La structure d'un cristal de diamant et son réseau cristallin. Diamant minéral naturel : structure, propriétés physiques et chimiques De quelle substance est constitué le diamant ?

19.06.2020

Le diamant est un minéral naturel, l’un des plus connus et des plus chers. De nombreuses spéculations et légendes l’entourent, notamment en ce qui concerne son coût et la détection des contrefaçons. Un autre sujet d’étude est le lien entre le diamant et le graphite. Beaucoup de gens savent que ces minéraux sont similaires, mais tout le monde ne sait pas exactement de quoi il s’agit. Et tout le monde ne peut pas répondre à la question de savoir en quoi ils diffèrent. Que savons-nous de la structure du diamant ? Ou sur les critères d'évaluation pierres précieuses?

Le diamant est l’un des trois minéraux qui constituent une modification cristalline du carbone. Les deux autres sont le graphite et la lonsdaleite, la seconde peut être trouvée dans les météorites ou créée artificiellement. Et si ces pierres sont des modifications hexagonales, alors le type de réseau cristallin de diamant est un cube. Dans ce système, les atomes de carbone sont disposés de cette manière : un à chaque sommet et au centre de la face, et quatre à l'intérieur du cube. Ainsi, il s’avère que les atomes sont disposés sous forme de tétraèdres et que chaque atome est situé au centre de l’un d’eux. Les particules sont reliées les unes aux autres par la liaison la plus forte - covalente, grâce à laquelle le diamant a une dureté élevée.

Propriétés chimiques

En gros, le diamant est du carbone pur ; par conséquent, les cristaux de diamant doivent être complètement transparents et transmettre toute la lumière visible. Mais rien n’est idéal au monde, ce qui signifie que ce minéral contient aussi des impuretés. On pense que la teneur maximale en impuretés dans les diamants de joaillerie ne doit pas dépasser 5 %. La composition d'un diamant peut comprendre à la fois des substances solides, liquides et gazeuses, dont les plus courantes sont :

azote;
aluminium;
silicium;
calcium;
magnésium.

La composition peut également comprendre du quartz, des grenats, de l'olivine, d'autres minéraux, des oxydes de fer, de l'eau et d'autres substances. Ces éléments se trouvent souvent dans le minéral sous forme d'inclusions minérales mécaniques, mais certains d'entre eux peuvent remplacer le carbone dans la structure du diamant - ce phénomène est appelé isomorphisme. Dans ce cas, les inclusions peuvent affecter considérablement sa couleur, et les inclusions d'azote lui confèrent des propriétés luminescentes.

Propriétés physiques

La structure d'un diamant détermine ses propriétés physiques, qui sont évaluées selon quatre critères :

dureté;
densité;
dispersion et réfraction de la lumière;
cellule cristalline.

La dureté des minéraux est évaluée par sa note selon ce système est de 10, c'est l'indicateur maximum. Le prochain sur la liste est le corindon, son indice est de 9, mais sa dureté est 150 fois inférieure, ce qui signifie la supériorité absolue du diamant dans cet indicateur.

Cependant, la dureté d’un minéral ne signifie pas sa force. Le diamant est assez fragile et se brise facilement si vous le frappez avec un marteau.

La densité du diamant (densité) est déterminée dans la plage de 3,42 à 3,55 g/cm 3 . Il est déterminé par le rapport entre le poids du minéral et le poids de l'eau du même volume.

En plus de la dureté, il possède également un indice de réfraction de la lumière (2,417-2,421) et une dispersion (0,0574) élevés. Cette combinaison de propriétés permet au diamant d’être la pierre de joaillerie la plus précieuse et la plus idéale.

D’autres propriétés physiques du minéral sont également importantes, comme la conductivité thermique (900-2 300 W/mK), également la plus élevée de toutes les substances. On peut également noter la capacité du minéral à ne pas se dissoudre dans les acides et les alcalis, ses propriétés diélectriques, son faible coefficient de friction du métal dans l'air et son point de fusion élevé de 3 700 à 4 000 °C à une pression de 11 GPa.

