Алмаз кристалының құрылымы және оның кристалдық торы. Табиғи минералды алмаз: құрылысы, физикалық және химиялық қасиеттері Алмаз қандай заттан тұрады?

19.06.2020

Алмаз - табиғи минерал, ең танымал және қымбат бірі. Оның айналасында көптеген болжамдар мен аңыздар бар, әсіресе оның құны мен жалғандарды анықтауға қатысты. Зерттеуге арналған бөлек тақырып - алмас пен графит арасындағы байланыс. Көптеген адамдар бұл минералдардың ұқсас екенін біледі, бірақ олардың нақты не екенін бәрі бірдей біле бермейді. Және олар қалай ерекшеленеді деген сұраққа әркім жауап бере алмайды. Алмаздың құрылысы туралы не білеміз? Немесе бағалау критерийлері туралы асыл тастар?

Алмаз - көміртектің кристалдық модификациясы болып табылатын үш минералдың бірі. Қалған екеуі графит пен лонсдалейт, екіншісі метеориттерде кездеседі немесе жасанды түрде жасалуы мүмкін. Ал егер бұл тастар алтыбұрышты модификациялар болса, онда алмаз кристалдық тордың түрі текше болып табылады. Бұл жүйеде көміртегі атомдары осылай орналасады: әрбір шыңда және беттің ортасында бір, ал текшенің ішінде төрт. Осылайша, атомдар тетраэдр түрінде орналасады және әрбір атом олардың біреуінің ортасында орналасады. Бөлшектер бір-бірімен ең күшті байланыс – коваленттік байланыс арқылы жалғасады, соның арқасында алмаз жоғары қаттылыққа ие.

Химиялық қасиеттері

Дөрекі түрде айтатын болсақ, гауһар таза көміртек; сәйкесінше, алмаз кристалдары толығымен мөлдір болуы және барлық көрінетін жарықты өткізуі керек. Бірақ әлемде идеалды ештеңе жоқ, яғни бұл минералда да қоспалар бар. Зергерлік гауһар тастардағы қоспалардың максималды мөлшері 5% -дан аспауы керек деп саналады. Алмаздың құрамына қатты, сұйық және газ тәрізді заттар кіруі мүмкін, олардың ең көп тарағандары:

азот;
алюминий;
кремний;
кальций;
магний.

Құрамда кварц, гранаттар, оливин, басқа минералдар, темір оксидтері, су және басқа заттар да болуы мүмкін. Көбінесе бұл элементтер минералда механикалық минералды қосындылар түрінде кездеседі, бірақ олардың кейбіреулері алмаз құрылымында көміртекті алмастыра алады - бұл құбылыс изоморфизм деп аталады. Бұл жағдайда қосындылар оның түсіне айтарлықтай әсер етуі мүмкін, ал азот қосындылары оған люминесценттік қасиеттер береді.

Физикалық қасиеттері

Алмаздың құрылымы оның физикалық қасиеттерін анықтайды, олар төрт критерий бойынша бағаланады:

қаттылық;
тығыздығы;
жарықтың дисперсиясы мен сынуы;
кристалдық жасуша.

Минералдардың қаттылығы осы жүйе бойынша оның рейтингімен бағаланады 10, бұл ең жоғары көрсеткіш. Келесі тізімде корунд, оның индексі 9, бірақ оның қаттылығы 150 есе аз, бұл осы көрсеткіштегі алмаздың абсолютті артықшылығын білдіреді.

Дегенмен, минералдың қаттылығы оның беріктігін білдірмейді. Алмаз өте сынғыш және оны балғамен ұрсаңыз оңай сынады.

Алмаздың меншікті салмағы (тығыздығы) 3,42-ден 3,55 г/см 3 аралығында анықталады. Ол минералдың салмағының бірдей көлемдегі судың салмағына қатынасымен анықталады.

Қаттылықтан басқа, жарықтың сыну көрсеткіші (2,417-2,421) және дисперсиясы (0,0574) жоғары. Бұл қасиеттердің үйлесімі гауһардың ең қымбат және тамаша зергерлік тас болуына мүмкіндік береді.

Минералдың басқа физикалық қасиеттері де маңызды, мысалы, жылу өткізгіштік (900-2300 Вт/м К), сонымен қатар барлық заттардың ең жоғарысы. Сондай-ақ минералдың қышқылдар мен сілтілерде ерімейтін қабілетін, диэлектрлік қасиеттерін, ауадағы металдың үйкеліс коэффициентінің төмендігін және 11 ГПа қысымда 3700-4000 ° C жоғары балқу температурасын атап өтуге болады.

