, olivín, další minerály, oxidy železa, vodu a další látky. Často se tyto prvky nacházejí v minerálu ve formě mechanických minerálních inkluzí, ale některé z nich mohou nahradit uhlík ve struktuře diamantu - tento jev se nazývá izomorfismus. V tomto případě mohou inkluze výrazně ovlivnit jeho barvu a inkluze dusíku mu dodávají luminiscenční vlastnosti.

Fyzikální vlastnosti

Struktura diamantu určuje jeho fyzikální vlastnosti jsou hodnoceny podle čtyř kritérií:

tvrdost;
hustota;
rozptyl a lom světla;
krystalová buňka.

Tvrdost minerálů je hodnocena jejím hodnocením podle tohoto systému je 10, což je maximální ukazatel. Další na seznamu je korund, jeho index je 9, ale jeho tvrdost je 150krát menší, což znamená absolutní převahu diamantu v tomto ukazateli.

Tvrdost nerostu však neznamená jeho pevnost. Diamant je poměrně křehký a snadno se rozbije, pokud do něj udeříte kladivem.

Měrná hmotnost diamantu (hustota) se stanovuje v rozmezí od 3,42 do 3,55 g/cm3. Určuje se poměrem hmotnosti minerálu k hmotnosti vody stejného objemu.

Kromě tvrdosti má také vysoký index lomu světla (2,417-2,421) a disperzi (0,0574). Tato kombinace vlastností umožňuje diamantu být nejvzácnějším a ideálním šperkařským kamenem.

Důležité jsou i další fyzikální vlastnosti minerálu, jako je tepelná vodivost (900-2300 W/m K), rovněž nejvyšší ze všech látek. Lze také zaznamenat schopnost minerálu nerozpouštět se v kyselinách a zásadách, dielektrické vlastnosti, nízký koeficient tření kovu ve vzduchu a vysoký bod tání 3700-4000 °C při tlaku 11 GPa.

Podobnosti a rozdíly mezi diamantem a grafitem

Uhlík je jedním z nejrozšířenějších prvků na Zemi a nachází se v mnoha látkách, zejména v živých organismech. Grafit, stejně jako diamant, je vyroben z uhlíku, ale struktury diamantu a grafitu jsou velmi odlišné. Diamant se může vlivem vysokých teplot bez přístupu kyslíku proměnit v grafit, ale za normálních podmínek je schopen zůstat beze změny po neomezenou dobu, tomu se říká metastabilita a kromě toho je typ krystalové mřížky diamantu krychlový. Ale grafit je vrstvený minerál, jeho struktura vypadá jako řada vrstev umístěných v různých rovinách. Tyto vrstvy jsou tvořeny šestiúhelníky, které tvoří systém podobný plástům. Pevné vazby se tvoří pouze mezi těmito šestiúhelníky, ale mezi vrstvami jsou extrémně slabé, což způsobuje vrstvení minerálu. Kromě nízké tvrdosti grafit pohlcuje světlo a má kovový lesk, který je také velmi odlišný od diamantu.

Tyto minerály jsou nejvýraznějším příkladem alotropie – jevu, při kterém mají látky různé fyzikální vlastnosti, ačkoli se skládají ze stejného chemického prvku.

Původ diamantu

Neexistuje jasný názor na to, jak se v přírodě tvoří diamanty, existují magmatické, plášťové, meteoritové a další teorie. Nejběžnější je však magmatický. Předpokládá se, že diamanty vznikají v hloubce asi 200 km pod tlakem 50 000 atmosfér a poté jsou vynášeny na povrch spolu s magmatem při tvorbě kimberlitových trubek. Stáří diamantů se pohybuje od 100 milionů do 2,5 miliardy let. Bylo také vědecky dokázáno, že diamanty mohou vznikat, když meteorit dopadne na zemský povrch, a lze je také nalézt v samotné meteoritové skále. Krystaly tohoto původu jsou však extrémně malé velikosti a jen zřídka se hodí ke zpracování.

