Teemandi füüsikalised omadused. Kuidas looduslik teemant välja näeb? Paljud isendid on ebaühtlaselt värvunud

Teemant on mineraal, mis on puhta süsiniku (C) kristalne modifikatsioon. Teemant on kõigist looduses teadaolevatest materjalidest suurima kõvadusega, tänu millele kasutatakse seda paljudes olulistes tööstusharudes.

Tuntud on kolm süsiniku kristalset modifikatsiooni: kuupmeetrit(teemant ise) ja kaks kuusnurkne- grafiit ja lonsdaleiit. Viimast leiti meteoriitidest ja saadi kunstlikult.

Teemantkristallvõre

Teemantstruktuuri ühikrakk on kuubiku kujuga. Teaduslikumalt öeldes kristalliseerub teemant kuupsüsteemis (nn süsteem).

Iga selle kuubi tipp sisaldab aatomit. Üks aatom on iga näo keskel, neli on kuubiku sees. Kõik tahkude keskpunktides asuvad aatomid on ühised kahele rakule ja kõik kuubi tippudes asuvad aatomid on ühised kaheksale rakule. Kuupsüsteem on kõige tihedam aatomite pakend.

Proovime sama mõtet muul viisil väljendada. Teemantstruktuuri iga süsinikuaatom asub tetraeedri keskmes, mille tippudeks on neli lähimat aatomit. Kõik aatomid on ühendatud oma nelja lähima naabriga, mis paiknevad sümmeetriliselt piki selle tippe (tetraeedrit), kõige "tugevama" keemilise sidemega - kovalentse sidemega.

Ideaalset teemantkristalli võib pidada üheks hiiglaslikuks molekuliks.

Tulemuseks on väga tihe aatomite paigutus, mille tugevad sidemed teemandi struktuuris määravad selle erakordse kõvaduse ja muud iseloomulikud omadused.

Vene Föderatsiooni rahandusministeerium müüs Venemaa Gokhrani territooriumil 10,8 karaati või rohkem kaaluvate erimõõduliste teemantide siseturul müümise avatud enampakkumise tulemusena kive kogumassiga 3,4 tuhat karaati kogusummas umbes 12,8 miljonit dollarit, teatas RIA Gokhranis News.

Esimene "C" on kaal karaatides. Selles etapis määratakse kivi täpne kaal kaalude abil või arvutatakse valemite abil, kas teemant on tootes fikseeritud. Teemandi kaalu väljendatakse karaatides.

Teine "C" on värv. Täiesti värvitud teemandid on üsna haruldased ning peaaegu kõigil kividel on erineva värvi ja intensiivsusega toone. Eksperdi ülesanne on värvistandardeid kasutades täpselt määrata teemandi intensiivsus ja värvus standardvalgustuses.

Kolmas "C" on selgus (puhtus). Selles etapis tehakse kindlaks kõik kivi sisemised puudused (defektid).

Neljas "C" on lõigatud (lõike kvaliteet). Selles etapis antakse teemandi kuju, lõikekvaliteedi ja viimistluse omadused.
Nende parameetrite põhjal saab hinnata, kuidas antud teemant teiste teemantide hulgast eristub, mille põhjal võib see olla kallim või vastupidi, odavam.

Oma atraktiivsete optiliste efektide tõttu on tõelist teemanti kasutatud ehetes juba iidsetest aegadest ning seetõttu peetakse seda vääriskiviks. Oma ülitugevuse tõttu sai kivi juba iidsetel aegadel nimeks teemant, kreeklased nimetasid seda adamas, mis tähendab vastupandamatu. Teemandi tugevus on teiste kividega võrreldes vaieldamatu, näiteks on selle kõvadus lihvimisel 140 korda kõrgem kui korundi kõvadus. Teemantkristall on aga erinevatel tahkudel erineva kõvadusega ning tänu sellele on võimalik teemanti teise teemandiga poleerida. Tavaliselt poleeritakse see teemantpulbriga, milles on mis tahes kõvadusega kristalseid osakesi. Teemante on nelja tüüpi: Ia, Ib, IIa, IIb. Seda tüüpi teemante tuleks lõikamisel arvesse võtta, kuna kõik tüübid erinevad üksteisest oma omaduste poolest.

Igal teemandil on kristallvõre

Teemantide põhilised füüsikalised omadused

• Töötlemata teemanti värvus on tavaliselt kollane, pruun ja värvitu, mõnikord leidub rohelist, sinist, musta ja punakat.
• Rida on puudu.
• Teemandi kriimustuste kõvadus Mohsi skaalal on 10 ja lihvimiskaredus Razivali järgi 140 000,0.
• Teemantide tihedus tiheduse tabeli järgi on 3,47-4,55.
• Dekoltee on ideaalne.
• Luumurd on konhoidne kuni killustunud
• Sügoonia kuupkristallvõre. Teemandi kristallvõre on püramiidi kujul, mis koosneb viiest aatomist.

Teemantide keemilised omadused

Teemanti keemiline valem on C, mis on kristalne süsinik.

Teemant on keemias peaaegu stabiilne, välja arvatud kroomisegu kroomist kontsentreeritud väävelhappega, mis oksüdeerub temperatuuril 200 kraadi ja muutub süsinikdioksiidiks. Seetõttu tuleb teemantidega ehete jootmisel olla ettevaatlik, et teemandi sulamistemperatuuril ei tekiks pinnale kujundeid.

