Структура кристала алмазу та його кристалічні грати. Природний мінерал алмаз: структура, фізичні та хімічні властивості З якої речовини складається алмаз

19.06.2020

Алмаз - природний мінерал, один із найвідоміших і найдорожчих. Навколо нього ходить безліч домислів та легенд, особливо щодо його вартості та виявлення підробок. Окремою темою вивчення є зв'язок алмазу і графіту. Багато хто знає, що ці мінерали схожі, але не всім відомо, чим саме. Та й на питання про те, чим вони відрізняються, також не кожен зможе відповісти. А що ми знаємо про структуру алмазу? Або про критерії оцінювання дорогоцінного каміння?

Алмаз - один із трьох мінералів, що являють собою кристалічну модифікацію вуглецю. Два інших - це графіт і лонсдейліт, другий можна знайти в метеоритах або створити штучним шляхом. І якщо це каміння - гексагональні модифікації, то тип кристалічних ґрат алмазу - куб. У цій системі атоми вуглецю розташовані таким чином: по одному на кожній вершині і в центрі грані, і чотири всередині куба. Таким чином виходить, що атоми розташовані у вигляді тетраедрів, і кожен атом знаходиться в центрі одного з них. Частинки пов'язані між собою найміцнішим зв'язком - ковалентним, завдяки чому алмаз і має високу твердість.

Хімічні властивості

Грубо кажучи, алмаз - це чистий вуглець, відповідно кристали алмазу повинні бути абсолютно прозорими і пропускати все видиме світло. Але у світі немає нічого ідеального, а отже, і цей мінерал має домішки. Вважається, що максимальний вміст домішок у ювелірних алмазах не повинен перевищувати 5%. До складу алмазу можуть входити як тверді, так і рідкі та газоподібні речовини, найбільш поширені з них:

азот;
алюміній;
кремній;
кальцій;
магній.

Також до складу можуть входити кварц, гранати, олівін, інші мінерали, окиси заліза, вода та інші речовини. Найчастіше ці елементи перебувають у складі мінералу як механічних мінеральних включень, але з них можуть замінювати вуглець у структурі алмазу - це явище називається ізоморфізмом. У такому разі включення можуть значно впливати на його колір, а включення азоту надають йому люмінесцентні властивості.

Фізичні властивості

Структура алмазу зумовлює його Фізичні властивості, Вони оцінюються за чотирма критеріями:

твердість;
густина;
дисперсія та заломлення світла;
кристалічна решітка.

Твердість мінералів оцінюється за його оцінкою за цією системою дорівнює 10, це максимальний показник. Наступний у списку корунд, його показник - 9, проте його твердість менша у 150 разів, що означає абсолютну першість алмазу за цим показником.

Однак твердість мінералу зовсім не означає його міцність. Діамант досить крихкий і легко розколюється, якщо вдарити його молотком.

Питома вага алмазу (щільність) визначається проміжку від 3,42 до 3,55 гр/см 3 . Він визначається у співвідношенні ваги мінералу до ваги води того самого обсягу.

Крім твердості, він має і високі показники заломлення світла (2,417-2,421) і дисперсії (0,0574). Таке поєднання властивостей дозволяє алмазу бути найдорожчим та ідеальним ювелірним каменем.

Значення мають також інші фізичні властивості мінералу, такі як теплопровідність (900-2300 Вт/м·К), також найвища з усіх речовин. Можна також відзначити здатність мінералу не розчинятися в кислотах і лугах, властивості діелектрика, низький коефіцієнт тертя по металі в повітрі та високу температуру плавлення 3700-4000 ° C при тиску 11 ГПа.