Diamantová ložiska

První naleziště, ve kterých byly diamanty objeveny a těženy, se nacházela v Indii, ale koncem 19. století byla značně vyčerpána. Právě tam se však těžily ty nejznámější, velké a nejdražší vzorky. A v 17. a 19. století byla ložiska nerostu objevena v Brazílii a Jižní Africe. Historie je plná legend a faktů o diamantové horečce, které jsou spojeny konkrétně s jihoafrickými doly. Poslední objevená ložiska diamantů se nacházejí v Kanadě, jejich rozvoj začal až v posledním desetiletí 20. století.

Zajímavé jsou především doly Namibie, i když tam je těžba diamantů obtížná a nebezpečná. Krystalová ložiska se koncentrují pod vrstvou půdy, což sice komplikuje práci, ale svědčí o vysoké kvalitě minerálů. Diamanty, které urazily na povrch několik set kilometrů s neustálým třením o jiné horniny, jsou vysoce kvalitní krystaly nižší kvality by takovou cestu prostě nevydržely, a proto je 95 % vytěžených kamenů šperkové kvality. Také slavné a bohaté na minerály se nacházejí v Rusku, Botswaně, Angole, Guineji, Libérii, Tanzanii a dalších zemích.

Zpracování diamantů

Zpracování diamantů vyžaduje obrovské zkušenosti, znalosti a dovednosti. Před zahájením práce je nutné kámen důkladně prostudovat, aby se následně co nejvíce zachovala jeho hmotnost a zbavili se vměstků. Nejběžnější typ diamantového brusu je kulatý, umožňuje kamenu třpytit se všemi barvami a co nejpříznivěji odrážet světlo. Tento typ práce je ale také nejobtížnější: kulatý diamant má 57 rovin a při jeho řezání je důležité zachovat přesné proporce. Oblíbené jsou také typy střihů: ovál, slza, srdce, markýza, smaragd a další. Existuje několik fází zpracování minerálů:

označení;
štípání;
řezání pilou;
zaokrouhlování;
střih.

Stále se věří, že po zpracování diamant ztrácí asi polovinu své hmotnosti.

Diamantové klasifikační kritéria

Při těžbě diamantů je pouze 60 % minerálů vhodných ke zpracování, nazývají se šperky. Cena nebroušených kamenů je samozřejmě výrazně nižší než cena diamantů (více než dvakrát). Ocenění diamantů se provádí podle systému 4C:

Karát (váha v karátech) - 1 karát se rovná 0,2 g.
Barva (barva) - čistě bílé diamanty se prakticky nenacházejí, většina minerálů má určitý odstín. Jeho hodnota do značné míry závisí na barvě diamantu, většina kamenů nalezených v přírodě má růžový nebo hnědý odstín, méně často se vyskytují modré a zelené kameny. Nejvzácnější, nejkrásnější, a proto nejdražší jsou minerály sytých barev, nazývají se fantazie. Nejvzácnější z nich jsou zelená, fialová a černá.
Čirost (čistota) je také důležitým ukazatelem, který určuje přítomnost vad v kameni a významně ovlivňuje jeho cenu.
Řez (řez) - velmi záleží na řezu vzhled diamant Lom a odraz světla, jakýsi „diamantový“ lesk, činí tento kámen tak cenným a nesprávný tvar nebo proporce při zpracování jej mohou zcela zničit.

Výroba umělých diamantů

Nyní technologie umožňuje „pěstovat“ diamanty, které jsou prakticky k nerozeznání od těch přírodních. Existuje několik metod syntézy:

Jak rozeznat originál od padělku

Když mluvíme o metodách určování pravosti diamantů, stojí za to rozlišovat mezi testováním pravosti diamantů a surových diamantů. Nezkušený člověk si může splést diamant s křemenem, křišťálem, jinými průhlednými minerály a dokonce i se sklem. Nicméně výjimečné fyzické a Chemické vlastnosti diamanty usnadňují odhalení padělku.

