Struktura e një kristali diamanti dhe rrjeta e tij kristalore. Diamanti mineral natyral: struktura, vetitë fizike dhe kimike Nga cila substancë përbëhet diamanti?

19.06.2020

Diamanti është një mineral natyral, një nga më të famshmit dhe më të shtrenjtët. Ka shumë spekulime dhe legjenda rreth tij, veçanërisht në lidhje me koston e tij dhe zbulimin e falsifikimeve. Një temë më vete për studim është lidhja midis diamantit dhe grafitit. Shumë njerëz e dinë se këto minerale janë të ngjashme, por jo të gjithë e dinë se çfarë saktësisht janë. Dhe jo të gjithë mund t'i përgjigjen pyetjes se si ndryshojnë. Çfarë dimë për strukturën e diamantit? Ose për kriteret e vlerësimit Gure te Cmuar?

Diamanti është një nga tre mineralet që janë një modifikim kristalor i karbonit. Dy të tjerët janë grafiti dhe lonsdaleite, i dyti mund të gjendet në meteorite ose të krijohet artificialisht. Dhe nëse këta gurë janë modifikime gjashtëkëndore, atëherë lloji i rrjetës së kristalit të diamantit është kub. Në këtë sistem, atomet e karbonit janë rregulluar në këtë mënyrë: një në çdo kulm dhe në qendër të fytyrës, dhe katër brenda kubit. Kështu, rezulton se atomet janë rregulluar në formën e tetraedroneve, dhe secili atom ndodhet në qendër të njërit prej tyre. Grimcat janë të lidhura me njëra-tjetrën nga lidhja më e fortë - kovalente, për shkak të së cilës diamanti ka fortësi të lartë.

Vetitë kimike

Përafërsisht, diamanti është karbon i pastër në përputhje me rrethanat, kristalet e diamantit duhet të jenë plotësisht transparente dhe të transmetojnë të gjithë dritën e dukshme. Por asgjë nuk është ideale në botë, që do të thotë se ky mineral gjithashtu ka papastërti. Besohet se përmbajtja maksimale e papastërtive në diamantet e bizhuterive nuk duhet të kalojë 5%. Përbërja e një diamanti mund të përfshijë substanca të ngurta, të lëngshme dhe të gazta, më të zakonshmet prej të cilave janë:

azoti;
alumini;
silikon;
kalcium;
magnezi.

Përbërja mund të përfshijë gjithashtu kuarc, granata, olivinë, minerale të tjera, okside hekuri, ujë dhe substanca të tjera. Shpesh këta elementë gjenden në mineral në formën e përfshirjeve mekanike të mineraleve, por disa prej tyre mund të zëvendësojnë karbonin në strukturën e diamantit - ky fenomen quhet izomorfizëm. Në këtë rast, përfshirjet mund të ndikojnë ndjeshëm në ngjyrën e saj, dhe përfshirjet e azotit i japin asaj veti ndriçuese.

Vetitë fizike

Struktura e një diamanti e përcakton atë vetitë fizike, ato vlerësohen sipas katër kritereve:

fortësi;
dendësia;
shpërndarja dhe thyerja e dritës;
qelizë kristalore.

Fortësia e mineraleve vlerësohet nga vlerësimi i saj sipas këtij sistemi është 10, ky është treguesi maksimal. Tjetra në listë është korundi, indeksi i tij është 9, por ngurtësia e tij është 150 herë më pak, që do të thotë epërsi absolute e diamantit në këtë tregues.

Sidoqoftë, ngurtësia e një minerali nuk nënkupton forcën e tij. Diamanti është mjaft i brishtë dhe thyhet lehtë nëse e godet me çekiç.

Pesha specifike e diamantit (dendësia) përcaktohet në intervalin nga 3,42 deri në 3,55 g/cm 3 . Përcaktohet nga raporti i peshës së mineralit me peshën e ujit me të njëjtin vëllim.

Përveç fortësisë, ka edhe indeks të lartë të thyerjes së dritës (2.417-2.421) dhe dispersion (0.0574). Ky kombinim i vetive lejon që diamanti të jetë guri më i çmuar dhe ideal i bizhuterive.

Vetitë e tjera fizike të mineralit janë gjithashtu të rëndësishme, si përçueshmëria termike (900-2300 W/m K), gjithashtu më e larta nga të gjitha substancat. Mund të vërehet gjithashtu aftësia e mineralit për të mos u tretur në acide dhe alkale, vetitë dielektrike, koeficienti i ulët i fërkimit për metalin në ajër dhe një pikë e lartë shkrirjeje prej 3700-4000 °C në një presion prej 11 GPa.

