La struttura di un cristallo di diamante e il suo reticolo cristallino. Diamante minerale naturale: struttura, proprietà fisiche e chimiche Di quale sostanza è costituito un diamante

19.06.2020

Il diamante è un minerale naturale, uno dei più famosi e costosi. Ci sono molte speculazioni e leggende intorno a lui, soprattutto per quanto riguarda il suo valore e l'individuazione di falsi. Un argomento separato per lo studio è la relazione tra diamante e grafite. Molte persone sanno che questi minerali sono simili, ma non tutti sanno esattamente cosa. E anche alla domanda su come differiscono, non tutti possono rispondere. Cosa sappiamo della struttura di un diamante? O sui criteri di valutazione pietre preziose?

Il diamante è uno dei tre minerali che sono una modificazione cristallina del carbonio. Gli altri due sono grafite e lonsdaleite, il secondo può essere trovato nei meteoriti o creato artificialmente. E se queste pietre sono modifiche esagonali, allora il tipo di reticolo cristallino del diamante è un cubo. In questo sistema gli atomi di carbonio sono disposti in questo modo: uno per ogni vertice e al centro della faccia, e quattro all'interno del cubo. Pertanto, risulta che gli atomi sono disposti sotto forma di tetraedri e ogni atomo è al centro di uno di essi. Le particelle sono interconnesse dal legame più forte - covalente, grazie al quale il diamante ha un'elevata durezza.

Proprietà chimiche

In parole povere, il diamante è carbonio puro, quindi i cristalli di diamante devono essere assolutamente trasparenti e consentire il passaggio di tutta la luce visibile. Ma non c'è niente di perfetto al mondo, il che significa che anche questo minerale ha delle impurità. Si ritiene che il contenuto massimo di impurità nei diamanti gemma non debba superare il 5%. La composizione di un diamante può comprendere sia sostanze solide che liquide e gassose, le più comuni delle quali sono:

azoto;
alluminio;
silicio;
calcio;
magnesio.

Inoltre, la composizione può includere quarzo, granati, olivina, altri minerali, ossidi di ferro, acqua e altre sostanze. Spesso questi elementi si trovano nella composizione del minerale sotto forma di inclusioni minerali meccaniche, ma alcuni di essi possono sostituire il carbonio nella struttura del diamante - questo fenomeno è chiamato isomorfismo. In questo caso, le inclusioni possono influire in modo significativo sul suo colore e le inclusioni di azoto gli conferiscono proprietà luminescenti.

Proprietà fisiche

La struttura di un diamante determina le sue proprietà fisiche, che vengono valutate secondo quattro criteri:

durezza;
densità;
dispersione e rifrazione della luce;
cella di cristallo.

La durezza dei minerali è valutata dalla sua valutazione secondo questo sistema è 10, questo è l'indicatore massimo. Il corindone è il prossimo nella lista, il suo indice è 9, ma la sua durezza è 150 volte inferiore, il che significa che il diamante è assolutamente superiore in questo indicatore.

Tuttavia, la durezza di un minerale non significa affatto la sua forza. Il diamante è piuttosto fragile e si rompe facilmente se colpito con un martello.

Il peso specifico del diamante (densità) è determinato nell'intervallo da 3,42 a 3,55 g/cm 3 . È definito come il rapporto tra il peso di un minerale e il peso dell'acqua dello stesso volume.

Oltre alla durezza, ha anche alti indici di rifrazione (2.417-2.421) e dispersione (0.0574). Questa combinazione di proprietà consente al diamante di essere la pietra per gioielli più preziosa e ideale.

Sono importanti anche altre proprietà fisiche del minerale, come la conducibilità termica (900-2300 W/m·K), anch'essa la più alta di tutte le sostanze. Possiamo anche notare la capacità del minerale di non dissolversi in acidi e alcali, le proprietà di un dielettrico, il basso coefficiente di attrito per il metallo in aria e l'alto punto di fusione di 3700-4000 ° C a una pressione di 11 GPa.