V první řadě stojí za to pamatovat na tvrdost. Tento kámen může poškrábat jakýkoli povrch, ale pouze další diamant na něm může zanechat stopy. Také na přírodním krystalu nezůstává žádný pot, pokud na něj dýcháte. Vlhký kámen bude mít značku jako tužka, pokud po něm přejedete hliníkem. Můžete to zkontrolovat pomocí rentgenu: přírodní kámen pod zářením má sytě zelenou barvu. Nebo se přes něj podívejte na text: přes přírodní diamant to nebude možné rozeznat. Za zmínku také stojí, že přirozenost kamene lze zkontrolovat lomem světla: přidržením originálu ke zdroji světla můžete vidět pouze světelný bod uprostřed.

diamant- nejtvrdší minerál, kubická polymorfní (alotropní) modifikace uhlíku (C), stabilní za vysokého tlaku. Při atmosférickém tlaku a pokojové teplotě je metastabilní, ale může existovat neomezeně dlouho, aniž by se přeměnil na grafit, který je za těchto podmínek stabilní. Ve vakuu nebo v inertním plynu za zvýšených teplot postupně přechází v grafit.

STRUKTURA

Diamantový systém je krychlový, prostorová skupina Fd3m. Elementární buňkou krystalové mřížky diamantu je plošně centrovaná krychle, ve které jsou atomy uhlíku umístěny ve čtyřech sektorech uspořádaných do šachovnicového vzoru. Jinak může být diamantová struktura reprezentována jako dvě kubické plošně centrované mřížky, vzájemně posunuté podél hlavní úhlopříčky krychle o čtvrtinu její délky. Strukturu podobnou diamantu najdeme v křemíku, nízkoteplotní modifikaci cínu a některých dalších jednoduchých látkách.

Diamantové krystaly vždy obsahují různé defekty v krystalové struktuře (bodové, lineární defekty, inkluze, hranice podzrn atd.). Takové defekty do značné míry určují fyzikální vlastnosti krystalů.

VLASTNOSTI

Diamant může být bezbarvý, vodoprůhledný nebo zbarvený do různých odstínů žluté, hnědé, červené, modré, zelené, černé, šedé.
Rozložení barev je často nerovnoměrné, nerovnoměrné nebo zónové. Pod vlivem rentgenového záření, katody a ultrafialové paprsky Většina diamantů začne zářit (luminiscovat) v modré, zelené, růžové a dalších barvách. Vyznačuje se mimořádně vysokým lomem světla. Index lomu (2,417 až 2,421) a silná disperze (0,0574) jsou zodpovědné za brilantní lesk a vícebarevnou „hru“ broušených drahokamových diamantů, nazývaných brilianty. Lesk je silný, od diamantu po mastný Hustota 3,5 g/cm 3 . Na Mohsově stupnici je relativní tvrdost diamantu 10 a absolutní tvrdost je 1000krát vyšší než tvrdost křemene a 150krát vyšší než tvrdost korundu. Je nejvyšší mezi všemi přírodními a umělými materiály. Přitom je dost křehký a snadno se rozbije. Zlomenina je lasturovitá. Bez oxidačních činidel nereaguje s kyselinami a zásadami.
Na vzduchu diamant hoří při 850° C za vzniku CO 2; ve vakuu při teplotách nad 1 500 °C se mění na grafit.

MORFOLOGIE

Morfologie diamantů je velmi rozmanitá. Vyskytuje se jak ve formě monokrystalů, tak ve formě polykrystalických srůstů ("board", "ballas", "carbonado"). Diamanty z nalezišť kimberlitu mají pouze jeden společný plochý fasetovaný tvar – osmistěn. Diamanty s charakteristickými zakřivenými tvary jsou přitom běžné na všech ložiskách – kosočtverečné dvanáctistědy (krystaly podobné kosočtverečnému dvanáctistěnu, ale se zaoblenými hranami) a kvádry (krystaly zakřiveného tvaru). Jak ukázaly experimentální studie a studium přírodních vzorků, ve většině případů vznikají krystaly ve tvaru dvanáctistěnu jako výsledek rozpouštění diamantů taveninou kimberlitu. Kvádry vznikají jako výsledek specifického vláknitého růstu diamantů podle normálního růstového mechanismu.

