Strukturen til en diamantkrystall og dens krystallgitter. Naturlig mineral diamant: struktur, fysiske og kjemiske egenskaper Hvilket stoff består diamant av?

19.06.2020

Diamant er et naturlig mineral, en av de mest kjente og dyreste. Det er mange spekulasjoner og legender rundt den, spesielt angående kostnadene og oppdagelsen av forfalskninger. Et eget emne for studier er sammenhengen mellom diamant og grafitt. Mange vet at disse mineralene er like, men ikke alle vet nøyaktig hva de er. Og ikke alle kan svare på spørsmålet om hvordan de er forskjellige. Hva vet vi om strukturen til diamant? Eller om evalueringskriterier dyrebare steiner?

Diamant er ett av tre mineraler som er en krystallinsk modifikasjon av karbon. De to andre er grafitt og lonsdaleitt, den andre kan finnes i meteoritter eller lages kunstig. Og hvis disse steinene er sekskantede modifikasjoner, er typen diamantkrystallgitter kube. I dette systemet er karbonatomene ordnet på denne måten: ett ved hvert toppunkt og i midten av ansiktet, og fire inne i kuben. Dermed viser det seg at atomene er ordnet i form av tetraeder, og hvert atom er plassert i midten av ett av dem. Partiklene er forbundet med hverandre med den sterkeste bindingen - kovalent, på grunn av hvilken diamant har høy hardhet.

Kjemiske egenskaper

Grovt sett er diamant rent karbon, derfor må diamantkrystaller være helt gjennomsiktige og overføre alt synlig lys. Men ingenting er ideelt i verden, noe som betyr at dette mineralet også har urenheter. Det antas at det maksimale innholdet av urenheter i smykkediamanter ikke bør overstige 5%. Sammensetningen av en diamant kan inkludere både faste, flytende og gassformige stoffer, hvorav de vanligste er:

nitrogen;
aluminium;
silisium;
kalsium;
magnesium.

Sammensetningen kan også inkludere kvarts, granater, olivin, andre mineraler, jernoksider, vann og andre stoffer. Ofte finnes disse elementene i mineralet i form av mekaniske mineralinneslutninger, men noen av dem kan erstatte karbon i strukturen til diamant - dette fenomenet kalles isomorfisme. I dette tilfellet kan inneslutninger påvirke fargen betydelig, og nitrogeninneslutninger gir den selvlysende egenskaper.

Fysiske egenskaper

Strukturen til en diamant bestemmer dens fysiske egenskaper, som vurderes i henhold til fire kriterier:

hardhet;
tetthet;
spredning og brytning av lys;
krystallcelle.

Hardheten til mineraler vurderes ved at dens vurdering i henhold til dette systemet er 10, dette er den maksimale indikatoren. Neste på listen er korund, indeksen er 9, men hardheten er 150 ganger mindre, noe som betyr diamantens absolutte overlegenhet i denne indikatoren.

Men hardheten til et mineral betyr ikke dets styrke. Diamant er ganske sprø og knekker lett hvis du slår den med en hammer.

Egenvekten til diamant (densitet) bestemmes i området fra 3,42 til 3,55 g/cm 3 . Det bestemmes av forholdet mellom vekten av mineralet og vekten av vann med samme volum.

I tillegg til hardhet har den også høy lysbrytningsindeks (2,417-2,421) og dispersjon (0,0574). Denne kombinasjonen av egenskaper gjør at diamant er den mest dyrebare og ideelle smykkesteinen.

Andre fysiske egenskaper til mineralet er også viktige, som termisk ledningsevne (900-2300 W/m K), også den høyeste av alle stoffer. Man kan også merke seg mineralets evne til ikke å løse seg opp i syrer og alkalier, dielektriske egenskaper, lav friksjonskoeffisient for metall i luft og et høyt smeltepunkt på 3700-4000 °C ved et trykk på 11 GPa.