Somiglianze e differenze tra diamante e grafite

Il carbonio è uno degli elementi più comuni sulla Terra, si trova in molte sostanze, soprattutto negli organismi viventi. La grafite, come il diamante, è costituita da carbonio, ma le strutture di diamante e grafite sono molto diverse. Il diamante può trasformarsi in grafite sotto l'influenza di alte temperature senza accesso all'ossigeno, ma in condizioni normali è in grado di rimanere invariato indefinitamente, questo si chiama metastabilità, inoltre, il tipo di reticolo cristallino del diamante è un cubo. Ma la grafite è un minerale stratificato, la sua struttura sembra una serie di strati situati su piani diversi. Questi strati sono costituiti da esagoni che formano un sistema a nido d'ape. Forti legami si formano solo tra questi esagoni, ma tra gli strati sono estremamente deboli, questo provoca la stratificazione del minerale. Oltre alla sua bassa durezza, la grafite assorbe la luce e ha una lucentezza metallica, anch'essa molto diversa dal diamante.

Questi minerali sono l'esempio più eclatante di allotropia, un fenomeno in cui le sostanze hanno proprietà fisiche diverse, sebbene siano costituite dallo stesso elemento chimico.

Origine del diamante

Non esiste un'opinione univoca su come si formano i diamanti in natura, ci sono teorie magmatiche, di mantello, meteorite e altre. Tuttavia, il più comune è magmatico. Si ritiene che i diamanti si formino a una profondità di circa 200 km sotto una pressione di 50.000 atmosfere, e poi portati in superficie insieme al magma durante la formazione dei tubi di kimberlite. L'età dei diamanti varia da 100 milioni a 2,5 miliardi di anni. È stato anche scientificamente provato che i diamanti possono formarsi quando un meteorite colpisce la superficie terrestre e possono essere trovati anche nella roccia meteoritica stessa. Tuttavia, i cristalli di questa origine sono estremamente piccoli e raramente adatti alla lavorazione.

Depositi di diamanti

I primi depositi in cui furono scoperti ed estratti i diamanti si trovavano in India, ma alla fine del XIX secolo erano gravemente esauriti. Tuttavia, è stato lì che sono stati estratti i campioni più famosi, grandi e costosi. E nel XVII e XIX secolo furono scoperti giacimenti minerari in Brasile e Sud Africa. La storia è piena di leggende e fatti sulla corsa ai diamanti, che sono associati specificamente alle miniere sudafricane. Gli ultimi depositi di diamanti scoperti sono in Canada, il loro sviluppo è iniziato solo nell'ultimo decennio del XX secolo.

Di particolare interesse sono le miniere della Namibia, sebbene l'estrazione di diamanti sia un'attività difficile e pericolosa. I depositi di cristalli sono concentrati sotto uno strato di terreno che, sebbene complichi il lavoro, parla dell'alta qualità dei minerali. I diamanti che hanno percorso diverse centinaia di chilometri verso la superficie con attrito costante contro altre rocce sono cristalli di alta qualità e di qualità inferiore semplicemente non potrebbero sopportare un simile viaggio, e quindi il 95% delle pietre estratte sono di qualità gemma. Ci sono anche ben noti e ricchi di minerali in Russia, Botswana, Angola, Guinea, Liberia, Tanzania e altri paesi.

Lavorazione del diamante

La lavorazione dei diamanti richiede una grande quantità di esperienza, conoscenza e abilità. Prima di iniziare i lavori, è necessario studiare a fondo la pietra per preservarne successivamente il più possibile il peso ed eliminare le inclusioni. Il tipo più comune di taglio del diamante è rotondo, permette alla pietra di brillare di tutti i colori e di riflettere la luce nel modo più favorevole possibile. Ma tale lavoro è anche il più difficile: un diamante tondo ha 57 piani e durante il taglio è importante osservare le proporzioni più precise. Anche i tipi di taglio popolari sono: ovale, a goccia, a cuore, marquise, smeraldo e altri. Esistono diverse fasi della lavorazione dei minerali:

marcatura;
scissione;
segare;
arrotondamento;
taglio.

Fino ad ora si ritiene che dopo la lavorazione il diamante perda circa la metà del suo peso.