Similitudes et différences entre le diamant et le graphite

Le carbone est l’un des éléments les plus répandus sur Terre et se trouve dans de nombreuses substances, notamment dans les organismes vivants. Le graphite, comme le diamant, est constitué de carbone, mais les structures du diamant et du graphite sont très différentes. Le diamant peut se transformer en graphite sous l'influence de températures élevées sans accès à l'oxygène, mais dans des conditions normales, il peut rester inchangé indéfiniment, c'est ce qu'on appelle la métastabilité et, de plus, le type de réseau cristallin du diamant est un cube. Mais le graphite est un minéral en couches, sa structure ressemble à une série de couches situées dans différents plans. Ces couches sont constituées d’hexagones qui forment un système en forme de nid d’abeille. Des liens forts se forment uniquement entre ces hexagones, mais entre les couches, ils sont extrêmement faibles, ce qui provoque la stratification du minéral. En plus de sa faible dureté, le graphite absorbe la lumière et possède un éclat métallique, également très différent du diamant.

Ces minéraux sont l’exemple le plus frappant d’allotropie – un phénomène dans lequel des substances ont des propriétés physiques différentes, bien qu’elles soient constituées du même élément chimique.

Origine du diamant

Il n'y a pas d'opinion claire sur la façon dont les diamants se forment dans la nature ; il existe des théories magmatiques, mantelliques, météoritiques et autres. Cependant, le plus courant est igné. On pense que les diamants se forment à une profondeur d'environ 200 km sous une pression de 50 000 atmosphères, puis sont remontés à la surface avec le magma lors de la formation des cheminées de kimberlite. L'âge des diamants varie de 100 millions à 2,5 milliards d'années. Il a également été scientifiquement prouvé que des diamants peuvent se former lorsqu’une météorite heurte la surface de la terre et peuvent également être trouvés dans la roche météoritique elle-même. Cependant, les cristaux de cette origine sont de taille extrêmement petite et se prêtent rarement à la transformation.

Gisements de diamants

Les premiers gisements dans lesquels des diamants ont été découverts et extraits se trouvaient en Inde, mais à la fin du XIXe siècle, ils étaient gravement épuisés. Cependant, c’est là que furent extraits les échantillons les plus célèbres, les plus volumineux et les plus coûteux. Et aux XVIIe et XIXe siècles, des gisements de minéraux ont été découverts au Brésil et en Afrique du Sud. L’histoire regorge de légendes et de faits sur la ruée vers les diamants, spécifiquement associés aux mines sud-africaines. Les derniers gisements de diamants découverts se trouvent au Canada ; leur développement n'a commencé que dans la dernière décennie du 20e siècle.

Les mines de Namibie sont particulièrement intéressantes, même si l’extraction de diamants y est difficile et dangereuse. Les dépôts de cristaux sont concentrés sous une couche de sol, ce qui, bien que complique le travail, indique la haute qualité des minéraux. Les diamants qui ont parcouru plusieurs centaines de kilomètres jusqu'à la surface avec un frottement constant contre d'autres roches sont de haute qualité ; des cristaux de moindre qualité n'auraient tout simplement pas résisté à un tel voyage, et donc 95 % des pierres extraites sont de qualité joaillerie. On trouve également des minéraux célèbres et riches en Russie, au Botswana, en Angola, en Guinée, au Libéria, en Tanzanie et dans d'autres pays.

Traitement du diamant

Le traitement du diamant nécessite une expérience, des connaissances et des compétences considérables. Avant de commencer les travaux, il est nécessaire d'étudier minutieusement la pierre afin de conserver par la suite au maximum son poids et de se débarrasser des inclusions. Le type de taille de diamant le plus courant est la taille ronde ; elle permet à la pierre de scintiller de toutes ses couleurs et de réfléchir la lumière le plus favorablement possible. Mais ce type de travail est aussi le plus difficile : un diamant rond comporte 57 plans, et lors de sa taille, il est important de conserver des proportions précises. Les types de coupes les plus populaires sont également : ovale, larme, cœur, marquise, émeraude et autres. Il existe plusieurs étapes de traitement des minéraux :

marquage;
scission;
sciage;
arrondi;
couper.

On pense encore qu’après traitement, un diamant perd environ la moitié de son poids.