Likheter og forskjeller mellom diamant og grafitt

Karbon er et av de mest tallrike grunnstoffene på jorden og finnes i mange stoffer, spesielt levende organismer. Grafitt, som diamant, er laget av karbon, men strukturene til diamant og grafitt er svært forskjellige. Diamant kan bli til grafitt under påvirkning av høye temperaturer uten tilgang til oksygen, men under normale forhold er den i stand til å forbli uendret på ubestemt tid, dette kalles metastabilitet, og dessuten er typen diamantkrystallgitter kube. Men grafitt er et lagdelt mineral, strukturen ser ut som en serie lag plassert i forskjellige plan. Disse lagene består av sekskanter som danner et bikakelignende system. Sterke bindinger dannes bare mellom disse sekskantene, men mellom lagene er de ekstremt svake, som er det som forårsaker lagdelingen av mineralet. I tillegg til lav hardhet absorberer grafitt lys og har en metallisk glans, som også er veldig forskjellig fra diamant.

Disse mineralene er det mest slående eksemplet på allotropi - et fenomen der stoffer har forskjellige fysiske egenskaper, selv om de består av det samme kjemiske elementet.

Opprinnelsen til diamanten

Det er ingen klar mening om hvordan diamanter dannes i naturen; det er magmatisk, mantel, meteoritt og andre teorier. Det vanligste er imidlertid magmatisk. Det antas at diamanter dannes på en dybde på rundt 200 km under et trykk på 50 000 atmosfærer, og deretter bringes til overflaten sammen med magma under dannelsen av kimberlittrør. Diamanter varierer i alder fra 100 millioner til 2,5 milliarder år. Det er også vitenskapelig bevist at diamanter kan dannes når en meteoritt treffer jordoverflaten, og kan også finnes i selve meteorittbergarten. Imidlertid er krystaller av denne opprinnelsen ekstremt små i størrelse og er sjelden egnet for behandling.

Diamantforekomster

De første forekomstene der diamanter ble oppdaget og utvunnet var lokalisert i India, men på slutten av 1800-tallet var de alvorlig utarmet. Det var imidlertid der de mest kjente, store og dyre prøvene ble utvunnet. Og på 1600- og 1800-tallet ble det oppdaget forekomster av mineralet i Brasil og Sør-Afrika. Historien er full av legender og fakta om diamantrushet, som spesifikt er knyttet til sørafrikanske gruver. De siste oppdagede diamantforekomstene er lokalisert i Canada; utviklingen deres begynte først i det siste tiåret av det 20. århundre.

Gruvene i Namibia er spesielt interessante, selv om diamantutvinning der er vanskelig og farlig. Krystallavsetninger er konsentrert under et jordlag, som, selv om det kompliserer arbeidet, indikerer den høye kvaliteten på mineralene. Diamanter som har reist flere hundre kilometer til overflaten med konstant friksjon mot andre bergarter er av høy kvalitet; krystaller av lavere kvalitet ville rett og slett ikke ha tålt en slik reise, og derfor er 95 % av de utvunnede steinene av smykkekvalitet. Også kjente og rike på mineraler finnes i Russland, Botswana, Angola, Guinea, Liberia, Tanzania og andre land.

Diamantbearbeiding

Diamantbearbeiding krever enorm erfaring, kunnskap og ferdigheter. Før du starter arbeidet, er det nødvendig å studere steinen grundig for deretter å bevare vekten så mye som mulig og bli kvitt inneslutninger. Den vanligste typen diamantskjæring er rund; den lar steinen glitre med alle fargene og reflektere lyset så gunstig som mulig. Men denne typen arbeid er også den vanskeligste: En rund diamant har 57 plan, og når du skjærer den, er det viktig å opprettholde nøyaktige proporsjoner. Også populære typer kutt er: oval, teardrop, hjerte, marquise, smaragd og andre. Det er flere stadier av mineralbehandling:

merking;
splitting;
saging;
avrunding;
kutte opp.

Det antas fortsatt at etter bearbeiding mister en diamant omtrent halvparten av vekten.