Syntetické krystaly pěstované při vysokých tlacích a teplotách mají často krychlové plochy a to je jeden z jejich charakteristických rozdílů od přírodních krystalů. Při pěstování za metastabilních podmínek diamant snadno krystalizuje ve formě filmů a sloupcových agregátů.

Velikosti krystalů se liší od mikroskopických po velmi velké, hmotnost největšího diamantu „Cullinan“, nalezeného v roce 1905. v Jižní Africe 3106 karátů (0,621 kg).
Několik měsíců bylo věnováno studiu obrovského diamantu a v roce 1908 byl rozdělen na 9 velkých kusů.
Diamanty vážící více než 15 karátů jsou vzácné, ale diamanty vážící více než sto karátů jsou jedinečné a jsou považovány za vzácnosti. Takové kameny jsou velmi vzácné a často dostávají svá vlastní jména, světovou slávu a své zvláštní místo v historii.

PŮVOD

Diamant je sice za normálních podmínek metastabilní, ale díky stabilitě své krystalové struktury může existovat neomezeně dlouho, aniž by se změnil ve stabilní modifikaci uhlíku – grafitu. Diamanty, které jsou vynášeny na povrch kimberlity nebo lamproity, krystalizují v plášti v hloubce 200 km. nebo více při tlaku větším než 4 GPa a teplotě 1000 - 1300 °C. V některých ložiskách jsou i hlubší diamanty přivezené z přechodové zóny nebo ze spodního pláště. Spolu s tím jsou vynášeny na zemský povrch v důsledku výbušných procesů provázejících vznik kimberlitových trubek, z nichž 15-20 % obsahuje diamant.

Diamanty se také nacházejí v metamorfních komplexech za vysokého tlaku. Jsou spojovány s eklogity a hluboce metamorfovanými granátovými rulami. Malé diamanty byly nalezeny ve významném množství v meteoritech. Mají velmi prastarý, předsluneční původ. Tvoří se také ve velkých astroblemech – obřích meteoritových kráterech, kde roztavené horniny obsahují značné množství jemně krystalického diamantu. Známým ložiskem tohoto typu je astroblém Popigai v severní Sibiři.

Diamanty jsou vzácným, ale zároveň dosti rozšířeným minerálem. Naleziště průmyslových diamantů jsou známá na všech kontinentech kromě Antarktidy. Je známo několik typů diamantových ložisek. Po několik tisíc let se diamanty těžily z naplavenin. Teprve koncem 19. století, kdy byly poprvé objeveny kimberlitové trubky s diamantovými ložisky, se ukázalo, že diamanty nevznikají v říčních sedimentech. Kromě toho byly diamanty nalezeny v horninách kůry v asociacích metamorfózy ultravysokého tlaku, například v masivu Kokchetav v Kazachstánu.

Jak impaktní, tak metamorfované diamanty někdy tvoří velmi velká ložiska, s velkými zásobami a vysokými koncentracemi. Ale v těchto typech ložisek jsou diamanty tak malé, že nemají žádnou průmyslovou hodnotu. Komerční ložiska diamantů jsou spojována s kimberlitovými a lamproitovými dýmkami spojenými se starověkými kratony. Hlavní ložiska tohoto typu jsou známá v Africe, Rusku, Austrálii a Kanadě.

APLIKACE

Dobré krystaly se brousí a používají ve špercích. Asi 15 % vytěžených diamantů je považováno za šperky, dalších 45 % se považuje za téměř klenoty, to znamená, že jsou velikostí, barvou nebo čistotou horší než šperky. V současnosti je celosvětová produkce diamantů asi 130 milionů karátů ročně.
diamant(z francouzského brillant - briliant), je diamant, který dostal zvláštní tvar mechanickým opracováním (broušením), briliantovým brusem, který maximalizuje optické vlastnosti kamene jako je brilance a barevná disperze.
Velmi malé diamanty a úlomky, nevhodné pro řezání, se používají jako brusivo pro výrobu diamantových nástrojů nezbytných pro zpracování tvrdých materiálů a řezání samotných diamantů. Kryptokrystalická odrůda diamantu černé nebo tmavě šedé barvy, tvořící husté nebo porézní agregáty, je tzv. Carbonado, má vyšší odolnost proti otěru než diamantové krystaly, a proto je zvláště ceněný v průmyslu.