Подібності та відмінності алмазу та графіту

Вуглець - одне із найпоширеніших елементів Землі, він міститься у багатьох речовинах, особливо у живих організмах. Графіт, як і алмаз, складається з вуглецю, проте структури алмазу та графіту сильно відрізняються. Діамант може перетворюватися на графіт під дією високих температур без доступу кисню, але в нормальних умовах він здатний нескінченно довго залишатися в незмінному вигляді, це називають метастабільністю, до того ж тип кристалічної решітки алмазу - куб. А ось графіт – мінерал шаруватий, його структура виглядає як ряд пластів, розташованих у різних площинах. Ці пласти складаються із шестикутників, що формують систему, схожу на стільники. Сильні зв'язки утворюються тільки між цими шестикутниками, а між пластами вони вкрай слабкі, це й обумовлює шаруватість мінералу. Крім низької твердості, графіт поглинає світло та має металевий блиск, чим також сильно відрізняється від алмазу.

Ці мінерали є найяскравішим прикладом алотропії - явища, у якому речовини мають різні фізичні властивості, хоч і складаються з одного хімічного елемента.

Походження алмазу

Немає однозначної думки щодо того, як утворюються алмази в природі, існують магматична, мантійна, метеоритна та інші теорії. Однак найпоширенішою є магматична. Вважається, що алмази утворюються на глибині близько 200 км під тиском 50 000 атмосфер, а потім виносяться на поверхню разом з магмою під час формування кімберлітових трубок. Вік алмазів варіюється від 100 мільйонів до 2,5 мільярда років. Також науково доведено, що алмази можуть утворюватися при ударі метеорита об поверхню землі, а також знаходитись у самій метеоритній породі. Однак кристали такого походження мають вкрай дрібні розміри та рідко підходять для обробки.

Родовища алмазів

Перші родовища, у яких було виявлено і добувалися алмази, розташовувалися Індії, але вже до кінця ХІХ століття вони були виснажені. Однак саме там були здобуті найвідоміші, найбільші та найдорожчі зразки. А в XVII і XIX століттях було виявлено родовища мінералу в Бразилії та Південній Африці. Історія рясніє легендами та фактами про алмазну лихоманку, які пов'язані саме з південноафриканськими копальнями. Останні виявлені родовища алмазів перебувають у Канаді, їхнє освоєння почалося лише останньому десятилітті ХХ століття.

Особливо цікаві копальні Намібії, хоча видобуток алмазів там є справою складною та небезпечною. Поклади кристалів зосереджені під шаром ґрунту, що хоч і ускладнює роботу, але говорить про високу якість мінералів. Алмази, що пройшли шлях у кілька сотень кілометрів до поверхні при постійному терті про інші породи, є високосортними, менш якісні кристали просто не витримали б такої подорожі, а тому 95 % здобутого каміння – ювелірної якості. Також відомі та багаті мінералами є в Росії, Ботсвані, Анголі, Гвінеї, Ліберії, Танзанії та інших країнах.

Обробка алмазів

Обробка алмазів потребує величезного досвіду, знань та вмінь. Перш ніж приступати до роботи, необхідно досконально вивчити камінь, щоб згодом максимально зберегти його вагу та позбутися вкраплень. Найбільш поширений тип огранювання алмазів - круглий, він дозволяє каменю заграти всіма фарбами та максимально вигідно відбивати світло. Але така робота є і найскладнішою: круглий діамант має 57 площин, і при його ограновуванні важливо дотримуватися найточніших пропорцій. Також популярними типами огранювання є: овал, сльоза, серце, маркіза, смарагдова та інші. Виділяють кілька етапів обробки мінералів:

розмітка;
розколювання;
розпилювання;
заокруглення;
огранювання.

Досі вважається, що після обробки алмаз втрачає близько половини своєї ваги.

Критерії оцінювання алмазів

При видобуванні алмазів лише 60% мінералів придатні для обробки, їх називають ювелірними. Природно, вартість необробленого каміння значно поступається ціні діамантів (більш ніж удвічі). Оцінка вартості діамантів проводиться за системою 4C:

Carat (вага в каратах) - 1 карат дорівнює 0,2 г.
Color (колір) – чисто білих алмазів практично не зустрічається, більшість мінералів мають певний відтінок. Від забарвлення алмазу багато в чому залежить його вартість, більшість каменів, що зустрічаються в природі, мають жовтий або коричневий відтінок, рідше можна виявити рожеве, блакитне і зелене каміння. Найбільш рідкісними, красивими, а тому й дорогими є мінерали насичених відтінків, їх називають фантазійними. Найбільш рідкісні з них – зелений, фіолетовий та чорний.
Clarity (чистота) - також важливий показник, який визначає наявність дефектів у камені та значно впливає на його вартість.
Cut (огранювання) - від огранювання сильно залежить зовнішній вигляддіамант. Заломлення та відображення світла, своєрідне "діамантове" сяйво роблять цей камінь настільки цінним, а неправильна форма або співвідношення пропорцій при обробці можуть геть-чисто його зіпсувати.