Kriterier for diamantgradering

Ved utvinning av diamanter er bare 60 % av mineralene egnet for bearbeiding; de kalles smykker. Naturligvis er prisen på uslipte steiner betydelig lavere enn prisen på diamanter (mer enn to ganger). Verdivurderingen av diamanter utføres i henhold til 4C-systemet:

Karat (vekt i karat) - 1 karat er lik 0,2 g.
Farge (farge) - rene hvite diamanter finnes praktisk talt ikke; de fleste mineraler har en viss nyanse. Verdien avhenger i stor grad av fargen på en diamant; de fleste steiner som finnes i naturen har en gul eller brun fargetone; rosa, blå og grønne steiner er mindre vanlig å finne. De sjeldneste, vakreste og derfor dyreste er mineraler med rike farger; de kalles fancy. De sjeldneste av dem er grønne, lilla og svarte.
Klarhet (renhet) er også en viktig indikator som bestemmer tilstedeværelsen av defekter i steinen og påvirker kostnadene betydelig.
Klipp (kutt) - utseendet til en diamant avhenger i stor grad av kuttet. Brytningen og refleksjonen av lys, en slags "diamant"-skinn, gjør denne steinen så verdifull, og en feil form eller proporsjoner under behandlingen kan ødelegge den fullstendig.

Produksjon av kunstige diamanter

Nå gjør teknologien det mulig å "dyrke" diamanter som praktisk talt ikke kan skilles fra naturlige. Det er flere syntesemetoder:

Hvordan skille en original fra en falsk

Når man snakker om metoder for å bestemme autentisiteten til diamanter, er det verdt å skille mellom å teste ektheten til diamanter og uslepne diamanter. En uerfaren person kan forveksle en diamant med kvarts, krystall, andre gjennomsiktige mineraler og til og med glass. Imidlertid eksepsjonell fysisk og Kjemiske egenskaper diamanter gjør det enkelt å oppdage en falsk.

Først av alt er det verdt å huske hardheten. Denne steinen kan skrape hvilken som helst overflate, men bare en annen diamant kan etterlate merker på den. Det er heller ingen svette igjen på en naturlig krystall hvis du puster på den. En våt stein vil ha et merke som en blyant hvis du kjører aluminium over den. Du kan sjekke det med røntgen: en naturstein under stråling har den en rik grønn farge. Eller se gjennom den på teksten: gjennom en naturlig diamant vil det være umulig å se den. Det er også verdt å merke seg at naturligheten til steinen kan kontrolleres ved lysbrytningen: ved å holde originalen til en lyskilde kan du bare se et lysende punkt i midten.

Diamant- det hardeste mineralet, en kubisk polymorf (allotropisk) modifikasjon av karbon (C), stabil ved høyt trykk. Ved atmosfærisk trykk og romtemperatur er den metastabil, men kan eksistere i det uendelige uten å bli til grafitt, som er stabil under disse forholdene. I et vakuum eller i en inert gass ved forhøyede temperaturer blir den gradvis til grafitt.

STRUKTUR

Diamantsystem er kubisk, romgruppe Fd3m. Den elementære cellen i diamantkrystallgitteret er en ansiktssentrert kube, der karbonatomer er plassert i fire sektorer arrangert i et sjakkbrettmønster. Ellers kan diamantstrukturen representeres som to kubiske flatesentrerte gitter, forskjøvet i forhold til hverandre langs hoveddiagonalen til kuben med en fjerdedel av lengden. En struktur som ligner på diamant finnes i silisium, en lavtemperaturmodifisering av tinn og noen andre enkle stoffer.

Diamantkrystaller inneholder alltid ulike defekter i krystallstrukturen (punkt, lineære defekter, inneslutninger, underkornsgrenser osv.). Slike defekter bestemmer i stor grad de fysiske egenskapene til krystaller.

EGENSKAPER

Diamant kan være fargeløs, vanngjennomsiktig eller farget i ulike nyanser av gult, brunt, rødt, blått, grønt, svart, grått.
Fargefordelingen er ofte ujevn, ujevn eller soneformet. Under påvirkning av røntgen, katode og ultrafiolette stråler De fleste diamanter begynner å lyse (luminescere) i blått, grønt, rosa og andre farger. Karakterisert av eksepsjonelt høy lysbrytning. Brytningsindeksen (2,417 til 2,421) og den sterke spredningen (0,0574) er ansvarlige for den strålende glansen og flerfargede "spillet" til slipte edelstensdiamanter, kalt briljanter. Glansen er sterk, fra diamant til fet.Tetthet 3,5 g/cm 3 . På Mohs-skalaen er den relative hardheten til diamant 10, og den absolutte hardheten er 1000 ganger høyere enn hardheten til kvarts og 150 ganger hardheten til korund. Det er det høyeste blant alle naturlige og kunstige materialer. Samtidig er den ganske skjør og går lett i stykker. Bruddet er konkoidalt. Interagerer ikke med syrer og alkalier i fravær av oksidasjonsmidler.
I luft brenner diamant ved 850°C med dannelse av CO 2; i et vakuum ved temperaturer over 1500 ° C blir det til grafitt.