Алмаз мен графиттің ұқсастықтары мен айырмашылығы

Көміртек - жер бетіндегі ең көп таралған элементтердің бірі және көптеген заттарда, әсіресе тірі организмдерде кездеседі. Графит, алмаз сияқты, көміртектен жасалған, бірақ алмас пен графиттің құрылымдары өте әртүрлі. Алмаз оттегіге қол жеткізбей жоғары температураның әсерінен графитке айналуы мүмкін, бірақ қалыпты жағдайда ол шексіз өзгеріссіз қалуға қабілетті, бұл метатұрақтылық деп аталады, сонымен қатар алмаз кристалдық торының түрі текше болып табылады. Бірақ графит - бұл қабатты минерал, оның құрылымы әртүрлі жазықтықта орналасқан қабаттар тізбегіне ұқсайды. Бұл қабаттар бал ұясына ұқсас жүйені құрайтын алтыбұрыштардан тұрады. Күшті байланыстар тек осы алтыбұрыштардың арасында пайда болады, бірақ қабаттар арасында олар өте әлсіз, бұл минералдың қабатталуына әкеледі. Төмен қаттылықтан басқа, графит жарықты сіңіреді және металдық жылтырға ие, ол да алмаздан өте ерекшеленеді.

Бұл минералдар аллотропияның ең жарқын мысалы болып табылады - заттардың бір химиялық элементтен тұратынына қарамастан әртүрлі физикалық қасиеттері бар құбылыс.

Алмаздың шығу тегі

Табиғатта алмастардың қалай пайда болатыны туралы нақты пікір жоқ, магмалық, мантия, метеорит және басқа теориялар бар. Дегенмен, ең көп таралған - магмалық. Алмаздар шамамен 200 км тереңдікте 50 000 атмосфера қысымында пайда болады, содан кейін кимберлит құбырларының пайда болуы кезінде магмамен бірге жер бетіне шығарылады деп есептеледі. Алмаздардың жасы 100 миллионнан 2,5 миллиард жылға дейін. Сондай-ақ, гауһар тастардың жер бетіне метеорит түскенде пайда болуы мүмкін екендігі және оны метеорит жынысының өзінде де табуға болатыны ғылыми түрде дәлелденген. Дегенмен, осы текті кристалдар мөлшері өте кішкентай және өңдеуге сирек жарамды.

Алмаз кен орындары

Алмаздар табылған және өндірілген алғашқы кен орындары Үндістанда орналасқан, бірақ 19 ғасырдың аяғында олар қатты таусылды. Дегенмен, дәл сол жерде ең танымал, үлкен және қымбат үлгілер өндірілді. Ал 17-19 ғасырларда пайдалы қазбаның кен орындары Бразилия мен Оңтүстік Африкада ашылды. Тарих Оңтүстік Африканың шахталарымен байланысты гауһар тасуы туралы аңыздар мен фактілерге толы. Соңғы ашылған алмаз кен орындары Канадада орналасқан, оларды игеру 20 ғасырдың соңғы онжылдығында ғана басталды.

Намибияның шахталары әсіресе қызықты, бірақ ол жерде алмас өндіру қиын және қауіпті. Кристалл шөгінділері топырақ қабатының астында шоғырланған, бұл жұмысты қиындатқанымен, пайдалы қазбалардың жоғары сапасын көрсетеді. Басқа тау жыныстарымен тұрақты үйкеліспен жер бетіне бірнеше жүздеген шақырым жол жүріп өткен алмастар жоғары дәрежелі болып табылады; сапасы төмен кристалдар мұндай сапарға төтеп бере алмас еді, сондықтан өндірілген тастардың 95% зергерлік сапада. Сондай-ақ танымал және бай пайдалы қазбалар Ресейде, Ботсванада, Анголада, Гвинеяда, Либерияда, Танзанияда және басқа елдерде кездеседі.

Алмазды өңдеу

Алмазды өңдеу үлкен тәжірибені, білім мен дағдыны қажет етеді. Жұмысқа кіріспес бұрын, оның салмағын мүмкіндігінше сақтау және кірмелерден арылу үшін тасты мұқият зерттеу керек. Алмаз кесудің ең көп таралған түрі - дөңгелек, ол тастың барлық түстерімен жарқырап, жарықты мүмкіндігінше жақсы көрсетуге мүмкіндік береді. Бірақ бұл жұмыс түрі де ең қиын: дөңгелек гауһар 57 ұшақтан тұрады және оны кесу кезінде дәл пропорцияларды сақтау маңызды. Сондай-ақ, кесудің танымал түрлері: сопақ, көз жасы, жүрек, маркиз, изумруд және т.б. Минералды өңдеудің бірнеше кезеңдері бар:

таңбалау;
бөлу;
аралау;
дөңгелектеу;
кесу.

Алмаз өңделгеннен кейін салмағының жартысына жуығын жоғалтады деп саналады.