Ngjashmëritë dhe ndryshimet midis diamantit dhe grafitit

Karboni është një nga elementët më të bollshëm në Tokë dhe gjendet në shumë substanca, veçanërisht në organizmat e gjallë. Grafiti, si diamanti, përbëhet nga karboni, por strukturat e diamantit dhe grafitit janë shumë të ndryshme. Diamanti mund të shndërrohet në grafit nën ndikimin e temperaturave të larta pa qasje në oksigjen, por në kushte normale është në gjendje të mbetet i pandryshuar për një kohë të pacaktuar, kjo quhet metastabilitet, dhe përveç kësaj, lloji i rrjetës kristalore të diamantit është kub. Por grafiti është një mineral me shtresa, struktura e tij duket si një seri shtresash të vendosura në plane të ndryshme. Këto shtresa përbëhen nga gjashtëkëndësha që formojnë një sistem të ngjashëm me huall mjalti. Lidhje të forta krijohen vetëm midis këtyre gjashtëkëndëshave, por midis shtresave ato janë jashtëzakonisht të dobëta, gjë që shkakton shtresimin e mineralit. Përveç fortësisë së ulët, grafiti thith dritën dhe ka një shkëlqim metalik, i cili gjithashtu është shumë i ndryshëm nga diamanti.

Këto minerale janë shembulli më i mrekullueshëm i alotropisë - një fenomen në të cilin substancat kanë veti të ndryshme fizike, megjithëse ato përbëhen nga i njëjti element kimik.

Origjina e diamantit

Nuk ka një mendim të qartë se si formohen diamantet në natyrë, ekzistojnë teori magmatike, manteli, meteori dhe të tjera. Megjithatë, më i zakonshmi është magmatik. Besohet se diamantet formohen në një thellësi prej rreth 200 km nën një presion prej 50,000 atmosferash, dhe më pas nxirren në sipërfaqe së bashku me magmën gjatë formimit të tubave të kimberlitit. Diamantet variojnë nga mosha nga 100 milionë deri në 2.5 miliardë vjet. Gjithashtu është vërtetuar shkencërisht se diamantet mund të formohen kur një meteorit godet sipërfaqen e tokës, dhe gjithashtu mund të gjenden në vetë shkëmbin e meteorit. Megjithatë, kristalet e kësaj origjine janë jashtëzakonisht të vogla në madhësi dhe rrallë janë të përshtatshëm për përpunim.

Depozitat e diamantit

Depozitat e para në të cilat u zbuluan dhe u nxorrën diamantet ishin në Indi, por në fund të shekullit të 19-të ato u varfëruan rëndë. Sidoqoftë, ishte aty ku u minuan mostrat më të famshme, të mëdha dhe të shtrenjta. Dhe në shekujt 17 dhe 19, depozitat e mineralit u zbuluan në Brazil dhe Afrikën e Jugut. Historia është e mbushur me legjenda dhe fakte në lidhje me nxitimin e diamantit, të cilat lidhen veçanërisht me minierat e Afrikës së Jugut. Depozitat e fundit të diamantit të zbuluara ndodhen në Kanada, zhvillimi i tyre filloi vetëm në dekadën e fundit të shekullit të 20-të.

Minierat e Namibisë janë veçanërisht interesante, megjithëse minierat e diamanteve atje janë të vështira dhe të rrezikshme. Depozitat e kristalit janë të përqendruara nën një shtresë dheu, e cila edhe pse e vështirëson punën, tregon për cilësinë e lartë të mineraleve. Diamantet që kanë udhëtuar disa qindra kilometra në sipërfaqe me fërkime të vazhdueshme kundër shkëmbinjve të tjerë janë kristale të cilësisë më të ulët thjesht nuk do t'i rezistonin një udhëtimi të tillë, dhe për këtë arsye 95% e gurëve të minuar janë të cilësisë së bizhuterive. Gjithashtu të famshme dhe të pasura me minerale gjenden në Rusi, Botsvana, Angola, Guinea, Liberi, Tanzani dhe vende të tjera.

Përpunimi i diamantit

Përpunimi i diamantit kërkon përvojë, njohuri dhe aftësi të mëdha. Para fillimit të punës, është e nevojshme të studioni plotësisht gurin në mënyrë që më pas të ruani peshën e tij sa më shumë që të jetë e mundur dhe të shpëtoni nga përfshirjet. Lloji më i zakonshëm i prerjes së diamantit është i rrumbullakët, ai lejon që guri të shkëlqejë me të gjitha ngjyrat e tij dhe të reflektojë dritën sa më mirë që të jetë e mundur. Por kjo lloj pune është gjithashtu më e vështira: një diamant i rrumbullakët ka 57 avionë, dhe kur e preni, është e rëndësishme të ruani përmasa të sakta. Gjithashtu llojet e njohura të prerjeve janë: ovale, pika loti, zemra, marquise, smeraldi dhe të tjera. Ekzistojnë disa faza të përpunimit të mineraleve:

shënimi;
ndarje;
sharrimi;
rrumbullakimi;
prerje.

Ende besohet se pas përpunimit një diamant humbet rreth gjysmën e peshës së tij.