Criteri per la valutazione dei diamanti

Quando si estraggono diamanti, solo il 60% dei minerali è adatto alla lavorazione, si chiamano gioielli. Naturalmente, il costo delle pietre grezze è molto inferiore al prezzo dei diamanti (più del doppio). La valutazione dei diamanti viene effettuata secondo il sistema delle 4C:

Carato (peso in carati) - 1 carato è pari a 0,2 g.
Colore (colore): i diamanti bianchi puri non si trovano quasi mai, la maggior parte dei minerali ha una certa tonalità. Il suo valore dipende in gran parte dal colore del diamante, la maggior parte delle pietre trovate in natura ha una tinta gialla o marrone, le pietre rosa, blu e verdi si trovano meno spesso. I minerali più rari, belli e quindi costosi sono i colori saturi, si chiamano fantasia. I più rari sono verdi, viola e neri.
La chiarezza (purezza) è anche un indicatore importante che determina la presenza di difetti nella pietra e ne influenza notevolmente il valore.
Taglio (taglio): l'aspetto di un diamante dipende dal taglio. Rifrazione e riflessione della luce, una sorta di splendore "brillante" rendono questa pietra così preziosa, e una forma o un rapporto di proporzioni errati durante la lavorazione possono rovinarla completamente.

Fabbricazione di diamanti artificiali

Ora la tecnologia consente di "coltivare" diamanti praticamente indistinguibili da quelli naturali. Esistono diversi metodi di sintesi:

Come distinguere un originale da un falso

Parlando di metodi per determinare l'autenticità dei diamanti, vale la pena distinguere tra la verifica dell'autenticità dei diamanti e dei diamanti grezzi. Una persona inesperta può confondere un diamante con quarzo, cristallo, altri minerali trasparenti e persino vetro. Tuttavia, l'eccezionale fisico e Proprietà chimiche i diamanti facilitano l'identificazione di un falso.

Prima di tutto, vale la pena ricordare la durezza. Questa pietra è in grado di graffiare qualsiasi superficie, ma solo un altro diamante può lasciare segni su di essa. Inoltre, il sudore non rimane su un cristallo naturale se ci si respira sopra. Su una pietra bagnata, ci sarà un segno come una matita se ci passi sopra dell'alluminio. Puoi controllarlo con i raggi X: una pietra naturale sotto radiazione ha un ricco colore verde. Oppure guardalo attraverso il testo: sarà impossibile distinguerlo attraverso un diamante naturale. A parte, vale la pena notare che la naturalezza della pietra può essere verificata per la rifrazione della luce: avvicinando l'originale alla fonte di luce, si vede solo un punto luminoso al centro.

Diamante- il minerale più duro, modifica cubica polimorfica (allotropica) del carbonio (C), stabile ad alta pressione. A pressione atmosferica e temperatura ambiente è metastabile, ma può esistere indefinitamente senza trasformarsi in grafite, che è stabile in queste condizioni. Nel vuoto o in un gas inerte a temperature elevate, si trasforma gradualmente in grafite.

STRUTTURA

Il sistema cristallino del diamante è cubico, gruppo spaziale Fd3m. La cella unitaria del reticolo cristallino del diamante è un cubo a facce centrate, in cui gli atomi di carbonio si trovano in quattro settori disposti a scacchiera. Altrimenti, la struttura del diamante può essere rappresentata come due reticoli cubici centrati sulla faccia, sfalsati l'uno rispetto all'altro lungo la diagonale principale del cubo di un quarto della sua lunghezza. Una struttura simile al diamante è stata stabilita per il silicio, una modificazione a bassa temperatura dello stagno e alcune altre sostanze semplici.

I cristalli di diamante contengono sempre vari difetti nella struttura cristallina (difetti puntuali e lineari, inclusioni, bordi subgrani, ecc.). Tali difetti determinano in gran parte le proprietà fisiche dei cristalli.

PROPRIETÀ

Il diamante può essere incolore, traslucido o colorato in varie tonalità di giallo, marrone, rosso, blu, verde, nero, grigio.
La distribuzione del colore è spesso irregolare, irregolare o zonale. Sotto l'influenza di raggi x, catodico e raggi ultravioletti la maggior parte dei diamanti inizia a brillare (luminescenza) in blu, verde, rosa e altri colori. È caratterizzato da una rifrazione della luce eccezionalmente elevata. L'indice di rifrazione (da 2,417 a 2,421) e la forte dispersione (0,0574) determinano la brillantezza brillante e il "gioco" multicolore dei diamanti gemma sfaccettati, chiamati brillanti. La brillantezza è forte, dal diamante al grasso La densità è di 3,5 g/cm 3 . Secondo la scala Mohs, la durezza relativa del diamante è 10 e la durezza assoluta è 1000 volte superiore alla durezza del quarzo e 150 volte quella del corindone. È il più alto tra tutti i materiali naturali e artificiali. Tuttavia, è piuttosto fragile e si rompe facilmente. La frattura è concoide. Non interagisce con acidi e alcali in assenza di agenti ossidanti.
In aria il diamante brucia a 850°C con formazione di CO2; nel vuoto a temperature superiori a 1.500°C si trasforma in grafite.