Malé krystaly se také pěstují uměle ve velkém množství. Syntetické diamanty se získávají z různých látek obsahujících uhlík, především z grafitu, ve speciálech. aparatury při 1200-1600°C a tlacích 4,5-8,0 GPa v přítomnosti Fe, Co, Cr, Mn nebo jejich slitin. Jsou vhodné pouze pro technické použití.

Diamant - C

KLASIFIKACE

Strunz (8. vydání)	1/B.02-40
Dana (7. vydání)	1.3.5.1
Dana (8. vydání)	1.3.6.1
Ahoj, CIM Ref.	1.24

FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI

Minerální barva	bezbarvá, žlutohnědá přecházející do žluté, hnědé, černé, modré, zelené nebo červené, růžové, koňakově hnědé, modré, lila (velmi vzácné)
Barva tahu	Ne
Průhlednost	průhledný, průsvitný, neprůhledný
Lesk	diamant, tučný
Výstřih	osmistěn dokonalý
Tvrdost (Mohsova stupnice)	10
Kink	nerovný
Síla	křehký
Hustota (měřeno)	3,5 – 3,53 g/cm3
Radioaktivita (GRapi)	0
Tepelné vlastnosti	Vysoká tepelná vodivost. Na dotek působí chladně, a proto se diamantům slangově říká „led“.

V tomto článku:

Diamant je vzácný minerál, který je zároveň nejtvrdší látkou na Zemi. A mezi šperky je diamant jedním z nejdražších kamenů, který přitahuje pozornost dívek. Mnoho lidí se proto zajímá o to, jak kámen vzniká, jaký je vzorec diamantu a zda se dá pěstovat v laboratoři. Vědci po století experimentů stále nemohou odpovědět na všechny otázky s přesností, protože v některých situacích se kámen chová abnormálně.

Vzorec látky

Diamant je vyroben výhradně z uhlíku. Tento prvek je obsažen v zemské kůře asi 0,15 %. Atomové číslo látky je 6, což udává počet protonů v jádře. V souladu s tím mají diamanty, které se skládají výhradně z uhlíku, to znamená, že jsou alotropní formou této látky, stejné atomové číslo.

Uspořádání atomů v diamantu a grafitu

Takový koncept jako forma alotropní modifikace znamená, že z jednoduché látky, například uhlíku, mohou vzniknout další jednoduché látky, které se budou navzájem lišit vlastnostmi a atomovou strukturou. To znamená, že obsah je stejný, ale forma a vzhled jsou zcela odlišné, vezměte si alespoň protiklady: grafit a diamant. Uhlík je navíc jednou z mála látek, která má několik forem modifikací.

Existují látky, které se skládají pouze z uhlíku:

diamant;
grafit;
karabina;
lonsdaleit;
fullereny;
uhlíkové nanotrubice pro výrobu mikrovláken;
grafen;
uhlí, saze.

Zajímavou otázkou pro vědce je, zda lze jednu alotropní modifikaci převést na jinou. Přesně to dělají ve vztahu ke grafitu a dalším látkám z této skupiny. Protože cena diamantu je nejvyšší a cena ostatních úprav je nižší. Proces je zatím možný pouze v opačném směru: pokud se diamant zahřeje bez vzduchu na teplotu přes 500 stupňů Celsia, kámen exploduje a změní se v grafit. Navíc další tavení kamene vykazuje anomální výsledky, odlišné od jiných látek. Ale reakce neprobíhá v opačném směru.

Rozdíl mezi modifikacemi je vysvětlen strukturou krystalové mřížky látky. Chemický vzorec zde nehraje žádnou roli. Celá podstata spočívá v prostorové konfiguraci atomů uhlíku a vazbách mezi nimi. Ve struktuře diamantu má tedy mřížka krychlovou strukturu.