Kriteret e klasifikimit të diamantit

Kur nxjerrim diamante, vetëm 60% e mineraleve janë të përshtatshme për përpunim; Natyrisht, kostoja e gurëve të paprerë është dukshëm më e ulët se çmimi i diamanteve (më shumë se dy herë). Vlerësimi i diamanteve kryhet sipas sistemit 4C:

Karat (pesha në karat) - 1 karat është e barabartë me 0,2 g.
Ngjyra (ngjyra) - diamantet e pastra të bardha praktikisht nuk gjenden; Vlera e tij varet kryesisht nga ngjyra e një diamanti, shumica e gurëve që gjenden në natyrë kanë një nuancë rozë, blu dhe jeshile; Më të rrallat, më të bukurat dhe për këtë arsye më të shtrenjtat janë mineralet me ngjyra të pasura, ato quhen të zbukuruara. Më të rrallat prej tyre janë jeshile, vjollcë dhe e zezë.
Qartësia (pastërtia) është gjithashtu një tregues i rëndësishëm që përcakton praninë e defekteve në gur dhe ndikon ndjeshëm në koston e tij.
Prerja (prerja) - varet shumë nga prerja pamjen diamanti Përthyerja dhe reflektimi i dritës, një lloj shkëlqimi "diamanti", e bëjnë këtë gur kaq të vlefshëm dhe një formë apo përmasa e gabuar gjatë përpunimit mund ta shkatërrojë plotësisht atë.

Prodhimi i diamanteve artificiale

Tani teknologjia bën të mundur që të "rriten" diamante që praktikisht nuk dallohen nga ato natyrore. Ekzistojnë disa metoda të sintezës:

Si të dalloni një origjinal nga një fals

Kur flasim për metodat për përcaktimin e origjinalitetit të diamanteve, vlen të bëhet dallimi midis testimit të autenticitetit të diamanteve dhe diamanteve të përafërt. Një person i papërvojë mund të ngatërrojë një diamant me kuarcin, kristalin, mineralet e tjera transparente dhe madje edhe xhamin. Megjithatë, të jashtëzakonshme fizike dhe Vetitë kimike diamantet e bëjnë të lehtë të dallosh një falsifikim.

Para së gjithash, ia vlen të kujtojmë ngurtësinë. Ky gur mund të gërvisht çdo sipërfaqe, por vetëm një diamant tjetër mund të lërë gjurmë në të. Gjithashtu, asnjë djersë nuk mbetet në një kristal natyral nëse merrni frymë mbi të. Një gur i lagur do të ketë një shenjë si një laps nëse kaloni mbi të me alumin. Mund ta kontrolloni me një radiografi: një gur natyral nën rrezatim ka një ngjyrë të gjelbër të pasur. Ose shikoni tekstin: përmes një diamanti natyral do të jetë e pamundur ta dallosh atë. Vlen gjithashtu të përmendet se natyraliteti i gurit mund të kontrollohet me thyerjen e dritës: duke e mbajtur origjinalin në një burim drite, mund të shihni vetëm një pikë të ndritshme në qendër.

Diamanti- minerali më i fortë, një modifikim kub polimorfik (alotropik) i karbonit (C), i qëndrueshëm në presion të lartë. Në presionin atmosferik dhe temperaturën e dhomës është metastabile, por mund të ekzistojë pafundësisht pa u shndërruar në grafit, i cili është i qëndrueshëm në këto kushte. Në një vakum ose në një gaz inert në temperatura të ngritura, ai gradualisht shndërrohet në grafit.

STRUKTURA

Sistemi i diamantit është kub, grupi hapësinor Fd3m. Qeliza elementare e grilës kristalore të diamantit është një kub me qendër në fytyrë, në të cilin atomet e karbonit janë të vendosura në katër sektorë të rregulluar në një model shahu. Përndryshe, struktura e diamantit mund të përfaqësohet si dy grila kubike të përqendruara në fytyrë, të zhvendosur në lidhje me njëra-tjetrën përgjatë diagonales kryesore të kubit me një të katërtën e gjatësisë së tij. Një strukturë e ngjashme me diamantin gjendet në silikon, një modifikim në temperaturë të ulët të kallajit dhe disa substanca të tjera të thjeshta.

Kristalet e diamantit përmbajnë gjithmonë defekte të ndryshme në strukturën kristalore (pika, defekte lineare, përfshirje, kufij të nënkokrrizave, etj.). Defekte të tilla përcaktojnë kryesisht vetitë fizike të kristaleve.

VETITË

Diamanti mund të jetë i pangjyrë, transparent ndaj ujit ose i ngjyrosur në nuanca të ndryshme të verdhë, kafe, të kuqe, blu, jeshile, të zezë, gri.
Shpërndarja e ngjyrave është shpesh e pabarabartë, me njolla ose zonale. Nën ndikimin e rrezeve X, katodës dhe rrezet ultraviolet Shumica e diamanteve fillojnë të shkëlqejnë (luminesce) në ngjyrë blu, jeshile, rozë dhe ngjyra të tjera. Karakterizohet nga thyerja jashtëzakonisht e lartë e dritës. Indeksi i thyerjes (2.417 në 2.421) dhe shpërndarja e fortë (0.0574) janë përgjegjëse për shkëlqimin e shkëlqyeshëm dhe "lojën" shumëngjyrëshe të diamanteve me gurë të çmuar të prerë, të quajtur brilantë. Shkëlqimi është i fortë, nga diamanti në yndyrë Dendësia 3.5 g/cm 3. Në shkallën Mohs, ngurtësia relative e diamantit është 10, dhe ngurtësia absolute është 1000 herë më e lartë se ngurtësia e kuarcit dhe 150 herë ajo e zmerilit. Është më i larti midis të gjitha materialeve natyrore dhe artificiale. Në të njëjtën kohë, është mjaft i brishtë dhe thyhet lehtë. Fraktura është konkoidale. Nuk ndërvepron me acidet dhe alkalet në mungesë të agjentëve oksidues.
Në ajër, diamanti digjet në 850° C me formimin e CO 2; në një vakum në temperatura mbi 1500 ° C shndërrohet në grafit.