MORFOLOGI

Diamantmorfologi er veldig mangfoldig. Det forekommer både i form av enkeltkrystaller og i form av polykrystallinske sammenvekster ("brett", "ballas", "carbonado"). Diamanter fra kimberlittforekomster har bare én vanlig flatfasettert form - oktaederet. Samtidig er diamanter med karakteristiske buede former vanlige i alle forekomster - rombiske dodekaeder (krystaller som ligner på en rombisk dodekaeder, men med avrundede kanter), og cuboider (krystaller med buet form). Som eksperimentelle studier og studier av naturlige prøver har vist, oppstår i de fleste tilfeller dodekaedroidformede krystaller som et resultat av oppløsningen av diamanter ved kimberlittsmelting. Cuboider dannes som et resultat av den spesifikke fibrøse veksten av diamanter i henhold til den normale vekstmekanismen.

Syntetiske krystaller dyrket ved høye trykk og temperaturer har ofte kubeflater, og dette er en av deres karakteristiske forskjeller fra naturlige krystaller. Når den dyrkes under metastabile forhold, krystalliserer diamant lett i form av filmer og søyleformede aggregater.

Størrelsen på krystallene varierer fra mikroskopiske til veldig store, massen til den største diamanten, "Cullinan", funnet i 1905. i Sør-Afrika 3106 karat (0,621 kg).
Det ble brukt flere måneder på å studere den enorme diamanten, og i 1908 ble den delt i 9 store biter.
Diamanter som veier mer enn 15 karat er sjeldne, men diamanter som veier over hundre karat er unike og regnes som sjeldenheter. Slike steiner er svært sjeldne og får ofte sine egne navn, verdensberømmelse og sin spesielle plass i historien.

OPPRINNELSE

Selv om diamant er metastabil under normale forhold, kan den på grunn av stabiliteten til dens krystallinske struktur eksistere på ubestemt tid uten å bli en stabil modifikasjon av karbon-grafitt. Diamanter som bringes til overflaten av kimberlitter eller lamproitter krystalliserer i mantelen på 200 km dyp. eller mer ved et trykk på mer enn 4 GPa og en temperatur på 1000 - 1300 ° C. I noen avsetninger er det også dypere diamanter hentet fra overgangssonen eller fra den nedre mantelen. Sammen med dette blir de ført til jordens overflate som et resultat av eksplosive prosesser som følger med dannelsen av kimberlittrør, hvorav 15-20% inneholder diamant.

Diamanter finnes også i metamorfe komplekser med ultrahøyt trykk. De er assosiert med eklogitter og dypt metamorfoserte granatgneiser. Små diamanter er funnet i betydelige mengder i meteoritter. De har en veldig gammel, pre-solar opprinnelse. De dannes også i store astroblemer - gigantiske meteorittkratre, der smeltede bergarter inneholder betydelige mengder finkrystallinsk diamant. En velkjent forekomst av denne typen er Popigai-astroblemet i Nord-Sibir.

Diamanter er et sjeldent, men samtidig ganske utbredt mineral. Industrielle diamantforekomster er kjent på alle kontinenter unntatt Antarktis. Flere typer diamantavsetninger er kjent. I flere tusen år har diamanter blitt utvunnet fra alluviale forekomster. Det var først mot slutten av 1800-tallet, da diamantholdige kimberlittrør først ble oppdaget, at det ble klart at diamanter ikke dannes i elvesedimenter. I tillegg ble det funnet diamanter i jordskorpebergarter i assosiasjoner til ultrahøytrykksmetamorfose, for eksempel i Kokchetav-massivet i Kasakhstan.

Både slag- og metamorfe diamanter danner noen ganger veldig store forekomster, med store reserver og høye konsentrasjoner. Men i denne typen forekomster er diamantene så små at de ikke har noen industriell verdi. Kommersielle diamantforekomster er assosiert med kimberlitt- og lamproittrør assosiert med gamle kratoner. De viktigste forekomstene av denne typen er kjent i Afrika, Russland, Australia og Canada.