Виготовлення штучних алмазів

Зараз технології дозволяють "вирощувати" алмази, що практично не відрізняються від натуральних. Існує кілька способів синтезу:

Як відрізнити оригінал від підробки

Говорячи про методи визначення справжності алмазів, варто розрізняти перевірку справжності діамантів та необроблених алмазів. Недосвідчена людина може сплутати алмаз із кварцом, кришталем, іншими прозорими мінералами, і навіть зі склом. Проте виняткові фізичні та Хімічні властивостіАлмазу дозволяють з легкістю визначити підробку.

Насамперед варто згадати про твердість. Цей камінь здатний подряпати будь-яку поверхню, а на ньому залишити сліди може тільки інший алмаз. Також на натуральному кристалі не залишається піт, якщо на нього подихати. На мокрому камені буде слід, як від олівця, якщо провести по ньому алюмінієм. Можна перевірити його рентгеном: натуральний каміньпід випромінюванням має насичене зелене забарвлення. Або подивитися крізь нього на текст: крізь натуральний алмаз його неможливо буде розібрати. Окремо варто відзначити, що натуральність каменю можна перевірити на заломлення світла: піднісши до джерела світла оригінал, можна побачити лише крапку, що світиться в центі.

Алмаз- Найтвердіший мінерал, кубічна поліморфна (аллотропна) модифікація вуглецю (C), стійка при високому тиску. При атмосферному тиску та кімнатній температурі метастабілен, але може існувати необмежено довго, не перетворюючись на стабільний у цих умовах графіт. У вакуумі або інертному газі при підвищених температурах поступово переходить у графіт.

СТРУКТУРА

Сингонія алмазу кубічна, просторова група Fd3m. Елементарна осередок кристалічної решітки алмазу є гранецентрованим кубом, в якому в чотирьох секторах розташованих у шаховому порядку, знаходяться атоми вуглецю. Інакше алмазну структуру можна як дві кубічних гранецентрированных решітки, зміщених друг щодо друга по головній діагоналі куба на чверть її довжини. Структура аналогічна алмазної встановлена у кремнію, низькотемпературної модифікації олова та деяких інших простих речовин.

Кристали алмазу завжди містять різні дефекти кристалічної структури (точкові, лінійні дефекти, включення, межі субзерен тощо). Такі дефекти значною мірою визначають фізичні властивості кристалів.

ВЛАСТИВОСТІ

Алмаз може бути безбарвним водянопрозорим або забарвленим у різні відтінки жовтого, коричневого, червоного, блакитного, зеленого, чорного, сірого кольорів.
Розподіл фарбування часто нерівномірний, плямистий або зональний. Під дією рентгенівських, катодних та ультрафіолетових променівбільшість алмазів починає світитися (люмінесцувати) блакитним, зеленим, рожевим та ін квітами. Характеризується виключно високим світлозаломленням. Показник заломлення (від 2,417 до 2,421) та сильна дисперсія (0,0574) зумовлюють яскравий блиск та різнобарвну «гру» огранених ювелірних алмазів, званих діамантами. Блиск сильний, від алмазного до жирного. Щільність 3,5 г/см 3 . За шкалою Мооса відносна твердість алмазу дорівнює 10, а абсолютна – у 1000 разів перевищує твердість кварцу та у 150 разів – корунд. Вона найвища як серед усіх природних, так і штучних матеріалів. Водночас досить тендітний, легко розколюється. Злам раковистий. З кислотами та лугами без окислювачів не взаємодіє.
На повітрі алмаз згоряє при 850° З утворенням СО 2 ; у вакуумі при температурі понад 1.500° переходить у графіт.