MORFOLOGJIA

Morfologjia e diamantit është shumë e larmishme. Ndodh si në formën e kristaleve të vetme ashtu edhe në formën e ndërrritjeve polikristaline ("dërrasë", "ballas", "karbonado"). Diamantet nga depozitat e kimberlitit kanë vetëm një formë të përbashkët me faqe të sheshtë - oktaedrin. Në të njëjtën kohë, diamantet me forma karakteristike të lakuara janë të zakonshme në të gjitha depozitat - dodekaedroidet rombike (kristale të ngjashme me një dodekaedron rombik, por me skaje të rrumbullakosura), dhe kuboide (kristale me formë të lakuar). Siç kanë treguar studimet eksperimentale dhe studimi i mostrave natyrore, në shumicën e rasteve, kristalet në formë dodekaedroidi lindin si rezultat i shpërbërjes së diamanteve nga shkrirja e kimberlitit. Kuboidët formohen si rezultat i rritjes specifike fibroze të diamanteve sipas mekanizmit normal të rritjes.

Kristalet sintetike të rritura në presione dhe temperatura të larta shpesh kanë faqe kubike dhe ky është një nga dallimet e tyre karakteristike nga kristalet natyrore. Kur rritet në kushte metastabile, diamanti kristalizohet lehtësisht në formën e filmave dhe agregateve kolone.

Madhësitë e kristaleve ndryshojnë nga mikroskopike në shumë të mëdha, masa e diamantit më të madh, "Cullinan", i gjetur në 1905. në Afrikën e Jugut 3106 karat (0,621 kg).
U shpenzuan disa muaj duke studiuar diamantin e madh dhe në vitin 1908 ai u nda në 9 pjesë të mëdha.
Diamantet që peshojnë më shumë se 15 karat janë të rrallë, por diamantet që peshojnë mbi njëqind karat janë unike dhe konsiderohen të rralla. Gurë të tillë janë shumë të rrallë dhe shpesh marrin emrat e tyre, famën botërore dhe vendin e tyre të veçantë në histori.

ORIGJINA

Edhe pse diamanti është metastabil në kushte normale, për shkak të qëndrueshmërisë së strukturës së tij kristalore mund të ekzistojë pafundësisht pa u shndërruar në një modifikim të qëndrueshëm të karbon-grafitit. Diamantet që dalin në sipërfaqe nga kimberlitë ose lamproitët kristalizohen në mantel në një thellësi prej 200 km. ose më shumë në një presion prej më shumë se 4 GPa dhe një temperaturë prej 1000 - 1300 ° C. Në disa depozita ka edhe diamante më të thella të sjella nga zona e tranzicionit ose nga manteli i poshtëm. Së bashku me këtë, ato barten në sipërfaqen e Tokës si rezultat i proceseve shpërthyese që shoqërojnë formimin e tubave të kimberlitit, 15-20% e të cilëve përmbajnë diamant.

Diamantet gjenden gjithashtu në komplekset metamorfike me presion ultra të lartë. Ato janë të lidhura me eclogites dhe gneisses granate të metamorfozuar thellësisht. Diamante të vegjël janë gjetur në sasi të konsiderueshme në meteorite. Ata kanë një origjinë shumë të lashtë, para-diellore. Ato formohen gjithashtu në astroblema të mëdha - krateret gjigante meteoritësh, ku shkëmbinjtë e shkrirë përmbajnë sasi të konsiderueshme diamanti të imët kristalor. Një depozitë e njohur e këtij lloji është astroblema Popigai në Siberinë veriore.

Diamantet janë një mineral i rrallë, por në të njëjtën kohë mjaft i përhapur. Depozitat industriale të diamanteve janë të njohura në të gjitha kontinentet, përveç Antarktidës. Janë të njohura disa lloje depozitash diamanti. Për disa mijëra vjet, diamantet janë nxjerrë nga depozitat aluviale. Vetëm në fund të shekullit të 19-të, kur u zbuluan për herë të parë tubat e kimberlitit me diamant, u bë e qartë se diamantet nuk formohen në sedimentet e lumenjve. Përveç kësaj, diamante u gjetën në shkëmbinjtë e kores në lidhje me metamorfizmin me presion ultra të lartë, për shembull në masivin Kokchetav në Kazakistan.

Diamantet me ndikim dhe metamorfikë ndonjëherë formojnë depozita shumë të mëdha, me rezerva të mëdha dhe përqendrime të larta. Por në këto lloj depozitash diamantet janë aq të vogla sa nuk kanë vlerë industriale. Depozitat komerciale të diamanteve shoqërohen me tuba kimberlite dhe lamproite të lidhura me kratonët e lashtë. Depozitat kryesore të këtij lloji njihen në Afrikë, Rusi, Australi dhe Kanada.