MORFOLOGIA

La morfologia del diamante è molto varia. Si presenta sia sotto forma di cristalli singoli che sotto forma di conglomerati policristallini ("board", "ballas", "carbonado"). I diamanti dei depositi di kimberlite hanno solo una forma comune a faccia piatta: l'ottaedro. Allo stesso tempo, i diamanti con caratteristiche forme curve sono comuni in tutti i depositi: dodecaedroidi rombici (cristalli simili a un dodecaedro rombico, ma con facce arrotondate) e cuboidi (cristalli di forma curvilinea). Come dimostrato da studi sperimentali e dallo studio di campioni naturali, nella maggior parte dei casi i cristalli sotto forma di un dodecaedroide derivano dalla dissoluzione dei diamanti da parte di una fusione di kimberlite. I cuboidi si formano come risultato della specifica crescita fibrosa dei diamanti secondo il normale meccanismo di crescita.

I cristalli sintetici cresciuti ad alte pressioni e temperature hanno spesso facce cubiche e questa è una delle differenze caratteristiche rispetto ai cristalli naturali. Se coltivato in condizioni metastabili, il diamante cristallizza facilmente sotto forma di pellicole e aggregati colonnari.

Le dimensioni dei cristalli variano da microscopiche a molto grandi, la massa del più grande diamante Cullinan, trovato nel 1905. in Sud Africa 3106 carati (0,621 kg).
Furono trascorsi diversi mesi a studiare l'enorme diamante e nel 1908 fu diviso in 9 grandi pezzi.
I diamanti che pesano più di 15 carati sono rari e quelli che pesano più di cento carati sono unici e sono considerati rarità. Tali pietre sono molto rare e spesso ottengono i loro nomi, la fama mondiale e il loro posto speciale nella storia.

ORIGINE

Sebbene il diamante sia metastabile in condizioni normali, a causa della stabilità della sua struttura cristallina, può esistere indefinitamente senza trasformarsi in una modifica stabile del carbonio: la grafite. I diamanti portati in superficie da kimberiliti o lamproiti cristallizzano nel mantello a una profondità di 200 km. e più a una pressione superiore a 4 GPa e una temperatura di 1000 - 1300 ° C. In alcuni depositi si trovano anche diamanti più profondi, prelevati dalla zona di transizione o dal mantello inferiore. Insieme a questo, vengono portati sulla superficie terrestre a seguito di processi esplosivi che accompagnano la formazione di tubi di kimberlite, il 15-20% dei quali contiene diamante.

I diamanti si trovano anche in complessi metamorfici ad altissima pressione. Sono associati a eclogiti e gneiss di granato profondamente metamorfosati. Piccoli diamanti sono stati trovati in quantità significative nei meteoriti. Sono di antichissima origine pre-solare. Si formano anche in grandi astroblemi - giganteschi crateri di meteoriti, dove le rocce rifuse contengono quantità significative di diamante a grana fine. Un noto deposito di questo tipo è l'astroblema di Popigai nella Siberia settentrionale.

I diamanti sono minerali rari, ma allo stesso tempo abbastanza diffusi. I depositi di diamanti industriali sono noti in tutti i continenti tranne l'Antartide. Sono noti diversi tipi di depositi di diamanti. Per diverse migliaia di anni, i diamanti sono stati estratti da depositi alluvionali. Solo verso la fine del XIX secolo, quando furono scoperti per la prima volta tubi di kimberlite con diamanti, divenne chiaro che i diamanti non si formavano nei sedimenti fluviali. Inoltre, sono stati trovati diamanti nelle rocce crostali in associazioni di metamorfismo ad altissima pressione, ad esempio nel massiccio del Kokchetav in Kazakistan.

Sia i diamanti da impatto che quelli metamorfici a volte formano depositi su larga scala, con grandi riserve e alte concentrazioni. Ma in questi tipi di giacimenti i diamanti sono così piccoli da non avere alcun valore industriale. I depositi di diamanti commerciali sono associati a tubi di kimberlite e lamproite confinati in antichi cratoni. I principali giacimenti di questo tipo sono noti in Africa, Russia, Australia e Canada.