МОРФОЛОГІЯ

Морфологія алмазу дуже різноманітна. Він зустрічається як у вигляді монокристалів, так і у вигляді полікристалічних зрощень (борт, баллас, карбонадо). Алмази з кімберлітових родовищ мають лише одну поширену плоскогранну форму - октаедр. При цьому у всіх родовищах поширені алмази з характерними кривогранними формами - ромбододекаедроїди (кристали схожі на ромбододекаедр, але з округлими гранями), і кубоїди (кристали з криволінійною формою). Як показали експериментальні дослідження та вивчення природних зразків у більшості випадків кристали у формі додекаедроїду виникають у результаті розчинення алмазів кімберлітовим розплавом. Кубоїди утворюються в результаті специфічного волокнистого зростання алмазів за нормальним механізмом росту.

Синтетичні кристали, вирощені при високих тисках і температурах, часто мають грані куба і це є одні з характерних відмінностей від природних кристалів. При вирощуванні в метастабільних умовах алмаз легко кристалізується у вигляді плівок та шістуватих агрегатів.

Розміри кристалів варіюють від мікроскопічних до дуже великих, маса найбільшого алмазу Кулінан, знайденого в 1905р. у Південній Африці 3106 карат (0,621 кг).
На вивчення величезного алмазу було витрачено кілька місяців і в 1908 він був розколотий на 9 великих частин.
Алмази масою понад 15 карат – рідкість, а масою від сотні карат – унікальні та вважаються раритетами. Такі камені дуже рідкісні і часто отримують власні імена, світову популярність та своє особливе місце в історії.

ПОХОДЖЕННЯ

Хоча за нормальних умов алмаз метастабілен, він з стійкості своєї кристалічної структури може існувати невизначено довго, не перетворюючись на стійку модифікацію вуглецю — графіт. Алмази, які винесені на поверхню кімберілітами або лампроїтами, кристалізується в мантії на глибині 200 км. і більше при тиску понад 4 ГПа та температурі 1000 - 1300 ° С. У деяких метородіння зустрічаються і більш глибинні алмази, винесені з перехідної зони або з нижньої мантії. Поряд з цим вони виносяться до поверхні Землі в результаті вибухових процесів, що супроводжують формування кімберлітових трубок, 15-20% яких містить алмаз.

Алмази зустрічаються також у метаморфічних комплексах надвисоких тисків. Вони асоціюють з еклогітами та глибокометаморфізованими гранатовими гнейсами. Дрібні алмази у значних кількостях виявлені у метеоритах. Вони мають дуже давнє, соняшникове походження. Також вони утворюються у великих астроблемах - гігантських метеоритних кратерах, де переплавлені породи містять значну кількість дрібнокристалічного алмазу. Відомим родовищем такого типу є Попігайська астроблема на півночі Сибіру.

Алмази рідкісний, але водночас досить поширений мінерал. Промислові родовища алмазів відомі на всіх континентах, крім Антарктиди. Відомо кілька видів родовищ алмазів. Вже кілька тисяч років алмази видобувались із розсипних родовищ. Тільки до кінця XIX століття, коли вперше було відкрито алмазоносну кімберлітову трубку, стало ясно, що алмази не утворюються в річкових відкладах. Крім цього, алмази були знайдені в корових породах в асоціаціях метаморфізму надвисоких тисків, наприклад, у Кокчетавському масиві в Казахстані.

І імпактні, і метаморфічні алмази іноді утворюють дуже масштабні родовища з великими запасами та високою концентрацією. Але у цих типах родовищ алмази настільки дрібні, що немає промислової цінності. Промислові родовища алмазів пов'язані з кімберлітовими та лампроїтовими трубками, присвяченими древнім кратонам. Основні родовища цього відомі в Африці, Росії, Австралії та Канаді.