Critères de classification des diamants

Lors de l’extraction de diamants, seuls 60 % des minéraux peuvent être traités ; on les appelle bijoux. Naturellement, le coût des pierres brutes est nettement inférieur au prix des diamants (plus de deux fois). La valorisation des diamants est réalisée selon le système 4C :

Carat (poids en carats) - 1 carat équivaut à 0,2 g.
Couleur (couleur) - on ne trouve pratiquement pas de diamants blancs purs, la plupart des minéraux ont une certaine nuance. Sa valeur dépend en grande partie de la couleur du diamant ; la plupart des pierres trouvées dans la nature ont une teinte jaune ou brune ; les pierres roses, bleues et vertes sont moins courantes. Les minéraux les plus rares, les plus beaux et donc les plus chers sont les minéraux aux couleurs riches : on les appelle fantaisie. Les plus rares d'entre eux sont le vert, le violet et le noir.
La clarté (pureté) est également un indicateur important qui détermine la présence de défauts dans la pierre et affecte considérablement son coût.
Taille (taille) - l'apparence d'un diamant dépend grandement de la taille. La réfraction et la réflexion de la lumière, une sorte d'éclat de « diamant », rendent cette pierre si précieuse, et une forme ou des proportions incorrectes lors du traitement peuvent la gâcher complètement.

Fabrication de diamants artificiels

La technologie permet désormais de « faire pousser » des diamants pratiquement impossibles à distinguer des diamants naturels. Il existe plusieurs méthodes de synthèse :

Comment distinguer un original d'un faux

Lorsqu’on parle de méthodes permettant de déterminer l’authenticité des diamants, il convient de faire la distinction entre le test de l’authenticité des diamants et celui des diamants bruts. Une personne inexpérimentée peut confondre un diamant avec du quartz, du cristal, d’autres minéraux transparents et même du verre. Cependant, des conditions physiques et Propriétés chimiques les diamants permettent de repérer facilement un faux.

Tout d’abord, il convient de rappeler la dureté. Cette pierre peut rayer n’importe quelle surface, mais seul un autre diamant peut y laisser des traces. Aussi, aucune transpiration ne reste sur un cristal naturel si vous respirez dessus. Une pierre mouillée aura une marque comme celle d'un crayon si vous passez de l'aluminium dessus. Vous pouvez le vérifier avec une radiographie : une pierre naturelle sous rayonnement, il a une riche couleur verte. Ou regardez le texte à travers : à travers un diamant naturel, il sera impossible de le distinguer. A noter également que le caractère naturel de la pierre peut être vérifié par la réfraction de la lumière : en tenant l'original devant une source lumineuse, on ne voit qu'un point lumineux au centre.

diamant- le minéral le plus dur, une modification cubique polymorphe (allotropique) du carbone (C), stable à haute pression. À pression atmosphérique et à température ambiante, il est métastable, mais peut exister indéfiniment sans se transformer en graphite, stable dans ces conditions. Sous vide ou dans un gaz inerte à température élevée, il se transforme progressivement en graphite.

STRUCTURE

Le système diamant est cubique, groupe spatial Fd3m. La cellule élémentaire du réseau cristallin de diamant est un cube à faces centrées, dans lequel les atomes de carbone sont situés dans quatre secteurs disposés en damier. Sinon, la structure en diamant peut être représentée comme deux réseaux cubiques à faces centrées, décalés l'un par rapport à l'autre le long de la diagonale principale du cube d'un quart de sa longueur. Une structure similaire au diamant se trouve dans le silicium, une modification à basse température de l’étain et de certaines autres substances simples.

Les cristaux de diamant contiennent toujours divers défauts dans la structure cristalline (défauts ponctuels, linéaires, inclusions, limites de sous-grains, etc.). Ces défauts déterminent en grande partie les propriétés physiques des cristaux.

PROPRIÉTÉS

Le diamant peut être incolore, transparent ou coloré dans différentes nuances de jaune, marron, rouge, bleu, vert, noir, gris.
La répartition des couleurs est souvent inégale, inégale ou zonale. Sous l'influence des rayons X, de la cathode et rayons ultraviolets La plupart des diamants commencent à briller (luminesce) en bleu, vert, rose et autres couleurs. Caractérisé par une réfraction de la lumière exceptionnellement élevée. L'indice de réfraction (2,417 à 2,421) et la forte dispersion (0,0574) sont responsables de l'éclat brillant et du « jeu » multicolore des diamants pierres précieuses taillées, appelés brillants. La brillance est forte, du diamant au gras. Densité 3,5 g/cm 3 . Sur l'échelle de Mohs, la dureté relative du diamant est de 10 et la dureté absolue est 1000 fois supérieure à la dureté du quartz et 150 fois celle du corindon. C'est le plus élevé parmi tous les matériaux naturels et artificiels. En même temps, il est assez fragile et se casse facilement. La fracture est conchoïdale. N'interagit pas avec les acides et les alcalis en l'absence d'agents oxydants.
Dans l'air, le diamant brûle à 850°C avec formation de CO 2 ; sous vide à des températures supérieures à 1 500°C, il se transforme en graphite.