APLIKACION

Kristalet e mira priten dhe përdoren në bizhuteri. Rreth 15% e diamanteve të minuara konsiderohen bizhuteri, 45% të tjera konsiderohen pothuajse bizhuteri, domethënë inferiore ndaj bizhuterive në madhësi, ngjyrë ose qartësi. Aktualisht, prodhimi global i diamanteve është rreth 130 milionë karat në vit.
Diamanti(nga frëngjishtja brillant - brilliant), është një diamant që i është dhënë një formë e veçantë përmes përpunimit mekanik (prerjes), një prerje brilante, e cila maksimizon vetitë optike të gurit si shkëlqimin dhe shpërndarjen e ngjyrave.
Diamante dhe fragmente shumë të vogla, të papërshtatshme për prerje, përdoren si gërryes për prodhimin e veglave diamanti të nevojshme për përpunimin e materialeve të forta dhe prerjen e vetë diamanteve. Një shumëllojshmëri kriptokristaline diamanti me ngjyrë të zezë ose gri të errët, që formon agregate të dendura ose poroze, quhet Karbonado, ka një rezistencë më të lartë ndaj gërryerjes se kristalet e diamantit dhe për këtë arsye vlerësohet veçanërisht në industri.

Kristalet e vogla rriten gjithashtu artificialisht në sasi të mëdha. Diamantet sintetike përftohen nga substanca të ndryshme që përmbajnë karbon, kryesisht nga grafiti, në veçanti. aparate në 1200-1600°C dhe presione 4,5-8,0 GPa në prani të Fe, Co, Cr, Mn ose lidhjeve të tyre. Ato janë të përshtatshme vetëm për përdorim teknik.

Diamant - C

KLASIFIKIMI

Strunz (botimi i 8-të)	1/B.02-40
Dana (edicioni i 7-të)	1.3.5.1
Dana (edicioni i 8-të)	1.3.6.1
Hey's CIM Ref.	1.24

VETITË FIZIKE

Ngjyra minerale	pangjyrë, të verdhë-kafe që zbehet në të verdhë, kafe, e zezë, blu, jeshile ose e kuqe, rozë, kafe konjak, blu, jargavan (shumë e rrallë)
Ngjyra e goditjes	nr
Transparenca	transparent, i tejdukshëm, i errët
Shkëlqej	diamant, i guximshëm
Dekolte	oktaedrin perfekt
Fortësia (shkalla Mohs)	10
Kërcim	i pabarabartë
Forcë	i brishtë
Dendësia (e matur)	3,5 – 3,53 g/cm3
Radioaktiviteti (GRapi)	0
Vetitë termike	Përçueshmëri e lartë termike. Ndihet e ftohtë në prekje, prandaj diamantet quhen "akull" në zhargon.

Në këtë artikull:

Diamanti është një mineral i çmuar që është gjithashtu substanca më e fortë në Tokë. Dhe mes bizhuterive, diamanti është një nga gurët më të shtrenjtë që tërheq vëmendjen e vajzave. Prandaj, shumë njerëz janë të interesuar se si formohet një gur, cila është formula e një diamanti dhe nëse mund të rritet në një laborator. Shkencëtarët ende, pas një shekulli eksperimentesh, nuk mund t'u përgjigjen të gjitha pyetjeve me saktësi, pasi në disa situata guri sillet në mënyrë jonormale.

Formula e substancës

Diamanti është bërë tërësisht nga karboni. Ky element përmbahet rreth 0,15% në koren e Tokës. Numri atomik i substancës është 6, që tregon numrin e protoneve në bërthamë. Prandaj, diamantet, të cilat përbëhen tërësisht nga karboni, domethënë janë një formë alotropike e kësaj substance, kanë të njëjtin numër atomik.

Rregullimi i atomeve në diamant dhe grafit

Një koncept i tillë si një formë e modifikimit alotropik do të thotë që nga një substancë e thjeshtë, për shembull, karboni, mund të formohen substanca të tjera të thjeshta, të cilat do të ndryshojnë nga njëra-tjetra në vetitë dhe strukturën atomike. Kjo do të thotë, përmbajtja është e njëjtë, por forma dhe pamja janë krejtësisht të ndryshme, merrni të paktën të kundërtat: grafiti dhe diamanti. Për më tepër, karboni është një nga substancat e pakta që ka disa forma modifikimesh.

Ekzistojnë substanca që përbëhen vetëm nga karboni:

diamant;
grafit;
karabinë;
lonsdaleite;
fullerene;
nanotuba karboni për prodhimin e mikrofibrave;
grafen;
qymyr, blozë.