ЗАСТОСУВАННЯ

Хороші кристали піддаються ограновуванні та використовуються в ювелірній справі. Ювелірними вважаються близько 15% алмазів, що добуваються, ще 45% вважаються навколоювелірними, тобто поступаються ювелірним за розміром, кольором або чистотою. В даний час загальносвітовий обсяг видобутку алмазів складає близько 130 мільйонів карат на рік.
Діамант(від франц. brillant — блискучий), — алмаз, якому за допомогою механічної обробки (огранювання) надано спеціальну форму, діамантове огранювання, що максимально розкриває такі оптичні властивості каменю, як блиск і колірна дисперсія.
Зовсім дрібні алмази та уламки, непридатні для огранювання, йдуть як абразив для виготовлення алмазного інструменту, необхідного для обробки твердих матеріалів та огранювання самих алмазів. Скритокристалічний різновид алмазу чорного або темно-сірого кольору, що утворює щільні або пористі агрегати, носить назву Карбонадо, має більш високий опір стирання, ніж у кристалів алмазу і завдяки цьому особливо цінується в промисловості.

Дрібні кристали також у великих кількостях вирощуються штучним шляхом. Синтетичні алмази отримують з різних вуглецевмісних речовин, головним чином з графіту, спец. апаратах при 1200-1600 ° С та тисках 4,5-8,0 ГПа в присутності Fe, Co, Сr, Мn або їх сплавів. Вони придатні до використання лише з технічних цілях.

Алмаз (англ. Diamond) - C

КЛАСИФІКАЦІЯ

Strunz (8-е видання)	1/B.02-40
Dana (7-е видання)	1.3.5.1
Dana (8-е видання)	1.3.6.1
Hey's CIM Ref.	1.24

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

Колір мінералу	безбарвний, жовтувато-коричневий, що переходить у жовтий, коричневий, чорний, синій, зелений або червоний, рожевий, коньячно-коричневий, блакитний, бузковий (дуже рідко)
Колір риси	ніякий
Прозорість	прозорий, напівпрозорий, непрозорий
Блиск	алмазний, жирний
Спайність	досконала за октаедром
Твердість (шкала Мооса)	10
Злам	нерівний
Міцність	тендітний
Щільність (виміряна)	3.5 - 3.53 g/cm3
Радіоактивність (GRapi)	0
Термічні властивості	Висока теплопровідність. На дотик холодний, тому алмаз називають на сленгу «лід»

В цій статті:

Діамант - це дорогоцінний мінерал, який одночасно є найтвердішою речовиною на Землі. А також серед коштовностей алмаз виступає одним із найдорожчих каменів, які привертають увагу дівчат. Тому багатьом цікаво, як утворюється камінь, яка формула алмазу і чи можна його виростити у лабораторії. Вчені, як і раніше, після століття дослідів не можуть відповісти на всі питання з точністю, оскільки в деяких ситуаціях камінь поводиться аномально.

Формула речовини

Складається алмаз повністю із вуглецю. Цього елемента міститься близько 0,15% у Земній корі. Атомний номер речовини – 6, що говорить про кількість протонів у ядрі. Відповідно, у алмазів, які повністю складаються з вуглецю, тобто є алотропною формою цієї речовини, атомний номер такий самий.

Розташування атомів у алмазу та графіту

Таке поняття, як форма алотропної модифікації, означає, що з простої речовини, наприклад вуглецю, можуть формуватися інші прості речовини, які відрізнятимуться між собою властивостями і будовою атомів. Тобто зміст один, а форма та вигляд – абсолютно різні, взяти хоча б протилежності: графіт та алмаз. При цьому вуглець - одна з небагатьох речовин, яка має кілька форм модифікацій.

Виділяють такі речовини, які складаються лише з вуглецю:

алмаз;
графіт;
карбін;
лонсдейліт;
фулерени;
вуглецеві нанотрубки для виготовлення мікроволокон;
графен;
вугілля, сажа.