Vazba mezi atomy je nejsilnější, z chemického hlediska kovalentní. Navíc krychlový systém používá pouze 18 atomů a je považován za nejhustší formu balení těchto částic. Proto je diamant nejtvrdší látkou na planetě.

Ve středech čtyřstěnů jsou také atomy vázané navzájem kovalentně. Ale pokud vezmeme v úvahu stejný grafit, pak v jeho krystalové mřížce jsou některé vazby kovalentní a některé jsou disulfidové, které mají tendenci se lámat. V důsledku toho mohou elektrony migrovat a látka získává kovové vlastnosti.

Ale toto je analýza atomových forem uhlíku, protože jsou to atomy, které tvoří krystalovou mřížku. Nedávno však vědci objevili molekulární formy této látky ve složení fullerenů, mnohostěnů vyrobených z uhlíku. Nyní byly objeveny nové molekulární sloučeniny obsahující uhlík – od C60 do C540, které se studují.

Na základě vzorce a konfigurace atomů se vědci snaží znovu vytvořit obrázek v laboratoři. V přírodě se diamanty nacházejí v kimberlitových a lamproitových dýmkách a také v rýžovištích. Kameny vznikají miliony let za určitých podmínek zahrnujících vyvřelé horniny, seismickou aktivitu a také pod vlivem vysokých teplot.

Existuje také verze o zavedení diamantů spolu s meteority, protože ve vesmíru je poměrně hodně uhlíku. Vědci také objevili jednu z jeho modifikací - losdaleit - v meteoritech.

Dnes se diamanty vyrábějí těmito způsoby:

Pod tlakem a vysokou teplotou speciální stroje. Vědci se snaží přimět grafit k vytvoření nových kovalentních vazeb. Tento typ kamene se nazývá HPHT.
Filmová metoda zahrnuje také grafit, který se ukládá vlivem par metanu.
Výroba kamenů díky explozivní syntéze.

I když každý zná vzorec diamantu nebo jeho nebroušenou substanci (diamant), žádný z vědců nebyl schopen přesně reprodukovat kámen se stejnou strukturou krystalové mřížky, jako to dokázala příroda. Proto je cena kamene založena na vysoká úroveň a produkce z útrob Země se nezastaví.

Fyzikální vlastnosti diamantů

Nečistoty v diamantu

V přírodě samozřejmě není nic dokonalé. Diamanty tedy také obsahují určité nečistoty, které se neodrážejí ve vzorci látky, ačkoli ovlivňují její vzhled. Mění se zejména odstín a průhlednost kamene, nikoli však jeho vlastnosti. Počet těchto nečistot může dosáhnout 1018 atomů na 1 cm3. A v závislosti na typu nečistot získává kámen odstín a mění se i cena diamantu. Mezi tyto nečistoty patří:

křemík;
vápník;
hořčík;
dusík;
hliník.

Aby nedošlo k porušení vzorce a složení kamene, tyto látky by neměly být více než 2% jednoho typu a obecně ne více než 5%. Pokud je množství nečistot v diamantu větší, pak kámen výrazně mění svůj vzhled a nepoužívá se ve šperkařství, ale posílá se pro průmyslové potřeby.

Většina pevných látek má krystalický struktura, která se vyznačuje přesně definované uspořádání částic. Pokud spojíte částice s konvenčními čarami, získáte prostorový rámec tzv krystalová mřížka. Body, ve kterých se nacházejí krystalové částice, se nazývají uzly mřížky. Uzly imaginární mřížky mohou obsahovat atomy, ionty nebo molekuly.

V závislosti na povaze částic umístěných v uzlech a povaze spojení mezi nimi se rozlišují čtyři typy krystalových mřížek: iontové, kovové, atomové a molekulární.

Iontový se nazývají mřížky, v jejichž uzlech jsou ionty.

Jsou tvořeny látkami s iontovými vazbami. V uzlech takové mřížky jsou kladné a záporné ionty vzájemně propojené elektrostatickou interakcí.