Алмазды бағалау критерийлері

Алмазды өндіру кезінде пайдалы қазбалардың 60% ғана өңдеуге жарамды, олар зергерлік бұйымдар деп аталады. Әрине, кесілмеген тастардың құны гауһар тастардың бағасынан айтарлықтай төмен (екі еседен астам). Алмазды бағалау 4С жүйесі бойынша жүргізіледі:

Карат (караттағы салмақ) - 1 карат 0,2 г-ға тең.
Түс (түс) - таза ақ гауһарлар іс жүзінде кездеспейді, көптеген минералдар белгілі бір реңкке ие. Оның құндылығы көбінесе гауһардың түсіне байланысты; табиғатта кездесетін тастардың көпшілігі сары немесе қоңыр реңкке ие; қызғылт, көк және жасыл тастар сирек кездеседі. Ең сирек, ең әдемі, сондықтан ең қымбат - қанық түсті минералдар, олар сәнді деп аталады. Олардың ең сирек кездесетіні жасыл, күлгін және қара.
Мөлдірлік (тазалық) сонымен қатар тастағы ақаулардың болуын анықтайтын және оның құнына айтарлықтай әсер ететін маңызды көрсеткіш болып табылады.
Кесу (кесу) - гауһардың пайда болуы кесуге байланысты. Жарықтың сынуы және шағылысуы, «гауһартас» жылтырлығы бұл тасты соншалықты құнды етеді, ал өңдеу кезінде дұрыс емес пішін немесе пропорция оны толығымен бұзуы мүмкін.

Жасанды алмаздарды өндіру

Енді технология табиғидан іс жүзінде айырмашылығы жоқ гауһар тастарды «өсіруге» мүмкіндік береді. Бірнеше синтез әдістері бар:

Түпнұсқаны жалғаннан қалай ажыратуға болады

Алмаздардың түпнұсқалығын анықтау әдістері туралы айтқанда, алмаздар мен өрескел гауһарлардың түпнұсқалығын сынау арасындағы айырмашылықты қарастырған жөн. Тәжірибесіз адам алмазды кварцпен, кристалмен, басқа мөлдір минералдармен, тіпті шынымен шатастыруы мүмкін. Дегенмен, ерекше физикалық және Химиялық қасиеттерігауһар жалғанды анықтауды жеңілдетеді.

Ең алдымен, қаттылықты есте ұстаған жөн. Бұл тас кез келген бетті сызып тастауы мүмкін, бірақ тек басқа гауһар із қалдыра алады. Сондай-ақ, егер сіз онымен тыныс алсаңыз, табиғи кристалда тер қалмайды. Ылғал тастың үстінен алюминий өткізсеңіз, қарындаш сияқты ізі болады. Оны рентген арқылы тексеруге болады: табиғи тассәулелену кезінде ол қанық жасыл түске ие. Немесе оны мәтінге қараңыз: табиғи гауһар арқылы оны анықтау мүмкін емес. Сондай-ақ, тастың табиғилығын жарықтың сынуы арқылы тексеруге болатынын атап өткен жөн: түпнұсқаны жарық көзіне ұстай отырып, сіз тек орталықтағы жарық нүктесін көре аласыз.

Алмаз- ең қатты минерал, көміртектің (С) текшелік полиморфты (аллотропты) модификациясы, жоғары қысымда тұрақты. Атмосфералық қысымда және бөлме температурасында ол метатұрақты, бірақ бұл жағдайларда тұрақты болып табылатын графитке айналмай-ақ шексіз өмір сүре алады. Вакуумда немесе инертті газда жоғары температурада ол бірте-бірте графитке айналады.

ҚҰРЫЛЫМ

Алмаз жүйесі текше, ғарыш тобы Fd3m. Алмаз кристалдық тордың элементар ұяшығы - бұл центрленген текше, онда көміртек атомдары шахмат тақтасында орналасқан төрт секторда орналасқан. Әйтпесе, гауһар тас құрылымы текшенің негізгі диагоналы бойымен ұзындығының төрттен бір бөлігіне бір-біріне қатысты ығысқан екі текше бет-орталық тор ретінде ұсынылуы мүмкін. Алмазға ұқсас құрылым кремнийде, қалайының төмен температуралық модификациясында және кейбір басқа қарапайым заттарда кездеседі.

Алмаз кристалдары әрқашан кристалдық құрылымның әртүрлі ақауларын (нүкте, сызықтық ақаулар, қосындылар, астыңғы шекаралар және т.б.) қамтиды. Мұндай ақаулар негізінен кристалдардың физикалық қасиеттерін анықтайды.

ҚАСИЕТТЕРІ

Гауһар түссіз, су-мөлдір немесе түрлі-түсті сары, қоңыр, қызыл, көк, жасыл, қара, сұр түсті болуы мүмкін.
Түстердің таралуы көбінесе біркелкі емес, біркелкі немесе аймақтық. Рентген сәулесінің әсерінен катодты және ультракүлгін сәулелерАлмаздардың көпшілігі көк, жасыл, қызғылт және басқа түстерде жарқырай бастайды (люминесценция). Жарықтың ерекше жоғары сынуымен сипатталады. Сыну көрсеткіші (2,417-ден 2,421-ге дейін) және күшті дисперсия (0,0574) бриллианттар деп аталатын кесілген асыл тас гауһарлардың жарқыраған жылтырлығы мен түрлі-түсті «ойнауына» жауап береді. Жылтырлығы күшті, алмаздан майлыға дейін Тығыздығы 3,5 г/см 3 . Мох шкаласы бойынша алмастың салыстырмалы қаттылығы 10, абсолютті қаттылық кварц қаттылығынан 1000 есе және корундтың 150 есе жоғары. Бұл табиғи және жасанды материалдардың ішіндегі ең жоғарысы. Сонымен қатар, ол өте нәзік және оңай бұзылады. Сынық конкоидальды. Тотықтырғыштар болмаған кезде қышқылдармен және сілтілермен әрекеттеспейді.
Ауада алмас 850°С температурада СО 2 түзіліп жанады; вакуумда 1500°С жоғары температурада графитке айналады.