MORPHOLOGIE

La morphologie du diamant est très diversifiée. Il se présente aussi bien sous forme de monocristaux que sous forme d'intercroissances polycristallines (« board », « ballas », « carbonado »). Les diamants issus des gisements de kimberlite n'ont qu'une seule forme commune à facettes plates : l'octaèdre. Dans le même temps, les diamants aux formes courbes caractéristiques sont communs dans tous les gisements - les dodécaèdres rhombiques (cristaux similaires à un dodécaèdre rhombique, mais avec des bords arrondis) et les cuboïdes (cristaux de forme incurvée). Comme l'ont montré des études expérimentales et l'étude d'échantillons naturels, dans la plupart des cas, des cristaux en forme de dodécaédroïde résultent de la dissolution des diamants par la fonte de la kimberlite. Les cuboïdes sont formés à la suite de la croissance fibreuse spécifique des diamants selon le mécanisme de croissance normal.

Les cristaux synthétiques cultivés à des pressions et des températures élevées ont souvent des faces cubiques, ce qui constitue l'une de leurs différences caractéristiques par rapport aux cristaux naturels. Lorsqu’il est cultivé dans des conditions métastables, le diamant cristallise facilement sous forme de films et d’agrégats colonnaires.

La taille des cristaux varie de microscopique à très grande, la masse du plus gros diamant, « Cullinan », découvert en 1905. en Afrique du Sud 3106 carats (0,621 kg).
Plusieurs mois ont été consacrés à l’étude de l’énorme diamant et, en 1908, il a été divisé en 9 gros morceaux.
Les diamants pesant plus de 15 carats sont rares, mais les diamants pesant plus de cent carats sont uniques et considérés comme des raretés. Ces pierres sont très rares et reçoivent souvent leur propre nom, leur renommée mondiale et leur place particulière dans l'histoire.

ORIGINE

Bien que le diamant soit métastable dans des conditions normales, en raison de la stabilité de sa structure cristalline, il peut exister indéfiniment sans se transformer en une modification stable du carbone-graphite. Les diamants ramenés à la surface par les kimberlites ou les lamproïtes cristallisent dans le manteau à 200 km de profondeur. ou plus à une pression supérieure à 4 GPa et à une température de 1000 - 1300°C. Dans certains gisements, on trouve également des diamants plus profonds apportés de la zone de transition ou du manteau inférieur. Parallèlement, ils sont transportés à la surface de la Terre à la suite de processus explosifs accompagnant la formation de cheminées de kimberlite, dont 15 à 20 % contiennent du diamant.

Les diamants se trouvent également dans des complexes métamorphiques à ultra haute pression. Ils sont associés à des élogites et à des gneiss grenat profondément métamorphisés. Des petits diamants ont été trouvés en quantités importantes dans les météorites. Ils ont une origine présolaire très ancienne. Ils se forment également dans de grands astroblèmes – des cratères de météorites géants, où les roches fondues contiennent des quantités importantes de diamant finement cristallin. Un gisement bien connu de ce type est l’astroblème de Popigai, dans le nord de la Sibérie.

Les diamants sont un minéral rare, mais en même temps assez répandu. Des gisements de diamants industriels sont connus sur tous les continents à l'exception de l'Antarctique. Plusieurs types de gisements de diamants sont connus. Depuis plusieurs milliers d’années, les diamants sont extraits de gisements alluviaux. Ce n’est que vers la fin du XIXe siècle, lorsque des cheminées de kimberlite diamantifères ont été découvertes pour la première fois, qu’il est devenu clair que les diamants ne se forment pas dans les sédiments des rivières. De plus, des diamants ont été trouvés dans des roches crustales dans des associations de métamorphisme à ultra haute pression, par exemple dans le massif de Kokchetav au Kazakhstan.

Les diamants d'impact et métamorphiques forment parfois de très grands gisements, avec de grandes réserves et des concentrations élevées. Mais dans ce type de gisement, les diamants sont si petits qu’ils n’ont aucune valeur industrielle. Les gisements commerciaux de diamants sont associés à des cheminées de kimberlite et de lamproïte associées à d'anciens cratons. Les principaux gisements de ce type sont connus en Afrique, en Russie, en Australie et au Canada.