APPLICAZIONE

I buoni cristalli vengono tagliati e usati in gioielleria. Circa il 15% dei diamanti estratti sono considerati gioielli, un altro 45% è considerato vicino ai gioielli, cioè sono inferiori ai gioielli per dimensioni, colore o purezza. Attualmente, la produzione globale di diamanti è di circa 130 milioni di carati all'anno.
Diamante(dal francese brillante - brillante), - un diamante a cui, attraverso la lavorazione meccanica (taglio), viene data una forma speciale, un taglio brillante, che massimizza proprietà ottiche della pietra come brillantezza e dispersione del colore.
Diamanti e frammenti molto piccoli, non adatti al taglio, vengono utilizzati come abrasivo per la fabbricazione di utensili diamantati necessari per la lavorazione di materiali duri e il taglio dei diamanti stessi. Viene chiamata una varietà criptocristallina di diamante nero o grigio scuro che forma aggregati densi o porosi Carbonado, ha una maggiore resistenza all'abrasione rispetto ai cristalli di diamante ed è quindi particolarmente apprezzato nell'industria.

Anche piccoli cristalli vengono coltivati artificialmente in grandi quantità. I diamanti sintetici sono ottenuti da varie sostanze contenenti carbonio, principalmente dalla grafite, in particolare. apparecchi a 1200-1600°C e pressioni di 4,5-8,0 GPa in presenza di Fe, Co, Cr, Mn o loro leghe. Sono adatti solo per uso tecnico.

Diamante - c

CLASSIFICAZIONE

Strunz (ottava edizione)	1/B.02-40
Dana (7a edizione)	1.3.5.1
Dana (ottava edizione)	1.3.6.1
Hey's CIM Rif.	1.24

PROPRIETÀ FISICHE

Colore minerale	incolore, marrone giallastro che sfuma nel giallo, marrone, nero, blu, verde o rosso, rosa, marrone cognac, celeste, lilla (molto raro)
Colore trattino	NO
Trasparenza	trasparente, traslucido, opaco
Splendore	diamante, audace
Scollatura	perfetto ottaedrico
Durezza (scala di Mohs)	10
nodo	irregolare
Forza	fragile
Densità (misurata)	3,5 - 3,53 g/cm3
Radioattività (GRapi)	0
Proprietà termali	Alta conducibilità termica. È freddo al tatto, motivo per cui un diamante viene chiamato "ghiaccio" in gergo

In questo articolo:

Il diamante è un minerale prezioso che è anche la sostanza più dura sulla terra. E anche tra i gioielli, il diamante è una delle pietre più costose che attirano l'attenzione delle ragazze. Pertanto, molti sono interessati a come si forma una pietra, qual è la formula di un diamante e se può essere coltivato in laboratorio. Gli scienziati ancora, dopo un secolo di esperimenti, non possono rispondere a tutte le domande con precisione, perché in alcune situazioni la pietra si comporta in modo anomalo.

Formula della sostanza

Il diamante è realizzato interamente in carbonio. Questo elemento contiene circa lo 0,15% nella crosta terrestre. Il numero atomico di una sostanza è 6, che indica il numero di protoni nel nucleo. Di conseguenza, per i diamanti, che sono completamente composti da carbonio, cioè sono una forma allotropica di questa sostanza, il numero atomico è lo stesso.

La disposizione degli atomi in diamante e grafite

Un tale concetto come una forma di modifica allotropica significa che altre sostanze semplici possono essere formate da una sostanza semplice, ad esempio il carbonio, che differirà nelle proprietà e nella struttura degli atomi. Cioè, il contenuto è lo stesso, ma la forma e l'aspetto sono completamente diversi, prendi almeno gli opposti: grafite e diamante. Allo stesso tempo, il carbonio è una delle poche sostanze che presenta diverse forme di modifica.

Assegna tali sostanze che consistono solo di carbonio:

diamante;
grafite;
carabina;
lonsdaleite;
fullereni;
nanotubi di carbonio per la fabbricazione di microfibre;
grafene;
carbone, fuliggine.

Una domanda interessante per gli scienziati è se una modifica allotropica possa essere convertita in un'altra. Questo è esattamente ciò che stanno facendo in relazione alla grafite e ad altre sostanze di questo gruppo. Poiché il costo di un diamante è il più alto e il prezzo di altre modifiche è inferiore. Finora, il processo è possibile solo nella direzione opposta: se un diamante viene riscaldato senza aria a una temperatura superiore a 500 gradi Celsius, la pietra esploderà e si trasformerà in grafite. Allo stesso tempo, l'ulteriore fusione della pietra mostra risultati anomali, diversi da altre sostanze. Ma nella direzione opposta, la reazione non si verifica.