Iontové krystalové mřížky obsahují soli, alkálie, aktivní oxidy kovů. Ionty mohou být jednoduché nebo složité. Například v místech mřížky chloridu sodného jsou jednoduché ionty sodíku Na a chlor Cl − a v místech mřížky síranu draselného se střídají jednoduché draselné ionty K a komplexní síranové ionty S O 4 2 −.

Vazby mezi ionty v takových krystalech jsou silné. Proto jsou iontové látky pevné, žáruvzdorné, netěkavé. Takové látky jsou dobré rozpustit ve vodě.

Krystalová mřížka chloridu sodného

Krystal chloridu sodného

Kov tzv. mřížky, které se skládají z kladných iontů a atomů kovů a volných elektronů.

Jsou tvořeny látkami s kovovými vazbami. V uzlech kovové mřížky jsou atomy a ionty (buď atomy nebo ionty, na které se atomy snadno promění a odevzdají své vnější elektrony pro běžné použití).

Takové krystalové mřížky jsou charakteristické pro jednoduché látky z kovů a slitin.

Teploty tání kovů mohou být různé (od \(–37\) °C pro rtuť do dvou až tří tisíc stupňů). Ale všechny kovy mají svou vlastnost kovový lesk kujnost, tažnost, dobře vést elektřinu a teplo.

Kovová krystalová mřížka

Hardware

Atomové mřížky se nazývají krystalové mřížky, v jejichž uzlech jsou jednotlivé atomy spojené kovalentními vazbami.

Diamant má tento typ mřížky - jednu z alotropních modifikací uhlíku. Mezi látky s atomovou krystalovou mřížkou patří grafit, křemík, bór a germanium, jakož i komplexní látky, například karborundum SiC a oxid křemičitý, křemen, křišťál, písek, které zahrnují oxid křemičitý (\(IV\)) Si O 2.

Takové látky jsou charakterizovány vysoká síla a tvrdost. Diamant je tedy nejtvrdší přírodní látka. Látky s atomovou krystalovou mřížkou mají velmi vysoké teploty tání a varu. Například bod tání oxidu křemičitého je \(1728\) °C, zatímco u grafitu je vyšší - \(4000\) °C. Atomové krystaly jsou prakticky nerozpustné.

Diamantová krystalová mřížka

diamant

Molekulární se nazývají mřížky, v jejichž uzlech jsou molekuly spojené slabými mezimolekulárními interakcemi.

Navzdory tomu, že atomy uvnitř molekul jsou spojeny velmi silnými kovalentními vazbami, působí mezi molekulami samotnými slabé síly mezimolekulární přitažlivosti. Proto molekulární krystaly mají nízká pevnost a tvrdost, nízké body tání a varu. Mnoho molekulárních látek jsou při pokojové teplotě kapaliny a plyny. Takové látky jsou těkavé. Například krystalický jód a pevný oxid uhelnatý (\(IV\)) („suchý led“) se vypařují, aniž by přešly do kapalného stavu. Některé molekulární látky mají vůně .

Tento typ mřížky má jednoduché látky v pevném stavu agregace: vzácné plyny s monatomickými molekulami (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ), stejně jako nekovy s dvou- a polyatomové molekuly (H2, O2, N2, Cl2, I2, O3, P4, S8).

Mají molekulární krystalovou mřížku dále látky s kovalentními polárními vazbami: voda - led, pevný čpavek, kyseliny, oxidy nekovů. Většina organické sloučeniny jsou také molekulární krystaly (naftalen, cukr, glukóza).

Milovníky drahých kamenů velmi zajímá téma struktury diamantu, jeho popisu a základních fyzikálních, mechanických a chemických vlastností. Tento krásný kámen je ve své chemické struktuře nekovový a má krystalickou strukturu. V řeči chemiků je adamantium kubická alotropní forma uhlíku. Ve šperkařství je tato forma uhlíku považována za nejdražší z drahých kamenů a šperky s adamantem jsou velmi drahé. Je to dáno tím, že lesk krystalů této látky se nedá s ničím jiným srovnat. A kromě toho nevybledne ani neškrábe. To znamená, že leštěný povrch krystalů ve špercích vždy potěší oko.