APPLIKASJON

Gode krystaller kuttes og brukes i smykker. Omtrent 15 % av utvinnede diamanter regnes som smykker, ytterligere 45 % regnes som nesten smykker, det vil si dårligere enn smykker i størrelse, farge eller klarhet. For tiden er den globale diamantproduksjonen rundt 130 millioner karat per år.
Diamant(fra fransk brillant - brilliant), er en diamant som har fått en spesiell form gjennom mekanisk bearbeiding (skjæring), et briljantskjæring, som maksimerer de optiske egenskapene til steinen som glans og fargespredning.
Svært små diamanter og fragmenter, uegnet for skjæring, brukes som slipemiddel for fremstilling av diamantverktøy som er nødvendige for å bearbeide harde materialer og kutte selve diamantene. En kryptokrystallinsk variant av diamanter med svart eller mørkegrå farge, som danner tette eller porøse aggregater, kalles Carbonado, har en høyere slitestyrke enn diamantkrystaller og er derfor spesielt verdsatt i industrien.

Små krystaller dyrkes også kunstig i store mengder. Syntetiske diamanter oppnås fra ulike karbonholdige stoffer, hovedsakelig fra grafitt, spesielt. apparater ved 1200-1600°C og trykk på 4,5-8,0 GPa i nærvær av Fe, Co, Cr, Mn eller deres legeringer. De er kun egnet for teknisk bruk.

Diamant - C

KLASSIFISERING

Strunz (8. utgave)	1/B.02-40
Dana (7. utgave)	1.3.5.1
Dana (8. utgave)	1.3.6.1
Heis CIM Ref.	1.24

FYSISKE EGENSKAPER

Mineralfarge	fargeløs, gulbrun falmer til gul, brun, svart, blå, grønn eller rød, rosa, konjakkbrun, blå, lilla (svært sjelden)
Slagfarge	Nei
Åpenhet	gjennomsiktig, gjennomsiktig, ugjennomsiktig
Skinne	diamant, fet
Spalting	oktaeder perfekt
Hardhet (Mohs skala)	10
Kink	ujevn
Styrke	skjør
Tetthet (målt)	3,5 – 3,53 g/cm3
Radioaktivitet (GRapi)	0
Termiske egenskaper	Høy varmeledningsevne. Det føles kaldt å ta på, og det er derfor diamanter kalles "is" i slang.

I denne artikkelen:

Diamant er et dyrebart mineral som også er det hardeste stoffet på jorden. Og blant smykker er diamant en av de dyreste steinene som tiltrekker seg oppmerksomheten til jenter. Derfor er mange mennesker interessert i hvordan en stein dannes, hva er formelen til en diamant, og om den kan dyrkes i et laboratorium. Forskere kan fortsatt, etter et århundre med eksperimenter, ikke svare på alle spørsmål med nøyaktighet, siden steinen i noen situasjoner oppfører seg unormalt.

Stoffformel

Diamant er laget utelukkende av karbon. Dette elementet er inneholdt omtrent 0,15 % i jordskorpen. Atomnummeret til stoffet er 6, som indikerer antall protoner i kjernen. Følgelig har diamanter, som utelukkende består av karbon, det vil si er en allotropisk form av dette stoffet, samme atomnummer.

Arrangement av atomer i diamant og grafitt

Et slikt konsept som en form for allotrop modifikasjon betyr at fra et enkelt stoff, for eksempel karbon, kan det dannes andre enkle stoffer, som vil skille seg fra hverandre i egenskaper og atomstruktur. Det vil si at innholdet er det samme, men formen og utseendet er helt forskjellige, ta i det minste motsetningene: grafitt og diamant. Dessuten er karbon et av få stoffer som har flere former for modifikasjoner.

Det er stoffer som bare består av karbon:

diamant;
grafitt;
karabin;
lonsdaleite;
fullerener;
karbon nanorør for fremstilling av mikrofibre;
grafen;
kull, sot.