МОРФОЛОГИЯ

Алмаз морфологиясы өте алуан түрлі. Ол монокристалдар түрінде де, поликристалды өсінділер түрінде де кездеседі («тақта», «баллас», «карбонадо»). Кимберлит шөгінділерінің гауһар тастары бір ғана жалпы жалпақ қырлы пішінге ие - октаэдр. Сонымен қатар барлық шөгінділерде тән қисық пішіні бар гауһар тастар жиі кездеседі – ромбты додекаэдроидтер (кристалдар ромбты додекаэдрге ұқсас, бірақ шеттері дөңгеленген), кубоидтар (қисық пішінді кристалдар). Тәжірибелік зерттеулер мен табиғи үлгілерді зерттеу көрсеткендей, көп жағдайда додекаэдроидты кристалдар алмаздардың кимберлит балқымасы арқылы еруі нәтижесінде пайда болады. Кубоидтар қалыпты өсу механизмі бойынша алмастардың ерекше талшықты өсуі нәтижесінде түзіледі.

Жоғары қысымда және температурада өсірілген синтетикалық кристалдардың көбіне текше беттері болады және бұл олардың табиғи кристалдардан ерекшелігінің бірі. Метатұрақты жағдайларда өсірілгенде, алмас пленкалар мен бағаналы агрегаттар түрінде оңай кристалданады.

Кристалдардың өлшемдері микроскопиялықтан өте үлкенге дейін өзгереді, 1905 жылы табылған ең үлкен гауһар «Куллинанның» массасы. Оңтүстік Африкада 3106 карат (0,621 кг).
Үлкен алмазды зерттеуге бірнеше ай жұмсалды, ал 1908 жылы ол 9 үлкен бөлікке бөлінді.
Салмағы 15 караттан асатын гауһар тастар сирек кездеседі, бірақ салмағы жүз караттан асатын гауһар тастар бірегей және сирек деп саналады. Мұндай тастар өте сирек кездеседі және жиі өз атауларын, әлемдік атақты және тарихтағы ерекше орнын алады.

ШЫҒУ

Алмаз қалыпты жағдайда метатұрақты болғанымен, оның кристалдық құрылымының тұрақтылығына байланысты көміртегі – графиттің тұрақты модификациясына айналмай-ақ шексіз өмір сүре алады. Кимберлиттер немесе лампроиттер арқылы жер бетіне шығарылған алмастар мантияда 200 км тереңдікте кристалданады. немесе 4 ГПа жоғары қысымда және 1000 - 1300 ° C температурада. Кейбір кен орындарында өтпелі аймақтан немесе төменгі мантиядан әкелінген тереңірек гауһар тастар да бар. Сонымен қатар, олар 15-20% алмаздан тұратын кимберлит құбырларының пайда болуымен бірге жүретін жарылғыш процестердің нәтижесінде жер бетіне тасымалданады.

Алмаздар өте жоғары қысымды метаморфтық кешендерде де кездеседі. Олар эклогиттермен және терең метаморфизацияланған гранат гнейстерімен байланысты. Метеориттерде айтарлықтай мөлшерде шағын гауһар тастар табылды. Олардың өте ежелгі, күнге дейінгі шығу тегі бар. Олар сондай-ақ ірі астроблемдерде – алып метеорит кратерлерінде пайда болады, онда еріген тау жыныстарында ұсақ кристалды алмастың едәуір мөлшері бар. Бұл түрдегі белгілі кен орны - Солтүстік Сібірдегі Попигай астроблемесі.

Алмаз - сирек кездесетін, бірақ сонымен бірге кең таралған минерал. Өнеркәсіптік алмаз кен орындары Антарктидадан басқа барлық континенттерде белгілі. Алмаз кен орындарының бірнеше түрлері белгілі. Бірнеше мың жылдар бойы алмаздар аллювиалды шөгінділерден өндіріліп келеді. Алмазды кимберлит құбырлары алғаш рет ашылған 19 ғасырдың аяғында ғана өзен шөгінділерінде алмас түзілмейтіні белгілі болды. Сонымен қатар, алмаздар жер қыртысының жыныстарында өте жоғары қысымды метаморфизм бірлестіктерінде, мысалы, Қазақстандағы Көкшетау массивінде табылған.

Соққы да, метаморфтық алмастар да кейде үлкен қорлары мен жоғары концентрациясы бар өте үлкен кен орындарын құрайды. Бірақ мұндай кен орындарында гауһар тастар өте кішкентай болғандықтан, олардың өнеркәсіптік маңызы жоқ. Коммерциялық алмаз кен орындары ежелгі кратондармен байланысты кимберлит және лампроит құбырларымен байланысты. Бұл түрдегі негізгі кен орындары Африкада, Ресейде, Австралияда және Канадада белгілі.