Цікавим питанням для вчених є питання, чи можна перетворити одну алотропну модифікацію на іншу. Саме цим вони й займаються стосовно графіту та інших речовин із цієї групи. Оскільки вартість алмазу – найвища, а ціна інших модифікацій нижча. Поки що процес можливий лише у зворотний бік: якщо алмаз нагріти без повітря до температури понад 500 градусів за Цельсієм, то камінь вибухне і перетвориться на графіт. При цьому подальше плавлення каменю показує аномальні результати, відмінні від інших речовин. А ось у зворотному напрямку реакція не відбувається.

Різниця між модифікаціями пояснюється будовою кристалічних ґрат речовини. Хімічна формула тут не відіграє жодної ролі. Вся суть полягає у просторовій конфігурації атомів вуглецю та зв'язку між ними. Так, у будові алмазу грати мають кубічну будову.

Зв'язок між атомами - найміцніший, з погляду хімії, ковалентний. При цьому кубічна система використовує лише 18 атомів і вважається найщільнішою формою упаковки цих частинок. Тому алмаз і є найтвердішою речовиною планети.

У центрах граней тетраедра також розташовуються атоми, пов'язані між собою ковалентно. А от якщо розглядати той же графіт, то в його кристалічній решітці частина зв'язків ковалентна, а частина дисульфідна, яка має властивість розриватися. Внаслідок цього електрони можуть мігрувати, і речовина одержує металеві властивості.

Але це розбір атомних форм вуглецю, оскільки саме атоми і формують кристалічні ґрати. А ось нещодавно вчені виявили й молекулярні форми речовини у складі фулеренів, багатогранників із вуглецю. Наразі виявили нові молекулярні сполуки із вмістом вуглецю - від С60 до С540, над якими проводяться дослідження.

На основі формули, а також зміни атомів вчені намагаються відтворити картину в лабораторних умовах. У природі алмази знаходять у кімберлітових та лампроїтових трубках, а також на розсипах. Камені формуються мільйони років за певних умов з участю магматичних порід, сейсмоактивності, і навіть під впливом високих температур.

Існує і версія про занесення алмазу разом із метеоритами, оскільки вуглецю досить багато у космічному просторі. А також одну з його модифікацій – лосдейліт – вчені виявили у складі метеоритів.

На сьогоднішній день алмази виготовляють такими способами:

Під тиском і високою температурою в спеціальних машинах. Вчені вимагають від графіту утворення нових ковалентних зв'язків. Такий тип каміння називають HPHT.
Плівковий спосіб відбувається також за участю графіту, осадження якого відбувається під дією парів метану.
Виробництво каміння внаслідок вибухового синтезу.

Навіть незважаючи на те, що всі знають формулу діаманта, ну або його не ограненої речовини (алмазу), ніхто з учених не зміг з точністю відтворити камінь з такою самою будовою кристалічних ґрат, як це зробила природа. Тому вартість каменю тримається на високому рівні, а видобуток із надр Землі не припиняється.

Фізичні властивості алмазів

Домішки у складі алмазу

Звісно, у природі немає нічого ідеального. Так, і в алмази входять певні домішки, які ніяк не відображаються на формулі речовини, хоча вони впливають на її зовнішній вигляд. Зокрема, змінюється відтінок та прозорість каменю, але не його властивості. Кількість таких домішок може сягати 1018 атомів на 1 см3. І залежно від виду домішок, камінь набуває відтінку, а також змінюється вартість алмазу. Серед таких домішок виділяють:

кремній;
кальцій;
магній;
азот;
алюміній.

Щоб не порушити формулу і склад каменю, таких речовин має бути трохи більше 2% одного виду, і трохи більше 5% загалом. Якщо кількість домішок у алмазі більша, то камінь значно змінює зовнішній вигляд і не використовується в ювелірній справі, а вирушає на потреби промисловості.

Більшість твердих речовин має кристалічнийбудова, що характеризується строго певним розташуванням частинок. Якщо з'єднати частинки умовними лініями, то вийде просторовий каркас кристалічною решіткою. Точки, в яких розміщені частинки кристала, називають вузлами ґрат . У вузлах уявної решітки можуть бути атоми, іони чи молекули.