Et interessant spørsmål for forskere er om en allotrop modifikasjon kan omdannes til en annen. Det er nettopp dette de gjør i forhold til grafitt og andre stoffer fra denne gruppen. Fordi prisen på en diamant er høyest, og prisen på andre modifikasjoner er lavere. Så langt er prosessen bare mulig i motsatt retning: Hvis en diamant varmes opp uten luft til en temperatur på over 500 grader Celsius, vil steinen eksplodere og bli til grafitt. Videre viser videre smelting av steinen unormale resultater, forskjellig fra andre stoffer. Men reaksjonen skjer ikke i motsatt retning.

Forskjellen mellom modifikasjonene forklares av strukturen til stoffets krystallgitter. Den kjemiske formelen spiller ingen rolle her. Hele poenget ligger i den romlige konfigurasjonen av karbonatomer og forbindelsene mellom dem. Således, i strukturen til diamant, har gitteret en kubisk struktur.

Bindingen mellom atomer er den sterkeste, fra et kjemisk synspunkt, kovalent. Dessuten bruker det kubiske systemet bare 18 atomer og regnes som den tetteste formen for pakking av disse partiklene. Derfor er diamant det hardeste stoffet på planeten.

I sentrum av tetraederflatene er det også atomer bundet til hverandre kovalent. Men hvis vi vurderer den samme grafitten, er noen av bindingene kovalente i krystallgitteret, og noen er disulfid, som har en tendens til å bryte. Som et resultat kan elektroner migrere, og stoffet får metalliske egenskaper.

Men dette er en analyse av atomformene til karbon, siden det er atomene som danner krystallgitteret. Men nylig har forskere oppdaget molekylære former av stoffet i sammensetningen av fullerener, polyedre laget av karbon. Nå er nye molekylære forbindelser som inneholder karbon oppdaget - fra C60 til C540, som studeres.

Basert på formelen, så vel som konfigurasjonen av atomene, prøver forskere å gjenskape bildet i laboratoriet. I naturen finnes diamanter i kimberlitt- og lamproitt-piper, så vel som i placers. Steiner dannes over millioner av år under visse forhold som involverer magmatiske bergarter, seismisk aktivitet, og også under påvirkning av høye temperaturer.

Det er også en versjon om introduksjonen av diamanter sammen med meteoritter, siden det er ganske mye karbon i verdensrommet. Forskere oppdaget også en av dens modifikasjoner - losdaleitt - i meteoritter.

I dag produseres diamanter på følgende måter:

Under trykk og høy temperatur i spesialmaskiner. Forskere prøver å få grafitt til å danne nye kovalente bindinger. Denne typen stein kalles HPHT.
Filmmetoden involverer også grafitt, som avsettes under påvirkning av metandamp.
Produksjon av steiner på grunn av eksplosiv syntese.

Selv om alle kjenner formelen til en diamant, eller dens uslipte substans (diamant), var ingen av forskerne i stand til nøyaktig å gjengi en stein med samme krystallgitterstruktur, som naturen gjorde. Derfor er kostnaden for steinen basert på høy level, og produksjonen fra jordens tarmer stopper ikke.

Fysiske egenskaper av diamanter

Urenheter i diamant

Selvfølgelig er ingenting perfekt i naturen. Så diamanter inneholder også visse urenheter som ikke reflekteres i formelen til stoffet, selv om de påvirker utseendet. Spesielt endres nyansen og gjennomsiktigheten til steinen, men ikke dens egenskaper. Antallet slike urenheter kan nå 1018 atomer per 1 cm3. Og avhengig av typen urenheter, får steinen en nyanse, og prisen på diamanten endres også. Blant disse urenhetene er:

silisium;
kalsium;
magnesium;
nitrogen;
aluminium.

For ikke å krenke formelen og sammensetningen av steinen, bør slike stoffer ikke være mer enn 2% av en type, og ikke mer enn 5% generelt. Hvis mengden urenheter i en diamant er større, endrer steinen betydelig utseende og brukes ikke i smykker, men sendes til industrielle behov.

De fleste faste stoffer har krystallinsk struktur, som er preget strengt definert arrangement av partikler. Hvis du kobler partiklene med konvensjonelle linjer, får du et romlig rammeverk kalt krystallgitter. Punktene der krystallpartikler befinner seg kalles gitternoder. Nodene til et tenkt gitter kan inneholde atomer, ioner eller molekyler.