ҚОЛДАНУ

Жақсы кристалдар кесіліп, зергерлік бұйымдарда қолданылады. Өндірілетін гауһар тастардың шамамен 15% -ы зергерлік бұйымдар болып табылады, тағы 45% -ы жақын әшекейлер болып саналады, яғни өлшемі, түсі немесе айқындығы бойынша зергерлік бұйымдардан төмен. Қазіргі уақытта әлемдік алмаз өндірісі жылына шамамен 130 миллион каратты құрайды.
Алмаз(француз тілінен алынған brillant - brilliant), механикалық өңдеу (кесу) арқылы ерекше пішінге ие болған алмаз, жарқырау және түс дисперсиясы сияқты тастың оптикалық қасиеттерін барынша арттыратын керемет кесу.
Қатты материалдарды өңдеуге және гауһар тастарды өздері кесуге қажетті алмаз құралдарын жасау үшін абразив ретінде кесуге жарамсыз өте кішкентай гауһар тастар мен сынықтар қолданылады. Тығыз немесе кеуекті агрегаттар түзетін қара немесе қою сұр түсті алмаздың криптокристалды түрі деп аталады. Карбонадо, алмаз кристалдарына қарағанда тозуға төзімділігі жоғары, сондықтан өнеркәсіпте ерекше бағаланады.

Ұсақ кристалдар да көп мөлшерде жасанды түрде өсіріледі. Синтетикалық алмаздар әртүрлі көміртегі бар заттардан, негізінен графиттен, арнайы түрде алынады. аппараттар 1200-1600°С және Fe, Co, Cr, Mn немесе олардың қорытпаларының қатысуымен 4,5-8,0 ГПа қысым. Олар тек техникалық пайдалану үшін жарамды.

Алмаз - С

Жіктеу

Strunz (8-ші басылым)	1/Б.02-40
Дана (7-ші басылым)	1.3.5.1
Дана (8-ші басылым)	1.3.6.1
CIM реф.	1.24

ФИЗИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕР

Минералды түс	түссіз, сарғыш-қоңыр сары, қоңыр, қара, көк, жасыл немесе қызыл, қызғылт, коньяк қоңыр, көк, сиреньге дейін бозарған (өте сирек)
Соққы түсі	жоқ
Мөлдірлік	мөлдір, мөлдір, мөлдір
Жылтыр	гауһар, батыл
Бөліну	октаэдр тамаша
Қаттылық (Мох шкаласы)	10
Кинк	біркелкі емес
Күш	сынғыш
Тығыздық (өлшенген)	3,5 – 3,53 г/см3
Радиоактивтілік (GRapi)	0
Жылу қасиеттері	Жоғары жылу өткізгіштік. Ұстағанда салқын сезіледі, сондықтан гауһар тастар жаргон тілінде «мұз» деп аталады.

Бұл мақалада:

Алмаз - жер бетіндегі ең қатты зат болып табылатын бағалы минерал. Ал зергерлік бұйымдардың ішінде гауһар – қыздардың назарын аударатын ең қымбат тастардың бірі. Сондықтан көптеген адамдар тас қалай пайда болады, гауһардың формуласы қандай, оны зертханада өсіруге бола ма деген сұрақтар қызықтырады. Ғалымдар ғасырлық эксперименттерден кейін әлі де барлық сұрақтарға дәл жауап бере алмайды, өйткені кейбір жағдайларда тас әдеттен тыс әрекет етеді.

Зат формуласы

Алмаз толығымен көміртектен жасалған. Бұл элемент жер қыртысында шамамен 0,15% болады. Заттың атомдық нөмірі 6-ға тең, бұл ядродағы протондардың санын көрсетеді. Тиісінше, толығымен көміртектен тұратын, яғни осы заттың аллотропиялық түрі болып табылатын алмаздардың атомдық нөмірі бірдей.

Алмаз мен графиттегі атомдардың орналасуы

Аллотропты түрлендірудің бір түрі ретіндегі ұғым қарапайым заттан, мысалы, көміртектен қасиеттері мен атомдық құрылымы жағынан бір-бірінен ерекшеленетін басқа жай заттар түзілуі мүмкін екенін білдіреді. Яғни, мазмұны бірдей, бірақ пішіні мен сыртқы түрі мүлдем басқа, кем дегенде қарама-қарсыларды алыңыз: графит пен алмас. Сонымен қатар, көміртек бірнеше түрдегі модификацияға ие бірнеше заттардың бірі болып табылады.

Тек көміртектен тұратын заттар бар:

алмаз;
графит;
карабин;
лонсдалейт;
фуллерендер;
микроталшықтарды жасауға арналған көміртекті нанотүтіктер;
графен;
көмір, күйе.