La differenza tra le modifiche è spiegata dalla struttura del reticolo cristallino della sostanza. La formula chimica non gioca alcun ruolo qui. L'intero punto sta nella configurazione spaziale degli atomi di carbonio e nei legami tra di loro. Quindi, nella struttura del diamante, il reticolo ha una struttura cubica.

Il legame tra gli atomi è il più forte, dal punto di vista della chimica, covalente. Allo stesso tempo, il sistema cubico utilizza solo 18 atomi ed è considerato la forma più densa di impacchettamento di queste particelle. Pertanto, il diamante è la sostanza più dura del pianeta.

Nei centri delle facce del tetraedro ci sono anche atomi legati in modo covalente tra loro. Ma se consideriamo la stessa grafite, allora nel suo reticolo cristallino parte dei legami è covalente e parte è disolfuro, che tende a rompersi. Di conseguenza, gli elettroni possono migrare e la sostanza acquisisce proprietà metalliche.

Ma questa è un'analisi delle forme atomiche del carbonio, poiché sono gli atomi che formano il reticolo cristallino. Ma recentemente, gli scienziati hanno scoperto forme molecolari di una sostanza nella composizione di fullereni, poliedri di carbonio. Ora sono stati scoperti nuovi composti molecolari con contenuto di carbonio - da C60 a C540, sui quali sono in corso ricerche.

Sulla base della formula, così come della configurazione degli atomi, gli scienziati stanno cercando di ricreare l'immagine in laboratorio. In natura, i diamanti si trovano nelle pipe di kimberlite e lamproite, così come nei placer. Le pietre si formano nel corso di milioni di anni in determinate condizioni con la partecipazione di rocce ignee, attività sismica e anche sotto l'influenza delle alte temperature.

Esiste anche una versione per portare il diamante insieme ai meteoriti, poiché c'è molto carbonio nello spazio. E anche una delle sue modifiche - losdaleite - gli scienziati hanno trovato nella composizione dei meteoriti.

Oggi i diamanti sono realizzati nei seguenti modi:

Sotto pressione e alta temperatura in macchine speciali. Gli scienziati stanno cercando la formazione di nuovi legami covalenti dalla grafite. Questo tipo di pietra si chiama HPHT.
Il metodo del film avviene anche con la partecipazione della grafite, la cui deposizione avviene sotto l'azione del vapore di metano.
Produzione di pietre per fusione esplosiva.

Anche se tutti conoscono la formula di un diamante, beh, o la sua sostanza non tagliata (diamante), nessuno degli scienziati è stato in grado di riprodurre accuratamente una pietra con la stessa struttura reticolare cristallina della natura. Pertanto, il costo della pietra è basato su alto livello e l'estrazione mineraria dalle viscere della Terra non si ferma.

Proprietà fisiche dei diamanti

Impurità nel diamante

Naturalmente, nulla è perfetto in natura. Quindi, i diamanti contengono anche alcune impurità che non vengono visualizzate in alcun modo sulla formula della sostanza, sebbene ne influenzino l'aspetto. In particolare, la tonalità e la trasparenza della pietra cambiano, ma non le sue proprietà. La quantità di tali impurità può raggiungere 1018 atomi per 1 cm3. E a seconda del tipo di impurità, la pietra acquista un'ombra e cambia anche il costo del diamante. Queste impurità includono:

silicio;
calcio;
magnesio;
azoto;
alluminio.

Per non violare la formula e la composizione della pietra, non dovrebbe esserci più del 2% di un tipo di tali sostanze e in generale non più del 5%. Se la quantità di impurità nel diamante è maggiore, la pietra cambia notevolmente il suo aspetto e non viene utilizzata in gioielleria, ma viene inviata alle esigenze dell'industria.

La maggior parte dei solidi ce l'ha cristallino struttura che si caratterizza disposizione rigorosamente definita delle particelle. Se colleghi le particelle con linee condizionali, ottieni un frame spaziale chiamato reticolo cristallino. I punti in cui si trovano le particelle di cristallo sono chiamati nodi reticolari. I nodi di un reticolo immaginario possono contenere atomi, ioni o molecole.