Jakkoli to zní paradoxně, adamant a grafit mají stejnou strukturu. A tyto dvě diametrálně odlišné látky mají stejnou povahu. Faktem je, že jak diamant, tak grafit jsou tvořeny atomy uhlíku. Podívejme se blíže na strukturu a vlastnosti diamantu.

Struktura diamantového krystalu má tvar čtyřstěnu a atomy uhlíku jsou umístěny ve středu. Vrcholy v takovém čtyřstěnu jsou nejbližší atomy uhlíku. To má za následek velmi stabilní atomovou vazbu v samotné krystalové struktuře a to vysvětluje zvýšenou pevnost látky. Atomy, které tvoří základní buňku, jsou navzájem spojeny kovalentní vazbou. Tato vlastnost vysvětluje vysokou hustotu diamantu.

Obecně si diamantový krystal lze představit jako obří molekulu. Připomeňme si to molární hmotnost tohoto krystalu je 12. Tvar krystalu nesouvisí s počtem ploch šperkového kamene. Okraje diamantu se objeví při jeho zpracování.

Chemická struktura diamantu je čistý uhlík. Stále ale obsahuje nečistoty. Provedený chemický rozbor nám umožnil určit přítomnost určitého množství dalších látek. Nečistoty zahrnují látky jako:

dusík;
hořčík;
hliník;
křemík.

A mnoho dalších chemických prvků periodické tabulky. Navíc mnoho prvků jsou izomorfní inkluze. Ale lidé používají diamanty nejen k výrobě šperky. Tento krystal je široce používán v technologii. A to vše díky svým jedinečným vlastnostem a nejvyšší pevnosti.

Prezentované video jasně ukazuje krystalovou strukturu diamantu.

Fyzikální vlastnosti diamantu

Diamant je nejtvrdší látka v přírodě.

Jedna z odrůd adamantu - korund - má podobnou strukturu, ale nižší tvrdost (tvrdost korundu je 150krát nižší než u adamantu Za zmínku stojí, že tvrdost látek se určuje na Mohsově stupnici). Podle tohoto žebříčku je diamantu přiřazeno nejvyšší hodnocení tvrdosti - 10.

Proto jej lze použít pro zpracování kovů, včetně vysoce pevných a tvrdých minerálů, jako je beryl, granát, safír a další. Diamantové nástroje jsou velmi odolné proti oděru. Tvrdost a hustota diamantu je vyšší než u křemene a korundu.

Ale přes veškerou svou tvrdost mají diamanty vysokou křehkost. A ani vysoce vyjádřená hustota nesnižuje pravděpodobnost rozštěpení při pádu. Čistý krystalický uhlík, což je diamant, má totiž vícevrstvou strukturu. A při prudkých nárazech na tvrdý povrch se může rozdělit v těch místech struktury, kde je spojení mezi atomy velmi slabé. Právě v místech štěpení atomů dochází ke štěpení.

A se vší odolností proti opotřebení a trvanlivostí této látky musí být chráněna před pády na tvrdý povrch. Tento typ uhlíku má nejvyšší tepelnou vodivost ze všech pevných látek. Tepelná vodivost diamantu se pohybuje od 20 do 24 W/cm. Je třeba také říci, že diamant je dielektrikum. To je vysvětleno zvláštnostmi atomových vazeb v krystalu této látky.

Teplota spalování diamantu v kyslíku je 800°C. Tato odrůda uhlíku hoří krásným modrým plamenem. Ale při teplotě 2000°C a bez kyslíku se tento krásný minerál promění v grafit. Teplota tání diamantu je 3700-4000°C.

Nejzákladnější a nejcennější vlastností diamantu je jeho index lomu a vysoký stupeň disperze. Brilantnost diamantů závisí na těchto vlastnostech a je punc tento vzácný minerál. Hmotnost diamantů se měří v karátech. Hmotnost jednoho karátu diamantu je přibližně 0,2 gramu. K určení této hodnoty mají klenotníci potřebné tabulky a informace.