Ғалымдар үшін қызықты сұрақ - бір аллотропиялық модификацияны екіншісіне айналдыруға бола ма? Бұл олардың графитке және осы топтағы басқа заттарға қатысты жасайтын әрекеті. Өйткені гауһар тастың құны ең жоғары, ал басқа модификациялардың бағасы төмен. Әзірге процесс тек қарама-қарсы бағытта мүмкін: егер алмазды ауасыз 500 градус Цельсийден жоғары температураға дейін қыздырса, тас жарылып, графитке айналады. Оның үстіне тасты одан әрі балқыту басқа заттардан ерекшеленетін аномальды нәтижелерді көрсетеді. Бірақ реакция қарама-қарсы бағытта болмайды.

Модификациялар арасындағы айырмашылық заттың кристалдық торының құрылымымен түсіндіріледі. Мұнда химиялық формула ешқандай рөл атқармайды. Барлық мәселе көміртегі атомдарының кеңістіктік конфигурациясында және олардың арасындағы байланыстарда жатыр. Осылайша, алмаз құрылымында тор текше құрылымға ие.

Атомдар арасындағы байланыс ең күшті, химиялық тұрғыдан алғанда, ковалентті. Оның үстіне текшелік жүйе тек 18 атомды пайдаланады және бұл бөлшектердің орауыштарының ең тығыз түрі болып саналады. Сондықтан алмаз планетадағы ең қатты зат болып табылады.

Тетраэдр беттерінің орталықтарында бір-бірімен ковалентті байланысқан атомдар да болады. Бірақ сол графитті қарастыратын болсақ, онда оның кристалдық торында кейбір байланыстар ковалентті, ал кейбіреулері үзілуге бейім дисульфид болып табылады. Нәтижесінде электрондар қозғала алады, ал зат металлдық қасиеттерге ие болады.

Бірақ бұл көміртектің атомдық формаларын талдау, өйткені бұл кристалдық торды құрайтын атомдар. Бірақ жақында ғалымдар фуллерендер, көміртектен жасалған полиэдрлер құрамындағы заттың молекулалық формаларын ашты. Қазір құрамында көміртегі бар жаңа молекулалық қосылыстар ашылды - С60-тан С540-қа дейін, олар зерттелуде.

Формулаға, сондай-ақ атомдардың конфигурациясына сүйене отырып, ғалымдар зертханада суретті қайта жасауға тырысады. Табиғатта алмаздар кимберлит пен лампроит құбырларында, сондай-ақ плассерлерде кездеседі. Тастар магмалық тау жыныстары, сейсмикалық белсенділік, сондай-ақ жоғары температура әсерінен белгілі бір жағдайларда миллиондаған жылдар бойы қалыптасады.

Сондай-ақ, гауһар тастарды метеориттермен бірге енгізу туралы нұсқа бар, өйткені ғарышта көміртегі өте көп. Ғалымдар оның модификацияларының бірі – лосдалейтті де метеориттерден тапты.

Бүгінгі таңда алмаздар келесі жолдармен өндіріледі:

Арнайы машиналарда қысымда және жоғары температурада. Ғалымдар жаңа коваленттік байланыстар құру үшін графит алуға тырысуда. Бұл тас түрі HPHT деп аталады.
Пленка әдісі метан буының әсерінен тұндырылған графитті де қамтиды.
Жарылыс синтезіне байланысты тастарды өндіру.

Алмаздың немесе оның кесілмеген затының (алмас) формуласын бәрі білсе де, ғалымдардың ешқайсысы табиғат сияқты кристалдық тордың құрылымы бірдей тасты дәл шығара алмады. Сондықтан тастың құны негізделген жоғары деңгей, ал жер қойнауынан өндіріс тоқтамайды.

Алмаздардың физикалық қасиеттері

Алмаздағы қоспалар

Әрине, табиғатта мінсіз ештеңе жоқ. Сонымен, гауһар құрамында заттың формуласында көрсетілмейтін белгілі бір қоспалар бар, бірақ олар оның сыртқы түріне әсер етеді. Атап айтқанда, тастың көлеңкесі мен мөлдірлігі өзгереді, бірақ оның қасиеттері емес. Мұндай қоспалардың саны 1 см3-ге 1018 атомға жетуі мүмкін. Ал қоспалардың түріне қарай тас көлеңкеге ие болады, ал гауһардың құны да өзгереді. Бұл қоспалардың ішінде:

кремний;
кальций;
магний;
азот;
алюминий.

Тастың формуласы мен құрамын бұзбау үшін мұндай заттар бір түрдің 2% -дан аспауы керек, ал жалпы алғанда 5% -дан аспауы керек. Егер алмаздағы қоспалардың мөлшері көп болса, онда тас сыртқы түрін айтарлықтай өзгертеді және зергерлік бұйымдарда пайдаланылмайды, бірақ өндірістік қажеттіліктерге жіберіледі.

Қатты заттардың көпшілігінде бар кристалдыққұрылымы, ол сипатталады бөлшектердің қатаң анықталған орналасуы. Бөлшектерді кәдімгі сызықтармен байланыстырсаңыз, сіз деп аталатын кеңістіктік шеңберді аласыз кристалдық тор. Кристалл бөлшектері орналасқан нүктелер тор түйіндері деп аталады. Елестетілген тордың түйіндерінде атомдар, иондар немесе молекулалар болуы мүмкін.