Një pyetje interesante për shkencëtarët është nëse një modifikim alotropik mund të shndërrohet në një tjetër. Kjo është pikërisht ajo që ata po bëjnë në lidhje me grafitin dhe substancat e tjera nga ky grup. Sepse kostoja e një diamanti është më e larta, dhe çmimi i modifikimeve të tjera është më i ulët. Deri më tani, procesi është i mundur vetëm në drejtim të kundërt: nëse një diamant nxehet pa ajër në një temperaturë mbi 500 gradë Celsius, guri do të shpërthejë dhe do të shndërrohet në grafit. Për më tepër, shkrirja e mëtejshme e gurit tregon rezultate anormale, të ndryshme nga substancat e tjera. Por reagimi nuk ndodh në drejtim të kundërt.

Dallimi midis modifikimeve shpjegohet nga struktura e rrjetës kristalore të substancës. Formula kimike nuk luan ndonjë rol këtu. E gjithë çështja qëndron në konfigurimin hapësinor të atomeve të karbonit dhe lidhjet midis tyre. Kështu, në strukturën e diamantit, grila ka një strukturë kubike.

Lidhja midis atomeve është më e forta, nga pikëpamja kimike, kovalente. Për më tepër, sistemi kub përdor vetëm 18 atome dhe konsiderohet forma më e dendur e paketimit të këtyre grimcave. Prandaj, diamanti është substanca më e fortë në planet.

Në qendrat e faqeve të katërkëndëshit ka edhe atome të lidhura me njëri-tjetrin në mënyrë kovalente. Por nëse marrim në konsideratë të njëjtin grafit, atëherë në rrjetën e tij kristalore disa nga lidhjet janë kovalente, dhe disa janë disulfide, të cilat tentojnë të thyhen. Si rezultat, elektronet mund të migrojnë dhe substanca fiton veti metalike.

Por kjo është një analizë e formave atomike të karbonit, pasi janë atomet që formojnë rrjetën kristalore. Por kohët e fundit, shkencëtarët kanë zbuluar forma molekulare të substancës në përbërjen e fullereneve, poliedra të bëra nga karboni. Tani janë zbuluar komponime të reja molekulare që përmbajnë karbon - nga C60 në C540, të cilat janë duke u studiuar.

Bazuar në formulën, si dhe në konfigurimin e atomeve, shkencëtarët përpiqen të rikrijojnë foton në laborator. Në natyrë, diamantet gjenden në tubat e kimberlitit dhe lamproitit, si dhe në vendosëset. Gurët formohen gjatë miliona viteve në kushte të caktuara që përfshijnë shkëmbinj magmatikë, aktivitet sizmik dhe gjithashtu nën ndikimin e temperaturave të larta.

Ekziston edhe një version në lidhje me futjen e diamanteve së bashku me meteoritët, pasi ka mjaft karbon në hapësirën e jashtme. Shkencëtarët zbuluan gjithashtu një nga modifikimet e tij - losdaleite - në meteoritë.

Sot, diamantet prodhohen në mënyrat e mëposhtme:

Nën presion dhe temperaturë të lartë makina speciale. Shkencëtarët po përpiqen të marrin grafit për të formuar lidhje të reja kovalente. Ky lloj guri quhet HPHT.
Metoda e filmit përfshin gjithashtu grafitin, i cili depozitohet nën ndikimin e avullit të metanit.
Prodhimi i gurëve për shkak të sintezës shpërthyese.

Edhe pse të gjithë e dinë formulën e një diamanti, ose substancën e tij të paprerë (diamantin), asnjë nga shkencëtarët nuk ishte në gjendje të riprodhonte me saktësi një gur me të njëjtën strukturë rrjetë kristalore, siç bëri natyra. Prandaj, kostoja e gurit bazohet në nivel të lartë, dhe prodhimi nga zorrët e Tokës nuk ndalet.

Vetitë fizike të diamanteve

Papastërtitë në diamant

Natyrisht, asgjë nuk është e përsosur në natyrë. Pra, diamantet përmbajnë edhe papastërti të caktuara që nuk pasqyrohen në formulën e substancës, megjithëse ndikojnë në pamjen e saj. Në veçanti, hija dhe transparenca e gurit ndryshojnë, por jo vetitë e tij. Numri i papastërtive të tilla mund të arrijë 1018 atome për 1 cm3. Dhe në varësi të llojit të papastërtive, guri merr një hije, dhe kostoja e diamantit gjithashtu ndryshon. Ndër këto papastërti janë:

silikon;
kalcium;
magnez;
azoti;
alumini.

Për të mos shkelur formulën dhe përbërjen e gurit, substanca të tilla duhet të jenë jo më shumë se 2% të një lloji dhe jo më shumë se 5% në përgjithësi. Nëse sasia e papastërtive në një diamant është më e madhe, atëherë guri ndryshon dukshëm pamjen e tij dhe nuk përdoret në bizhuteri, por dërgohet për nevoja industriale.

Shumica e lëndëve të ngurta kanë kristalore struktura, e cila karakterizohet rregullimi i përcaktuar rreptësisht i grimcave. Nëse i lidhni grimcat me linja konvencionale, ju merrni një kornizë hapësinore të quajtur rrjetë kristali. Pikat në të cilat ndodhen grimcat kristalore quhen nyje grilë. Nyjet e një rrjete imagjinare mund të përmbajnë atome, jone ose molekula.