APPLICATION

Les bons cristaux sont taillés et utilisés en bijouterie. Environ 15 % des diamants extraits sont considérés comme des bijoux, 45 % supplémentaires sont considérés comme des quasi-bijoux, c'est-à-dire inférieurs aux bijoux en termes de taille, de couleur ou de clarté. Actuellement, la production mondiale de diamants est d'environ 130 millions de carats par an.
diamant(du français brillant - brillant), est un diamant qui a reçu une forme particulière grâce à un traitement mécanique (taille), une taille brillant, qui maximise les propriétés optiques de la pierre telles que la brillance et la dispersion des couleurs.
De très petits diamants et fragments, impropres à la coupe, sont utilisés comme abrasif pour la fabrication d'outils diamantés nécessaires au traitement des matériaux durs et à la taille des diamants eux-mêmes. Une variété cryptocristalline de diamant de couleur noire ou gris foncé, formant des agrégats denses ou poreux, est appelée Carbonado, présente une résistance à l'abrasion plus élevée que les cristaux de diamant et est donc particulièrement apprécié dans l'industrie.

De petits cristaux sont également cultivés artificiellement en grande quantité. Les diamants synthétiques sont obtenus à partir de diverses substances contenant du carbone, principalement du graphite, en particulier. appareils à 1200-1600°C et à des pressions de 4,5-8,0 GPa en présence de Fe, Co, Cr, Mn ou de leurs alliages. Ils conviennent uniquement à un usage technique.

Diamant - C

CLASSIFICATION

Strunz (8e édition)	1/B.02-40
Dana (7e édition)	1.3.5.1
Dana (8e édition)	1.3.6.1
Salut CIM Réf.	1.24

PROPRIÉTÉS PHYSIQUES

Couleur minérale	incolore, brun jaunâtre passant au jaune, brun, noir, bleu, vert ou rouge, rose, brun cognac, bleu, lilas (très rare)
Couleur du trait	Non
Transparence	transparent, translucide, opaque
Briller	diamant, gras
Clivage	octaèdre parfait
Dureté (échelle de Mohs)	10
Entortiller	inégal
Force	fragile
Densité (mesurée)	3,5 – 3,53 g/cm3
Radioactivité (GRapi)	0
Propriétés thermiques	Conductivité thermique élevée. Il est froid au toucher, c’est pourquoi les diamants sont appelés « glace » en argot.

Dans cet article:

Le diamant est un minéral précieux qui est également la substance la plus dure sur Terre. Et parmi les bijoux, le diamant est l'une des pierres les plus chères qui attire l'attention des filles. Par conséquent, de nombreuses personnes s'intéressent à la façon dont une pierre est formée, quelle est la formule d'un diamant et si elle peut être cultivée en laboratoire. Les scientifiques, après un siècle d'expériences, ne peuvent toujours pas répondre avec précision à toutes les questions, car dans certaines situations, la pierre se comporte anormalement.

Formule de substances

Le diamant est entièrement composé de carbone. Cet élément est contenu à environ 0,15 % dans la croûte terrestre. Le numéro atomique de la substance est 6, ce qui indique le nombre de protons dans le noyau. En conséquence, les diamants, entièrement constitués de carbone, c'est-à-dire une forme allotropique de cette substance, ont le même numéro atomique.

Disposition des atomes dans le diamant et le graphite

Un tel concept en tant que forme de modification allotropique signifie qu'à partir d'une substance simple, par exemple le carbone, d'autres substances simples peuvent être formées, qui différeront les unes des autres par leurs propriétés et leur structure atomique. C'est-à-dire que le contenu est le même, mais la forme et l'apparence sont complètement différentes, prenez au moins les contraires : graphite et diamant. De plus, le carbone est l’une des rares substances à subir plusieurs formes de modifications.

Il existe des substances constituées uniquement de carbone :

diamant;
graphite;
carabine;
lonsdalite;
les fullerènes;
nanotubes de carbone pour fabriquer des microfibres;
le graphène;
charbon, suie.