A seconda della natura delle particelle situate nei nodi e della natura della connessione tra di esse, si distinguono quattro tipi di reticoli cristallini: ionico, metallico, atomico e molecolare.

Ionico chiamato reticoli, ai nodi di cui ci sono ioni.

Sono formati da sostanze con legami ionici. Ai nodi di un tale reticolo si trovano ioni positivi e negativi, interconnessi dall'interazione elettrostatica.

I reticoli cristallini ionici hanno sali, alcali, ossidi metallici attivi. Gli ioni possono essere semplici o complessi. Ad esempio, nei siti del reticolo cristallino del cloruro di sodio ci sono semplici ioni sodio Na e cloro Cl - , e nei siti del reticolo del solfato di potassio, si alternano ioni potassio semplici K e ioni solfato complessi S O 4 2 -.

I legami tra gli ioni in tali cristalli sono forti. Pertanto, le sostanze ioniche sono solide, refrattarie, non volatili. Tali sostanze sono buone sciogliere in acqua.

Il reticolo cristallino del cloruro di sodio

Cristallo di cloruro di sodio

metallo chiamati reticoli, che consistono di ioni positivi e atomi di metallo ed elettroni liberi.

Sono formati da sostanze con un legame metallico. Ai nodi del reticolo metallico ci sono atomi e ioni (o atomi o ioni, in cui gli atomi si trasformano facilmente, dando i loro elettroni esterni per uso comune).

Tali reticoli cristallini sono caratteristici di sostanze semplici di metalli e leghe.

I punti di fusione dei metalli possono essere diversi (da \ (-37 \) ° C per il mercurio a due o tremila gradi). Ma tutti i metalli hanno una caratteristica lucentezza metallica, malleabilità , duttilità , condurre bene l'elettricità e calorosamente.

reticolo cristallino metallico

Hardware

Vengono chiamati reticoli cristallini atomici, nei cui nodi sono presenti singoli atomi collegati da legami covalenti.

Questo tipo di reticolo ha un diamante, una delle modifiche allotropiche del carbonio. Le sostanze con un reticolo cristallino atomico includono grafite, silicio, boro e germanio, così come sostanze complesse, ad esempio carborundum SiC e silice, quarzo, cristallo di rocca, sabbia, che includono ossido di silicio (\ (IV \)) Si O 2.

Tali sostanze sono caratterizzate molta forza e durezza. Pertanto, il diamante è la sostanza naturale più dura. Le sostanze con un reticolo cristallino atomico hanno molto alte temperature fusione e bollente. Ad esempio, il punto di fusione della silice è \(1728 \) ° C, mentre per la grafite è più alto - \ (4000 \) ° C. I cristalli atomici sono praticamente insolubili.

Reticolo cristallino diamantato

Diamante

Molecolare chiamati reticoli, ai cui nodi ci sono molecole legate da una debole interazione intermolecolare.

Nonostante all'interno delle molecole gli atomi siano collegati da legami covalenti molto forti, tra le molecole stesse agiscono deboli forze di attrazione intermolecolare. Pertanto, i cristalli molecolari hanno poca forza e durezza bassi punti di fusione e bollente. Molte sostanze molecolari sono liquidi e gas a temperatura ambiente. Tali sostanze sono volatili. Ad esempio, lo iodio cristallino e il monossido di carbonio solido (\ (IV \)) ("ghiaccio secco") evaporano senza trasformarsi in uno stato liquido. Alcune sostanze molecolari lo sono odore .

Sostanze semplici allo stato solido di aggregazione hanno questo tipo di reticolo: gas nobili con molecole monoatomiche (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ), così come non metalli con due e molecole poliatomiche (H 2, O 2, N 2, Cl 2, I 2, O 3, P 4, S 8).

Il reticolo cristallino molecolare ha anche sostanze con legami polari covalenti: acqua - ghiaccio, ammoniaca solida, acidi, ossidi non metallici. Maggioranza composti organici sono anche cristalli molecolari (naftalene, zucchero, glucosio).

Gli amanti delle pietre preziose sono molto interessati al tema della struttura di un diamante, alla sua descrizione e alle proprietà fisiche, meccaniche e chimiche di base. Questa bellissima pietra nella sua struttura chimica appartiene ai non metalli e ha una struttura cristallina. Nel linguaggio dei chimici, irremovibile è la forma cubica allotropica del carbonio. Nell'arte della gioielleria, questa forma di carbonio è considerata la più costosa delle pietre preziose e i gioielli irremovibili sono molto costosi. Ciò è dovuto al fatto che la brillantezza dei cristalli di questa sostanza non può essere paragonata a nulla. Inoltre, non sbiadisce e non si graffia. Cioè, la superficie lucida dei cristalli nei gioielli è sempre piacevole alla vista.