Залежно від природи частинок, розташованих у вузлах, і характеру зв'язку між ними розрізняють чотири типи кристалічних ґрат: іонну, металеву, атомну та молекулярну.

Іонними називають ґрати, у вузлах яких є іони.

Їх утворюють речовини з іонним зв'язком. У вузлах такої решітки розташовуються позитивні та негативні іони, пов'язані між собою електростатичною взаємодією.

Іонні кристалічні грати мають солі, луги, оксиди активних металів. Іони можуть бути прості чи складні. Наприклад, у вузлах кристалічної решітки хлориду натрію знаходяться прості іони натрію Na і хлору Cl − , а у вузлах решітки сульфату калію чергуються прості іони калію K та складні сульфат-іони S O 4 2 − .

Зв'язки між іонами у таких кристалах міцні. Тому іонні речовини тверді, тугоплавкі, нелеткі. Такі речовини добре розчиняються у воді.

Кристалічні грати хлориду натрію

Кристал хлориду натрію

Металевими називають грати, які складаються з позитивних іонів та атомів металу та вільних електронів.

Їх утворюють речовини з металевим зв'язком. У вузлах металевих ґрат знаходяться атоми та іони (то атоми, то іони, в які легко перетворюються атоми, віддаючи свої зовнішні електрони в загальне користування).

Такі кристалічні решітки характерні для простих речовин металів та сплавів.

Температури плавлення металів можуть бути різними (від (37) ° С у ртуті до двох-трьох тисяч градусів). Але всі метали мають характерний металевий блиск, ковкість , пластичність , добре проводять електричний струмі тепло.

Металеві кристалічні грати

Металеві вироби

Атомними називають кристалічні ґрати, у вузлах яких є окремі атоми, з'єднані ковалентними зв'язками.

Такий тип ґрат має алмаз - одне з алотропних видозмін вуглецю. До речовин з атомними кристалічними ґратами відносяться графіт, кремній, бір та германій, а також складні речовини, наприклад, карборунд SiC і кремнезем, кварц, гірський кришталь, пісок, До складу яких входить оксид кремнію(\(IV\)) Si O 2 .

Таким речовинам характерні висока міцністьі твердість. Так, алмаз є найтвердішою природною речовиною. У речовин з атомними кристалічними гратами дуже високі температуриплавленняі кипіння.Наприклад, температура плавлення кремнезему - (1728) °С, а у графіту вона вище - (4000) °С. Атомні кристали практично нерозчинні.

Кристалічні грати алмазу

Алмаз

Молекулярними називають грати, у вузлах яких знаходяться молекули, пов'язані слабкою міжмолекулярною взаємодією.

Незважаючи на те, що всередині молекул атоми з'єднані дуже міцними зв'язками ковалентними, між самими молекулами діють слабкі сили міжмолекулярного тяжіння. Тому молекулярні кристали мають невелику міцністьі твердість, низькі температури плавленняі кипіння. Багато молекулярних речовин при кімнатній температурі являють собою рідини та гази. Такі речовини летючі. Наприклад, кристалічні йод і твердий оксид вуглецю ((IV)) («сухий лід») випаровуються, не переходячи в рідкий стан. Деякі молекулярні речовини мають запах.

Такий тип решітки мають прості речовини в твердому агрегатному стані: благородні гази з одноатомними молекулами (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn ), а також неметали з дво- та багатоатомними молекулами (H 2 , O 2 , N 2 , Cl 2 , I 2 , O 3 , P 4 , S 8).

Молекулярні кристалічні грати маютьтакож речовини з ковалентними полярними зв'язками: вода - лід, тверді аміак, кислоти, оксиди неметалів. Більшість органічних сполуктеж є молекулярні кристали (нафталін , цукор , глюкоза ).

Любителям дорогоцінного каміння дуже цікава тема про будову алмазу, опис його та основні фізичні, механічні та хімічні властивості. Цей гарний камінь за своєю хімічною структурою відноситься до неметалів і має кристалічну структуру. Говорячи мовою хіміків, адамант – це кубічна алотропна форма вуглецю. У ювелірному мистецтві ця форма вуглецю вважається найдорожчим з дорогоцінного каміння, і прикраси з адамантом коштують дуже дорого. Це з тим, що блиск кристалів цієї речовини неможливо порівняти ні з чим. І до того ж він не тьмяніє і не дряпається. Тобто полірована поверхня кристалів в прикрасах завжди тішить око.