Une question intéressante pour les scientifiques est de savoir si une modification allotropique peut être convertie en une autre. C'est exactement ce qu'ils font avec le graphite et d'autres substances de ce groupe. Parce que le coût d'un diamant est le plus élevé et le prix des autres modifications est inférieur. Jusqu’à présent, le processus n’est possible que dans le sens inverse : si un diamant est chauffé sans air à une température supérieure à 500 degrés Celsius, la pierre explose et se transforme en graphite. De plus, la fusion ultérieure de la pierre donne des résultats anormaux, différents de ceux d’autres substances. Mais la réaction ne se produit pas en sens inverse.

La différence entre les modifications s'explique par la structure du réseau cristallin de la substance. La formule chimique ne joue ici aucun rôle. Tout l’enjeu réside dans la configuration spatiale des atomes de carbone et les connexions entre eux. Ainsi, dans la structure du diamant, le réseau a une structure cubique.

La liaison entre les atomes est la plus forte, d'un point de vue chimique, covalente. De plus, le système cubique n’utilise que 18 atomes et est considéré comme la forme d’empilement la plus dense de ces particules. Le diamant est donc la substance la plus dure de la planète.

Au centre des faces du tétraèdre se trouvent également des atomes liés les uns aux autres de manière covalente. Mais si nous considérons le même graphite, alors dans son réseau cristallin, certaines liaisons sont covalentes et d'autres sont disulfures, qui ont tendance à se rompre. En conséquence, les électrons peuvent migrer et la substance acquiert des propriétés métalliques.

Mais il s’agit ici d’une analyse des formes atomiques du carbone, puisque ce sont les atomes qui forment le réseau cristallin. Mais récemment, des scientifiques ont découvert des formes moléculaires de la substance entrant dans la composition des fullerènes, des polyèdres constitués de carbone. Aujourd'hui, de nouveaux composés moléculaires contenant du carbone ont été découverts - du C60 au C540, qui sont à l'étude.

Sur la base de la formule ainsi que de la configuration des atomes, les scientifiques tentent de recréer l’image en laboratoire. Dans la nature, les diamants se trouvent dans les cheminées de kimberlite et de lamproïte, ainsi que dans les placers. Les pierres se forment sur des millions d’années dans certaines conditions impliquant des roches ignées, une activité sismique et également sous l’influence de températures élevées.

Il existe également une version sur l'introduction de diamants avec des météorites, car il y a beaucoup de carbone dans l'espace. Les scientifiques ont également découvert l'une de ses modifications, la losdaléite, dans les météorites.

Aujourd'hui, les diamants sont produits des manières suivantes :

Sous pression et haute température dans des machines spéciales. Les scientifiques tentent de faire en sorte que le graphite forme de nouvelles liaisons covalentes. Ce type de pierre est appelé HPHT.
La méthode du film implique également du graphite, qui se dépose sous l'influence de la vapeur de méthane.
Production de pierres grâce à une synthèse explosive.

Même si tout le monde connaît la formule d'un diamant, ou sa substance brute (le diamant), aucun scientifique n'a été capable de reproduire avec précision une pierre ayant la même structure de réseau cristallin, comme l'a fait la nature. Le coût de la pierre est donc basé sur haut niveau, et la production des entrailles de la Terre ne s'arrête pas.

Propriétés physiques des diamants

Impuretés dans le diamant

Bien entendu, rien n’est parfait dans la nature. Ainsi, les diamants contiennent également certaines impuretés qui ne se reflètent pas dans la formule de la substance, bien qu'elles affectent son apparence. En particulier, la teinte et la transparence de la pierre changent, mais pas ses propriétés. Le nombre de ces impuretés peut atteindre 1018 atomes pour 1 cm3. Et selon le type d'impuretés, la pierre acquiert une teinte et le coût du diamant change également. Parmi ces impuretés figurent :

silicium;
calcium;
magnésium;
azote;
aluminium.

Afin de ne pas violer la formule et la composition de la pierre, ces substances ne doivent pas représenter plus de 2 % d'un type et pas plus de 5 % en général. Si la quantité d'impuretés dans un diamant est plus grande, la pierre change considérablement d'apparence et n'est pas utilisée en bijouterie, mais est envoyée pour des besoins industriels.

La plupart des solides ont cristalline structure qui se caractérise disposition strictement définie des particules. Si vous connectez les particules avec des lignes conventionnelles, vous obtenez un cadre spatial appelé réseau cristallin. Les points où se trouvent les particules cristallines sont appelés nœuds du réseau. Les nœuds d'un réseau imaginaire peuvent contenir des atomes, des ions ou des molécules.