Per quanto paradossale possa sembrare, il diamante e la grafite hanno la stessa struttura. E queste due sostanze così diametralmente opposte hanno la stessa natura. Il fatto è che sia il diamante che la grafite sono formati da atomi di carbonio. Consideriamo più in dettaglio la struttura e le proprietà di un diamante.

La struttura di un cristallo di diamante ha la forma di un tetraedro, con atomi di carbonio situati al centro. I vertici in un tale tetraedro sono gli atomi di carbonio più vicini. Risulta un legame atomico molto stabile nella struttura stessa del cristallo, e questo spiega la maggiore forza della sostanza. Tra di loro, gli atomi che compongono la cella unitaria sono collegati da un legame covalente. Questa caratteristica spiega l'alta densità del diamante.

In generale, un cristallo di diamante può essere pensato come una gigantesca molecola. Ricordiamo che la massa molare di questo cristallo è 12. La forma del cristallo non è correlata al numero di sfaccettature della gemma. Le sfaccettature di un diamante appaiono quando viene lavorato.

Chimicamente, il diamante è carbonio puro. Ma contiene ancora impurità. L'analisi chimica effettuata ha permesso di determinare la presenza di una certa quantità di altre sostanze. Le impurità includono sostanze come:

azoto;
magnesio;
alluminio;
silicio.

E molti altri elementi chimici della tavola periodica. Inoltre, molti degli elementi sono inclusioni isomorfe. Ma le persone usano i diamanti per qualcosa di più del semplice fare gioielleria. Questo cristallo è stato ampiamente utilizzato nella tecnologia. E tutto ciò è dovuto alle sue proprietà uniche e alla massima resistenza.

Il video presentato mostra la struttura cristallina di un pozzo diamantato.

Proprietà fisiche del diamante

Il diamante è la sostanza più dura che si trova in natura.

Una delle varietà di adamant - corindone - ha una struttura simile, ma una durezza inferiore (la durezza del corindone è 150 volte inferiore a quella dell'adamant) Vale la pena ricordare che la durezza delle sostanze è determinata sulla scala di Mohs. Secondo questa classifica, al diamante viene assegnato il più alto indice di durezza - 10.

Pertanto, può essere utilizzato per la lavorazione di metalli, inclusi minerali ad alta resistenza e duri come berillo, granato, zaffiro e altri. Gli utensili diamantati sono molto resistenti all'abrasione. La durezza e la densità del diamante è superiore a quella del quarzo e del corindone.

Ma con tutta la durezza del diamante, alta fragilità. E anche una densità altamente espressa non riduce la probabilità di una scissione in caso di caduta. Dopotutto, il carbonio cristallino puro, che è il diamante, ha una struttura multistrato. E con forti impatti su una superficie dura, può rompersi in quei punti della struttura in cui il legame tra gli atomi è molto debole. È nei punti di scissione degli atomi che avviene la scissione.

E con tutta la resistenza all'usura e la durata di questa sostanza, deve essere protetta dalla caduta su una superficie dura. Questo tipo di carbonio ha la più alta conduttività termica tra tutti i solidi. La conduttività termica del diamante è compresa tra 20 e 24 W/cm. Va anche detto che il diamante è un dielettrico. Ciò è dovuto alle peculiarità dei legami atomici nel cristallo di questa sostanza.

La temperatura di combustione di un diamante in ossigeno è di 800°C. Questo tipo di carbone brucia con una bella fiamma blu. Ma a una temperatura di 2000°C e in assenza di ossigeno, questo bellissimo minerale si trasforma in grafite. Il punto di fusione di un diamante è 3700-4000°C.

La proprietà più fondamentale e preziosa di un diamante è il suo indice di rifrazione e l'elevata dispersione. La brillantezza dei diamanti dipende da queste caratteristiche ed è il segno distintivo di questo prezioso minerale. Il peso dei diamanti si misura in carati. In questo caso, il peso di un carato di diamante è di circa 0,2 grammi. Per determinare questo valore, i gioiellieri dispongono delle tabelle e delle informazioni necessarie.