Në varësi të natyrës së grimcave të vendosura në nyjet dhe natyrës së lidhjes ndërmjet tyre, dallohen katër lloje të grilave kristalore: jonike, metalike, atomike dhe molekulare.

Jonike quhen rrjeta në nyjet e të cilave ka jone.

Ato formohen nga substanca me lidhje jonike. Në nyjet e një grilë të tillë ka jone pozitive dhe negative të lidhura me njëri-tjetrin me ndërveprim elektrostatik.

Rrjetat jonike kristalore kanë kripëra, alkale, oksidet aktive të metaleve. Jonet mund të jenë të thjeshtë ose kompleks. Për shembull, në vendet e rrjetës së klorurit të natriumit ka jone të thjeshta natriumi Na dhe klor Cl-, dhe në vendet e rrjetës së sulfatit të kaliumit, jonet e thjeshta të kaliumit K dhe jonet komplekse të sulfatit S O 4 2 - alternojnë.

Lidhjet midis joneve në kristale të tilla janë të forta. Prandaj, substancat jonike janë të ngurta, zjarrduruese, jo të paqëndrueshme. Substanca të tilla janë të mira tretet në ujë.

Rrjetë kristalore e klorurit të natriumit

Kristal klorur natriumi

Metal të quajtura grilë, të cilat përbëhen nga jone pozitive dhe atome metalike dhe elektrone të lira.

Ato formohen nga substanca me lidhje metalike. Në nyjet e një grilë metalike ka atome dhe jone (ose atome ose jone, në të cilat atomet kthehen lehtësisht, duke hequr dorë nga elektronet e tyre të jashtme për përdorim të përbashkët).

Rrjeta të tilla kristalore janë karakteristike për substancat e thjeshta të metaleve dhe lidhjeve.

Pikat e shkrirjes së metaleve mund të jenë të ndryshme (nga \(–37\) °C për merkurin deri në dy deri në tre mijë gradë). Por të gjitha metalet kanë një karakteristikë shkëlqim metalik, lakueshmëria, duktiliteti, përçojnë mirë elektricitetin dhe ngrohtësi.

Rrjetë kristalore metalike

Hardware

Grilat atomike quhen rrjeta kristalore, në nyjet e të cilave ka atome individuale të lidhura me lidhje kovalente.

Diamanti ka këtë lloj grilë - një nga modifikimet alotropike të karbonit. Substancat me një rrjetë kristalore atomike përfshijnë grafit, silic, bor dhe germanium, si dhe substanca komplekse, për shembull karborund SiC dhe silicë, kuarc, kristal shkëmbi, rërë, të cilat përfshijnë oksid silikoni (\(IV\)) Si O 2.

Substancat e tilla karakterizohen forcë të lartë dhe fortësi. Kështu, diamanti është substanca më e fortë natyrore. Substancat me një rrjetë kristal atomike kanë shumë temperaturat e larta shkrirja dhe zierje. Për shembull, pika e shkrirjes së silicës është \(1728\) °C, ndërsa për grafitin është më e lartë - \(4000\) °C. Kristalet atomike janë praktikisht të pazgjidhshëm.

Grilë kristal diamanti

Diamanti

molekulare quhen grila, në nyjet e të cilave ka molekula të lidhura me ndërveprime të dobëta ndërmolekulare.

Përkundër faktit se atomet brenda molekulave janë të lidhur me lidhje kovalente shumë të forta, forcat e dobëta të tërheqjes ndërmolekulare veprojnë midis vetë molekulave. Prandaj, kristalet molekulare kanë forca e ulët dhe fortësia, pika të ulëta të shkrirjes dhe zierje. Shumë substanca molekulare janë lëngje dhe gazra në temperaturën e dhomës. Substancat e tilla janë të paqëndrueshme. Për shembull, jodi kristalor dhe monoksidi i ngurtë i karbonit (\(IV\)) ("akulli i thatë") avullohen pa u kthyer në një gjendje të lëngshme. Disa substanca molekulare kanë erë .

Ky lloj rrjete ka substanca të thjeshta në gjendje të ngurtë grumbullimi: gaze fisnike me molekula monotomike (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ), si dhe jometalet me dy- dhe molekulat poliatomike (H 2, O 2, N 2, Cl 2, I 2, O 3, P 4, S 8).

Ata kanë një rrjetë kristalore molekulare gjithashtu substanca me lidhje polare kovalente: ujë - akull, amoniak i ngurtë, acide, oksidet jometale. Shumica komponimet organike janë edhe kristale molekulare (naftalinë, sheqer, glukozë).

Dashamirët e gurëve të çmuar janë shumë të interesuar për temën e strukturës së një diamanti, përshkrimin e tij dhe vetitë themelore fizike, mekanike dhe kimike. Ky gur i bukur është jo metalik në strukturën e tij kimike dhe ka një strukturë kristalore. Në gjuhën e kimistëve, adamantium është një formë kubike alotropike e karbonit. Në bizhuteri, kjo formë e karbonit konsiderohet më e shtrenjta e gurëve të çmuar, dhe bizhuteritë me këmbëngulje janë shumë të shtrenjta. Kjo për faktin se shkëlqimi i kristaleve të kësaj substance nuk mund të krahasohet me asgjë tjetër. Dhe përveç kësaj, nuk zbehet dhe nuk gërvishtet. Kjo do të thotë, sipërfaqja e lëmuar e kristaleve në bizhuteri është gjithmonë e këndshme për syrin.