Selon la nature des particules situées aux nœuds et la nature de la connexion entre elles, on distingue quatre types de réseaux cristallins : ionique, métallique, atomique et moléculaire.

Ionique sont appelés réseaux dans les nœuds desquels se trouvent des ions.

Ils sont formés de substances possédant des liaisons ioniques. Aux nœuds d'un tel réseau se trouvent des ions positifs et négatifs reliés les uns aux autres par interaction électrostatique.

Les réseaux cristallins ioniques contiennent des sels, des alcalis, oxydes métalliques actifs. Les ions peuvent être simples ou complexes. Par exemple, sur les sites du réseau du chlorure de sodium, il y a des ions sodium simples Na et du chlore Cl − , et sur les sites du réseau du sulfate de potassium, des ions potassium simples K et des ions sulfate complexes S O 4 2 − alternent.

Les liaisons entre les ions dans ces cristaux sont fortes. Par conséquent, les substances ioniques sont solides, réfractaires et non volatiles. De telles substances sont bonnes dissoudre dans l'eau.

Réseau cristallin de chlorure de sodium

Cristal de chlorure de sodium

Métal appelés réseaux, constitués d’ions positifs, d’atomes métalliques et d’électrons libres.

Ils sont formés de substances ayant des liaisons métalliques. Aux nœuds d'un réseau métallique se trouvent des atomes et des ions (soit des atomes, soit des ions, en lesquels les atomes se transforment facilement, abandonnant leurs électrons externes pour un usage commun).

De tels réseaux cristallins sont caractéristiques des substances simples constituées de métaux et d'alliages.

Les points de fusion des métaux peuvent être différents (de \(–37\) °C pour le mercure à deux à trois mille degrés). Mais tous les métaux ont une caractéristique éclat métallique, malléabilité, ductilité, bien conduire l'électricité et de la chaleur.

Treillis cristallin en métal

Matériel

Les réseaux atomiques sont appelés réseaux cristallins, aux nœuds desquels se trouvent des atomes individuels reliés par des liaisons covalentes.

Le diamant possède ce type de réseau - l'une des modifications allotropiques du carbone. Les substances possédant un réseau cristallin atomique comprennent graphite, silicium, bore et germanium, ainsi que des substances complexes, par exemple le carborundum SiC et silice, quartz, cristal de roche, sable, qui comprennent l'oxyde de silicium (\(IV\)) Si O 2.

Ces substances sont caractérisées haute résistance et la dureté. Ainsi, le diamant est la substance naturelle la plus dure. Les substances possédant un réseau cristallin atomique ont des propriétés très hautes températures fusion et bouillante. Par exemple, le point de fusion de la silice est de \(1728\) °C, tandis que pour le graphite, il est plus élevé - \(4000\) °C. Les cristaux atomiques sont pratiquement insolubles.

Réseau cristallin de diamant

diamant

Moléculaire sont appelés réseaux, aux nœuds desquels se trouvent des molécules reliées par de faibles interactions intermoléculaires.

Malgré le fait que les atomes à l'intérieur des molécules soient reliés par des liaisons covalentes très fortes, de faibles forces d'attraction intermoléculaire agissent entre les molécules elles-mêmes. Par conséquent, les cristaux moléculaires ont faible résistance et la dureté, points de fusion bas et bouillante. De nombreuses substances moléculaires sont des liquides et des gaz à température ambiante. Ces substances sont volatiles. Par exemple, l’iode cristallin et le monoxyde de carbone solide (\(IV\)) (« neige carbonique ») s’évaporent sans se transformer en état liquide. Certaines substances moléculaires ont odeur .

Ce type de réseau contient des substances simples à l'état solide d'agrégation : des gaz rares avec des molécules monoatomiques (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ), ainsi que les non-métaux à deux et molécules polyatomiques (H 2, O 2, N 2, Cl 2, I 2, O 3, P 4, S 8).

Ils ont un réseau cristallin moléculaireégalement des substances avec des liaisons polaires covalentes : eau - glace, ammoniac solide, acides, oxydes non métalliques. Majorité composés organiques sont également des cristaux moléculaires (naphtalène, sucre, glucose).