Як не парадоксально звучить, але адамант та графіт мають однакову будову. І ці дві такі діаметрально протилежні речовини мають одну природу. Справа в тому, що і діамант, і графіт утворені атомами вуглецю. Розглянемо докладніше будову та властивості діаманта.

За структурою кристал алмазу має форму тетраедра, і при цьому атоми вуглецю знаходяться в центрі. Вершинами в такому тетраедрі служать найближчі атоми вуглецю. Виходить дуже стабільна атомарна зв'язок у структурі кристала, і цим пояснюється підвищена міцність речовини. Між собою атоми, з яких складається елементарна комірка, пов'язані ковалентним зв'язком. Цією особливістю пояснюється висока густина алмазу.

У цілому нині кристал алмазу можна як молекулу гігантських розмірів. Нагадаємо, що молярна масацього кристала дорівнює 12. Форма кристала не пов'язана з кількістю граней ювелірного каменю. Грані алмазу виникають під час його обробці.

За хімічною структурою алмаз є чистим вуглецем.Але до його складу все ж таки входять і домішки. Проведений хімічний аналіз дозволив визначити наявність деяких інших речовин. До домішок належать такі речовини, як:

азот;
магній;
алюміній;
кремнію.

І ще багато інших хімічних елементів таблиці Менделєєва. Причому багато елементів є ізоморфні включення. Але люди використовують алмази не лише для виготовлення ювелірних прикрас. Широке застосування отримав цей кристал у техніці. І все це завдяки своїм унікальним властивостям та найвищій міцності.

Подане відео добре показує кристалічну структуру діаманта.

Фізичні властивості алмазу

Алмаз – це найтвердіша речовина, яка зустрічається у природі.

Один з різновидів адаманта - корунд - має подібну будову, але більш низьку твердість (твердість корунду нижче, ніж у адаманта в 150 разів). Варто згадати, що твердість речовин визначається за шкалою Моосу. По цьому ранжиру алмазу надається найвищий показник твердості - 10.

Отже, його можна використовувати для обробки металів, у тому числі високоміцних і твердих мінералів, таких як берил, гранат, сапфір та інші. Алмазний інструмент дуже стійкий до стирання. Твердість і щільність алмазу вища, ніж у кварцу та корунду.

Але за всієї твердості у діаманту висока крихкість. І навіть виражена високою мірою щільність не знижує ймовірність розколу при падінні. Адже чистий кристалічний вуглець, яким є діамант, має багатошарову структуру. І при різких ударах об тверду поверхню можливий його розкол у тих місцях структури, де зв'язок між атомами дуже слабкий. Саме у місцях спайності атомів і відбувається розкол.

І при всій зносостійкості та довговічності цієї речовини його потрібно уберегти від падінь на тверду поверхню. Цей різновид вуглецю має найвищу теплопровідність серед усіх твердих тіл. Теплопровідність алмазу становить від 20 до 24 Вт/див. Також слід сказати, що діамант є діелектриком. Це пояснюється особливостями атомарних зв'язків у кристалі цієї речовини.

Температура горіння діаманту у кисні становить 800°С. Цей різновид вуглецю горить гарним блакитним полум'ям. А ось при температурі 2000 ° С і за відсутності кисню цей гарний мінерал перетворюється на графіт. Показники температури плавлення у алмазу дорівнюють 3700-4000°С.

Найголовніша і найцінніша властивість діаманта – це його показник заломлення та високий ступінь дисперсії. Блиск діамантів залежить від цих характеристик і є відмітною ознакоюцього дорогоцінного мінералу. Вага діамантів вимірюється у каратах. При цьому вага одного карата алмазу дорівнює приблизно 0,2 г. Для визначення цієї величини у ювелірів існують необхідні таблиці та відомості.