Sado paradoksale që tingëllon, këmbëngulja dhe grafiti kanë të njëjtën strukturë. Dhe këto dy substanca diametralisht të kundërta kanë të njëjtën natyrë. Fakti është se diamanti dhe grafiti formohen nga atomet e karbonit. Le të hedhim një vështrim më të afërt në strukturën dhe vetitë e një diamanti.

Struktura e një kristali diamanti ka formën e një tetraedri, dhe atomet e karbonit janë të vendosura në qendër. Kulmet në një katërkëndor të tillë janë atomet më të afërt të karbonit. Kjo rezulton në një lidhje atomike shumë të qëndrueshme në vetë strukturën kristalore, dhe kjo shpjegon forcën e shtuar të substancës. Atomet që përbëjnë qelizën njësi janë të lidhur me njëri-tjetrin me një lidhje kovalente. Kjo veçori shpjegon densitetin e lartë të diamantit.

Në përgjithësi, një kristal diamanti mund të imagjinohet si një molekulë gjigante. Le të kujtojmë atë masë molare i këtij kristali është 12. Forma e kristalit nuk lidhet me numrin e faqeve të gurit të bizhuterive. Skajet e një diamanti shfaqen kur përpunohet.

Struktura kimike e diamantit është karboni i pastër. Por ende përmban papastërti. Analiza kimike e kryer na lejoi të përcaktojmë praninë e një sasie të caktuar substancash të tjera. Papastërtitë përfshijnë substanca të tilla si:

azoti;
magnez;
alumini;
silikoni.

Dhe shumë elementë të tjerë kimikë të tabelës periodike. Për më tepër, shumë nga elementët janë përfshirje izomorfe. Por njerëzit përdorin diamantet për më shumë sesa thjesht për të bërë bizhuteri. Ky kristal përdoret gjerësisht në teknologji. Dhe e gjithë kjo falë vetive unike dhe forcës më të lartë.

Videoja e paraqitur tregon qartë strukturën kristalore të një diamanti.

Vetitë fizike të diamantit

Diamanti është substanca më e fortë që gjendet në natyrë.

Një nga varietetet e adamantit - korundi - ka një strukturë të ngjashme, por fortësi më të ulët (ngurtësia e zmerilit është 150 herë më e ulët se ajo e adamantit, vlen të përmendet se ngurtësia e substancave përcaktohet në shkallën Mohs). Sipas kësaj renditjeje, diamantëve u është caktuar ngurtësia më e lartë - 10.

Prandaj, mund të përdoret për përpunimin e metaleve, duke përfshirë minerale me forcë të lartë dhe të forta, të tilla si berili, granati, safiri dhe të tjerët. Mjetet e diamantit janë shumë rezistente ndaj gërryerjes. Fortësia dhe dendësia e diamantit është më e lartë se ajo e kuarcit dhe korundit.

Por me gjithë ngurtësinë e tij, diamantet kanë brishtësi të lartë. Dhe madje edhe një densitet shumë i shprehur nuk zvogëlon gjasat e ndarjes kur bien. Në fund të fundit, karboni i pastër kristalor, i cili është diamanti, ka një strukturë shumështresore. Dhe me goditje të mprehta në një sipërfaqe të fortë, ajo mund të ndahet në ato vende të strukturës ku lidhja midis atomeve është shumë e dobët. Pikërisht në vendet e ndarjes së atomeve ndodh ndarja.

Dhe me gjithë rezistencën ndaj konsumit dhe qëndrueshmërinë e kësaj substance, ajo duhet të mbrohet nga rënia në një sipërfaqe të fortë. Ky lloj karboni ka përçueshmërinë termike më të lartë nga të gjitha lëndët e ngurta. Përçueshmëria termike e diamantit varion nga 20 në 24 W/cm. Duhet thënë gjithashtu se diamanti është një dielektrik. Kjo shpjegohet me veçoritë e lidhjeve atomike në kristalin e kësaj substance.

Temperatura e djegies së diamantit në oksigjen është 800°C. Kjo shumëllojshmëri karboni digjet me një flakë të bukur blu. Por në një temperaturë prej 2000°C dhe në mungesë të oksigjenit, ky mineral i bukur kthehet në grafit. Pika e shkrirjes së diamantit është 3700-4000°C.

Vetia më themelore dhe më e vlefshme e një diamanti është indeksi i thyerjes dhe shkalla e lartë e dispersionit. Shkëlqimi i diamanteve varet nga këto karakteristika dhe është shenjë dalluese këtë mineral të çmuar. Pesha e diamanteve matet në karat. Pesha e një karat diamanti është afërsisht 0.2 gram. Për të përcaktuar këtë vlerë, argjendaritë kanë tabelat dhe informacionin e nevojshëm.