Түйіндерінде орналасқан бөлшектердің табиғатына және олардың арасындағы байланыс сипатына қарай кристалдық торлардың төрт түрі бөлінеді: иондық, металлдық, атомдық және молекулалық.

Иондық түйіндерінде иондар болатын торлар деп аталады.

Олар иондық байланыстары бар заттардан түзіледі. Мұндай тордың түйіндерінде бір-бірімен электростатикалық әрекеттесу арқылы қосылған оң және теріс иондар болады.

Иондық кристалдық торларда тұздар, сілтілер, белсенді металл оксидтері. Иондар қарапайым немесе күрделі болуы мүмкін. Мысалы, натрий хлоридінің тор орындарында қарапайым натрий иондары Na және хлор Cl − , ал калий сульфатының тор орындарында қарапайым калий иондары K және күрделі сульфат иондары S O 4 2 − кезектесіп орналасады.

Мұндай кристалдардағы иондар арасындағы байланыс күшті болады. Сондықтан иондық заттар қатты, отқа төзімді, ұшқыш емес. Мұндай заттар жақсы суда ерітіңіз.

Натрий хлоридінің кристалдық торы

Натрий хлоридінің кристалы

Металл оң иондар мен металл атомдарынан және бос электрондардан тұратын торлар деп аталады.

Олар металдық байланыстары бар заттардан түзіледі. Металл торының түйіндерінде атомдар мен иондар болады (не атомдар немесе иондар, оларға атомдар оңай айналады, жалпы пайдалану үшін сыртқы электрондарын береді).

Мұндай кристалдық торлар металдар мен қорытпалардың жай заттарына тән.

Металдардың балқу нүктелері әртүрлі болуы мүмкін (сынап үшін \(–37\) °C-тан екі-үш мың градусқа дейін). Бірақ барлық металдардың өзіндік ерекшелігі бар металл жылтырлығыикемділік, иілгіштік, электр тогын жақсы өткізедіжәне жылу.

Металл кристалдық тор

Аппараттық құрал

Атомдық торларды кристалдық торлар деп атайды, олардың түйіндерінде коваленттік байланыс арқылы байланысқан жеке атомдар орналасады.

Алмазда тордың бұл түрі бар - көміртектің аллотропиялық модификацияларының бірі. Атомдық кристалдық торы бар заттарға жатады графит, кремний, бор және германий, сонымен қатар күрделі заттар, мысалы карборунд SiC және кремний диоксиді, кварц, тау кристалы, құм, оған кремний оксиді (\(IV\)) Si O 2 кіреді.

Мұндай заттар сипатталады жоғары беріктігіжәне қаттылық. Осылайша, алмаз ең қатты табиғи зат болып табылады. Атомдық кристалдық торы бар заттар өте көп жоғары температураларбалқужәне қайнату.Мысалы, кремнеземнің балқу температурасы \(1728\) °C болса, графит үшін одан жоғары - \(4000\) °C. Атомдық кристалдар іс жүзінде ерімейді.

Алмаз кристалдық тор

Алмаз

Молекулалық түйіндерінде әлсіз молекулааралық әрекеттесу арқылы байланысқан молекулалар орналасқан торлар деп аталады.

Молекулалардың ішіндегі атомдар өте күшті коваленттік байланыстар арқылы байланысқанына қарамастан, молекулалардың өздері арасында әлсіз молекулааралық тартылыс күштері әрекет етеді. Демек, молекулалық кристалдар бар төмен күшжәне қаттылық, төмен балқу нүктелеріжәне қайнату. Көптеген молекулалық заттар бөлме температурасында сұйық және газ күйінде болады. Мұндай заттар ұшпа болып табылады. Мысалы, кристалды йод және қатты көміртегі тотығы (\(IV\)) («құрғақ мұз») сұйық күйге ауыспай буланады. Кейбір молекулалық заттар бар иіс.

Торлардың бұл түрінде агрегаттық қатты күйдегі қарапайым заттар бар: бір атомды молекулалары бар асыл газдар (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ), сондай-ақ екі- және бар бейметалдар көп атомды молекулаларH 2, O 2, N 2, Cl 2, I 2, O 3, P 4, S 8).

Олардың молекулалық кристалдық торы барсонымен қатар ковалентті полярлық байланысы бар заттар: су – мұз, қатты аммиак, қышқылдар, металл емес оксидтер. Көпшілік органикалық қосылыстарсонымен қатар молекулалық кристалдар (нафталин, қант, глюкоза) болып табылады.

Асыл тастарды жақсы көретіндерді алмаздың құрылымы, оның сипаттамасы және негізгі физикалық, механикалық және химиялық қасиеттері тақырыбы өте қызықтырады. Бұл әдемі тас өзінің химиялық құрылымы бойынша металл емес және кристалды құрылымға ие. Химиктер тілінде адамантий – көміртектің текше аллотропты түрі. Зергерлік бұйымдарда көміртектің бұл түрі асыл тастардың ең қымбаты болып саналады, ал адаманты бар зергерлік бұйымдар өте қымбат. Бұл бұл заттың кристалдарының жарқырауын басқа ештеңемен салыстыруға болмайтындығына байланысты. Оның үстіне ол өшпейді және сызатпайды. Яғни, зергерлік бұйымдардағы кристалдардың жылтыратылған беті әрқашан көзді қуантады.