Les amateurs de pierres précieuses sont très intéressés par le thème de la structure d'un diamant, sa description et ses propriétés physiques, mécaniques et chimiques de base. Cette belle pierre est non métallique dans sa structure chimique et possède une structure cristalline. Dans le langage des chimistes, l’adamantium est une forme allotropique cubique du carbone. En joaillerie, cette forme de carbone est considérée comme la pierre précieuse la plus chère, et les bijoux en inflexible sont très chers. Cela est dû au fait que la brillance des cristaux de cette substance ne peut être comparée à rien d’autre. Et en plus, il ne se décolore pas et ne se raye pas. Autrement dit, la surface polie des cristaux des bijoux est toujours agréable à regarder.

Aussi paradoxal que cela puisse paraître, l’adamant et le graphite ont la même structure. Et ces deux substances diamétralement opposées ont la même nature. Le fait est que le diamant et le graphite sont formés d’atomes de carbone. Examinons de plus près la structure et les propriétés d'un diamant.

La structure d'un cristal de diamant a la forme d'un tétraèdre et les atomes de carbone sont situés au centre. Les sommets d’un tel tétraèdre sont les atomes de carbone les plus proches. Il en résulte une liaison atomique très stable dans la structure cristalline elle-même, ce qui explique la résistance accrue de la substance. Les atomes qui composent la cellule unitaire sont reliés les uns aux autres par une liaison covalente. Cette caractéristique explique la haute densité du diamant.

En général, un cristal de diamant peut être imaginé comme une molécule géante. Rappelons que la masse molaire de ce cristal est de 12. La forme du cristal n'est pas liée au nombre de faces de la pierre à bijoux. Les bords d'un diamant apparaissent lors de son traitement.

La structure chimique du diamant est du carbone pur. Mais il contient quand même des impuretés. L'analyse chimique réalisée a permis de déterminer la présence d'une certaine quantité d'autres substances. Les impuretés comprennent des substances telles que :

azote;
magnésium;
aluminium;
silicium.

Et bien d’autres éléments chimiques du tableau périodique. De plus, de nombreux éléments sont des inclusions isomorphes. Mais les gens utilisent les diamants pour bien plus que simplement fabriquer bijoux. Ce cristal est largement utilisé en technologie. Et tout cela grâce à ses propriétés uniques et sa plus grande résistance.

La vidéo présentée montre clairement la structure cristalline d'un diamant.

Propriétés physiques du diamant

Le diamant est la substance la plus dure trouvée dans la nature.

L'une des variétés d'inflexible - le corindon - a une structure similaire, mais une dureté inférieure (la dureté du corindon est 150 fois inférieure à celle de l'inflexible). Il convient de mentionner que la dureté des substances est déterminée sur l'échelle de Mohs. Selon ce classement, les diamants se voient attribuer la dureté la plus élevée – 10.

Par conséquent, il peut être utilisé pour le traitement des métaux, y compris des minéraux durs et à haute résistance, tels que le béryl, le grenat, le saphir et autres. Les outils diamantés sont très résistants à l’abrasion. La dureté et la densité du diamant sont supérieures à celles du quartz et du corindon.

Mais malgré toute sa dureté, le diamant présente une grande fragilité. Et même une densité fortement exprimée ne réduit pas le risque de division en cas de chute. Après tout, le carbone cristallin pur, qui est le diamant, a une structure multicouche. Et avec des impacts brusques sur une surface dure, il peut se diviser aux endroits de la structure où la connexion entre les atomes est très faible. C'est sur les sites de clivage des atomes que se produit la division.

Et avec toute la résistance à l'usure et la durabilité de cette substance, elle doit être protégée des chutes sur une surface dure. Ce type de carbone possède la conductivité thermique la plus élevée de tous les solides. La conductivité thermique du diamant varie de 20 à 24 W/cm. Il faut dire aussi que le diamant est un diélectrique. Cela s'explique par les particularités des liaisons atomiques dans le cristal de cette substance.

La température de combustion du diamant dans l'oxygène est de 800°C. Cette variété de charbon brûle avec une belle flamme bleue. Mais à une température de 2000°C et en l’absence d’oxygène, ce beau minéral se transforme en graphite. Le point de fusion du diamant est de 3 700 à 4 000°C.

La propriété la plus fondamentale et la plus précieuse d’un diamant est son indice de réfraction et son degré élevé de dispersion. De ces caractéristiques dépend l’éclat du diamant et constitue la marque de ce minéral précieux. Le poids des diamants se mesure en carats. Le poids d'un carat de diamant est d'environ 0,2 gramme. Pour déterminer cette valeur, les bijoutiers disposent des tableaux et informations nécessaires.