Avhengig av arten av partiklene lokalisert ved nodene og arten av forbindelsen mellom dem, skilles fire typer krystallgitter ut: ioniske, metalliske, atomære og molekylære.

Ionisk kalles gitter hvis noder det er ioner.

De er dannet av stoffer med ioniske bindinger. Ved nodene til et slikt gitter er det positive og negative ioner koblet til hverandre ved elektrostatisk interaksjon.

Ioniske krystallgitter har salter, alkalier, aktive metalloksider. Ioner kan være enkle eller komplekse. For eksempel ved gitterstedene til natriumklorid er det enkle natriumioner Na og klor Cl − , og ved gitterstedene til kaliumsulfat veksler enkle kaliumioner K og komplekse sulfationer S O 4 2 −.

Bindingene mellom ioner i slike krystaller er sterke. Derfor er ioniske stoffer faste, ildfaste, ikke-flyktige. Slike stoffer er gode løses opp i vann.

Krystallgitter av natriumklorid

Natriumkloridkrystall

Metall kalt gitter, som består av positive ioner og metallatomer og frie elektroner.

De er dannet av stoffer med metalliske bindinger. Ved nodene til et metallgitter er det atomer og ioner (enten atomer eller ioner, som atomer lett blir til, og gir fra seg sine ytre elektroner til vanlig bruk).

Slike krystallgitter er karakteristiske for enkle stoffer av metaller og legeringer.

Smeltepunktene til metaller kan være forskjellige (fra \(–37\) °C for kvikksølv til to til tre tusen grader). Men alle metaller har en egenskap metallisk glans, formbarhet, duktilitet, lede strøm godt og varme.

Metall krystallgitter

Maskinvare

Atomgitter kalles krystallgitter, ved nodene som det er individuelle atomer forbundet med kovalente bindinger.

Diamant har denne typen gitter - en av de allotropiske modifikasjonene av karbon. Stoffer med et atomisk krystallgitter inkluderer grafitt, silisium, bor og germanium, samt komplekse stoffer, for eksempel karborundum SiC og silika, kvarts, bergkrystall, sand, som inkluderer silisiumoksid (\(IV\)) Si O 2.

Slike stoffer er karakterisert høy styrke og hardhet. Dermed er diamant det hardeste naturlige stoffet. Stoffer med et atomisk krystallgitter har veldig høye temperaturer smelting og kokende. For eksempel er smeltepunktet for silika \(1728\) °C, mens det for grafitt er høyere - \(4000\) °C. Atomkrystaller er praktisk talt uløselige.

Diamant krystallgitter

Diamant

Molekylær kalles gitter, ved hvilke noder det er molekyler forbundet med svake intermolekylære interaksjoner.

Til tross for at atomene inne i molekylene er forbundet med veldig sterke kovalente bindinger, virker svake krefter av intermolekylær tiltrekning mellom molekylene selv. Derfor har molekylære krystaller lav styrke og hardhet, lave smeltepunkter og kokende. Mange molekylære stoffer er væsker og gasser ved romtemperatur. Slike stoffer er flyktige. For eksempel fordamper krystallinsk jod og fast karbonmonoksid (\(IV\)) ("tørris") uten å bli flytende. Noen molekylære stoffer har lukte.

Denne typen gitter har enkle stoffer i fast aggregeringstilstand: edelgasser med monoatomiske molekyler (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ), samt ikke-metaller med to- og polyatomiske molekyler (H 2, O 2, N 2, Cl 2, I 2, O 3, P 4, S 8).

De har et molekylært krystallgitter også stoffer med kovalente polare bindinger: vann - is, fast ammoniakk, syrer, ikke-metalloksider. Flertall organiske forbindelser er også molekylære krystaller (naftalen, sukker, glukose).

Elskere av edelstener er veldig interessert i temaet strukturen til en diamant, dens beskrivelse og grunnleggende fysiske, mekaniske og kjemiske egenskaper. Denne vakre steinen er ikke-metallisk i sin kjemiske struktur og har en krystallinsk struktur. På kjemikernes språk er adamantium en kubisk allotropisk form for karbon. I smykker regnes denne formen for karbon som den dyreste av edelstener, og smykker med fasthet er veldig dyre. Dette skyldes det faktum at glansen til krystallene til dette stoffet ikke kan sammenlignes med noe annet. Og dessuten blekner den ikke eller riper. Det vil si at den polerte overflaten av krystaller i smykker alltid er behagelig for øyet.