Қанша кереғар көрінгенімен, адамант пен графиттің құрылымы бірдей. Және бұл екі диаметральді қарама-қарсы заттардың табиғаты бірдей. Өйткені алмаз да, графит те көміртек атомдарынан түзілген. Алмастың құрылымы мен қасиеттерін толығырақ қарастырайық.

Алмаз кристалының құрылымы тетраэдр тәрізді, ал көміртегі атомдары орталықта орналасқан. Мұндай тетраэдрдегі төбелер ең жақын көміртегі атомдары болып табылады. Бұл кристалдық құрылымның өзінде өте тұрақты атомдық байланысқа әкеледі және бұл заттың күшінің жоғарылауын түсіндіреді. Бірлік ұяшықты құрайтын атомдар бір-бірімен коваленттік байланыс арқылы байланысқан. Бұл мүмкіндік алмаздың жоғары тығыздығын түсіндіреді.

Жалпы алмаз кристалын алып молекула ретінде елестетуге болады. Еске салайық, бұл кристалдың молярлық массасы 12. Кристаллдың пішіні зергерлік тастың беттерінің санына байланысты емес. Алмазды өңдеу кезінде оның жиектері пайда болады.

Алмаздың химиялық құрылымы таза көміртек.Бірақ оның құрамында әлі де қоспалар бар. Жүргізілген химиялық талдау басқа заттардың белгілі бір мөлшерінің болуын анықтауға мүмкіндік берді. Қоспаларға келесі заттар жатады:

азот;
магний;
алюминий;
кремний.

Периодтық жүйенің тағы көптеген химиялық элементтері. Оның үстіне көптеген элементтер изоморфты қосындылар болып табылады. Бірақ адамдар гауһар тастарды жасау үшін ғана емес, көп нәрсе үшін пайдаланады зергерлік бұйымдар. Бұл кристал технологияда кеңінен қолданылады. Мұның бәрі оның бірегей қасиеттері мен ең жоғары беріктігінің арқасында.

Ұсынылған бейне гауһар тастың кристалдық құрылымын анық көрсетеді.

Алмаздың физикалық қасиеттері

Алмаз - табиғатта кездесетін ең қатты зат.

Адамант сорттарының бірі – корундтың құрылымы ұқсас, бірақ қаттылығы төмен (корундтың қаттылығы адамантқа қарағанда 150 есе төмен) Айта кету керек, заттардың қаттылығы Мох шкаласы бойынша анықталады. Осы рейтингке сәйкес гауһарларға ең жоғары қаттылық рейтингі – 10 беріледі.

Сондықтан оны металдарды, соның ішінде берилл, гранат, сапфир және басқалары сияқты берік және қатты минералдарды өңдеу үшін пайдалануға болады. Алмаз құралдары тозуға өте төзімді. Алмаздың қаттылығы мен тығыздығы кварц пен корундқа қарағанда жоғары.

Бірақ оның барлық қаттылығына қарамастан, гауһар жоғары сынғыштыққа ие. Тіпті жоғары көрсетілген тығыздық құлаған кезде бөліну ықтималдығын азайтпайды. Өйткені, таза кристалды көміртегі, яғни алмаздың көп қабатты құрылымы бар. Ал қатты бетке қатты әсер еткенде ол атомдар арасындағы байланыс өте әлсіз құрылымның сол жерлерінде бөлінуі мүмкін. Атомдардың ыдырау орындарында бөліну жүреді.

Және бұл заттың барлық тозуға төзімділігі мен беріктігімен ол қатты бетке құлаудан қорғалуы керек. Көміртектің бұл түрі барлық қатты денелердің ең жоғары жылу өткізгіштігіне ие. Алмаздың жылу өткізгіштігі 20-дан 24 Вт/см-ге дейін. Сондай-ақ алмастың диэлектрик екенін айту керек. Бұл осы заттың кристалындағы атомдық байланыстардың ерекшеліктерімен түсіндіріледі.

Оттегідегі алмастың жану температурасы 800°С. Көміртегінің бұл алуан түрі әдемі көк жалынмен жанады. Бірақ 2000°С температурада және оттегі болмаған жағдайда бұл әдемі минерал графитке айналады. Алмаздың балқу температурасы 3700-4000°С.

Алмаздың ең негізгі және құнды қасиеті – оның сыну көрсеткіші және дисперсияның жоғары дәрежесі. Гауһар тастардың жарқырауы осы сипаттамаларға байланысты және осы бағалы минералға тән белгі болып табылады. Алмаздардың салмағы каратпен өлшенеді. Бір карат алмастың салмағы шамамен 0,2 грамм. Бұл құнды анықтау үшін зергерлерде қажетті кестелер мен мәліметтер бар.