Hvor paradoksalt det enn høres ut, har adamant og grafitt samme struktur. Og disse to diametralt motsatte stoffene har samme natur. Faktum er at både diamant og grafitt er dannet av karbonatomer. La oss se nærmere på strukturen og egenskapene til en diamant.

Strukturen til en diamantkrystall har form som et tetraeder, og karbonatomene er plassert i sentrum. Toppene i et slikt tetraeder er de nærmeste karbonatomene. Dette resulterer i en meget stabil atombinding i selve krystallstrukturen, og dette forklarer den økte styrken til stoffet. Atomene som utgjør enhetscellen er forbundet med hverandre med en kovalent binding. Denne funksjonen forklarer den høye tettheten til diamant.

Generelt kan en diamantkrystall tenkes som et gigantisk molekyl. La oss huske at molarmassen til denne krystallen er 12. Formen på krystallen er ikke relatert til antall ansikter på smykkesteinen. Kantene på en diamant vises når den behandles.

Den kjemiske strukturen til diamant er rent karbon. Men den inneholder fortsatt urenheter. Den kjemiske analysen som ble utført tillot oss å bestemme tilstedeværelsen av en viss mengde andre stoffer. Urenheter inkluderer stoffer som:

nitrogen;
magnesium;
aluminium;
silisium.

Og mange flere kjemiske elementer i det periodiske systemet. Dessuten er mange av elementene isomorfe inneslutninger. Men folk bruker diamanter til mer enn bare å lage smykker. Denne krystallen er mye brukt i teknologi. Og alt dette takket være dens unike egenskaper og høyeste styrke.

Den presenterte videoen viser tydelig krystallstrukturen til en diamant.

Fysiske egenskaper av diamant

Diamant er det hardeste stoffet som finnes i naturen.

En av variantene av adamant - korund - har en lignende struktur, men lavere hardhet (hardheten til korund er 150 ganger lavere enn for adamant) Det er verdt å nevne at hardheten til stoffer bestemmes på Mohs-skalaen. I henhold til denne rangeringen tildeles diamanter den høyeste hardhetsgraden – 10.

Derfor kan den brukes til å behandle metaller, inkludert høyfaste og harde mineraler, som beryl, granat, safir og andre. Diamantverktøy er svært motstandsdyktige mot slitasje. Hardheten og tettheten til diamant er høyere enn for kvarts og korund.

Men til tross for all dens hardhet, har diamanter høy skjørhet. Og selv en sterkt uttrykt tetthet reduserer ikke sannsynligheten for splitting når den slippes. Tross alt har rent krystallinsk karbon, som er hva diamant er, en flerlagsstruktur. Og med skarpe støt på en hard overflate kan den splittes på de stedene i strukturen hvor forbindelsen mellom atomene er veldig svak. Det er på stedene for spaltning av atomer at spaltning skjer.

Og med all slitestyrken og holdbarheten til dette stoffet, må det beskyttes mot fall på en hard overflate. Denne typen karbon har den høyeste varmeledningsevnen av alle faste stoffer. Den termiske ledningsevnen til diamant varierer fra 20 til 24 W/cm. Det må også sies at diamant er et dielektrikum. Dette forklares av særegenhetene til atombindinger i krystallen til dette stoffet.

Forbrenningstemperaturen til diamant i oksygen er 800°C. Denne varianten av karbon brenner med en vakker blå flamme. Men ved en temperatur på 2000°C og i fravær av oksygen, blir dette vakre mineralet til grafitt. Smeltepunktet for diamant er 3700-4000°C.

Den mest grunnleggende og verdifulle egenskapen til en diamant er dens brytningsindeks og høye spredningsgrad. Diamantens glans avhenger av disse egenskapene og er kjennetegnet til dette dyrebare mineralet. Vekten av diamanter måles i karat. Vekten av en karat diamant er omtrent 0,2 gram. For å bestemme denne verdien har gullsmeder de nødvendige tabellene og informasjonen.