Teemantide optilise kivi omadused

• Omab läbipaistvat läbipaistvust.
• Teemandi murdumisnäitaja on 2,417-2,419.
• Kahekordne murdumine puudub.
• Dispersioon 0,044.
• Pole pleokroismi
• Värvitu ja kollase värvi neeldumisspektri jooned 478; 465; 451; 435; 423; 415,5; 401,5; 390 ning sinise ja rohelise jaoks (537); 504; (498).
• Värvitutel ja kollastel on luminestsents tavaliselt sinine, pruunidel ja rohekatel aga tavaliselt roheline.
• Valge teemant on röntgenikiirgusele läbipaistev. Kogenud spetsialist saab teemanti sära vaadates eristada, kas tegemist on ehtsa teemandi või imitatsiooniga.

ÕPIK ÜLESANNE LABORATOORI PRAKTIKALISED TEADUSLOOD LUGEMISEKS

Jätkamine. Vt nr 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1–10, 12–15, 16, 17, 18, 19, 20/2003

§ 5.3. Aine
kristallilises olekus

Kristallilises olekus olevas aines paiknevad osakesed kindlas järjekorras, moodustades kristallvõre. Kristallrakk kujutab osakeste ruumilist perioodilist paigutust kristallis. Kristallvõre punkte, milles osakesed paiknevad, nimetatakse kristallvõre sõlmed.
Sõltuvalt kristalli moodustavate osakeste olemusest ja nendevahelise keemilise sideme tüübist jagatakse kristallid aatomiteks, molekulaarseteks, ioonilisteks ja metallilisteks.
IN aatomi kristallid aatomid on omavahel ühendatud kovalentse mittepolaarse sidemega. Selliste ainete tüüpiline näide on teemant, mille kristallvõres on kõik lähimad tuumadevahelised kaugused ja kõik nurgad süsinikuaatomi nelja sideme vahel. Nende sidemete vaheline tetraeedriline nurk näitab sp Süsinikuaatomi valentselektroni orbitaalide 3-hübriidne olek.
Teemantkristallvõre mudel on näidatud joonisel fig. 5.3, a.

Teemant on äärmiselt stabiilne süsiniku vorm ja tavalistes tingimustes ei esine teemandi spontaanset üleminekut grafiidiks. Räägime teemandi kineetilisest stabiilsusest, sest süsiniku termodünaamiliselt stabiilsem vorm on grafiit. Kui teemanti kuumutatakse ilma õhu juurdepääsuta temperatuurini üle 1200 ° C, algab selle üleminek grafiidile.

Teemandid on valmistatud spetsiaalsest lõikest, mis toob eriti esile nende sära. teemandid, sädelev kõigis vikerkaarevärvides peegeldunud valguses. Teemandid on väga kallid kalliskivid (teemandi massi mõõdetakse karaatides, 1 karaat = 0,2 g). Teemant ei juhi elektrit.

Grafiit on must aine, mis määrib paberit ja käsi ning juhib elektrit. Grafiidi kristallstruktuur ei ole üldse sarnane teemandi struktuuriga. Grafiidi süsinikuaatomid on paigutatud tasapinnalistesse võrkudesse, sidemete vahelised nurgad on 120°. See viitab sellele, et süsinikuaatomi valentselektroni orbitaalid asuvad sp 2-hübriidne olek ja iga aatom on ühendatud kolme teise aatomiga (joon. 5.3, b). Huvitav on märkida, et grafiidi C-C sidemed on tugevamad kui teemandis.
Hübriidorbitaalide (-sidemete) kattumise tasandil on elektronid oma süsinikuaatomitega kindlalt seotud (lokaliseeritud). Grafiit on aga hea voolujuht. (Loetlege majapidamis- ja tööstustooted, mis kasutavad voolujuhina grafiiti.)
Grafiidi elektrijuhtivus on kõige paremini seletatav sellega, et mittehübriidne R-süsinikuaatomi orbitaal, mis paikneb kattumise tasapinnaga risti sp 2-hübriidorbitaalid, kattuvad oma külgmised piirkonnad kolme sarnase kolme naaberaatomi orbitaaliga. Seega on selle tasandi kohal ja all kõikidele süsinikuaatomitele ühised kattumistsoonid. Selles üldises elektronipilves ei kuulu elektronid enam ühelegi konkreetsele süsinikuaatomile, vaid kuuluvad kõikidele tasapinnal paiknevatele aatomitele. Grafiit juhib elektrit läbi aatomikihi, kuid mitte kihtide vahel. See on suurepärane näide kristallide anisotroopiast!
Grafiidis libisevad aatomikihid üksteisest kergesti mööda. Grafiitpliiatsiga paberile kirjutades jäävad aatomikihid paigast ja paberile kinni. Samal ajal ei murene grafiit aatomikihtideks, mis näitab, et need interakteeruvad üksteisega. Tasapindade (kihtide) vahelised sidemed on väga nõrgad, nende pikkus on peaaegu 2,5 korda suurem kui tuumadevaheline C–C kaugus tasapinnas. Vastutab nende ühenduste eest van der Waalsi väed.
Grafiit ja teemant on erinevad kristallvormid, mis on ehitatud identsetest aatomitest. Nimetatakse sama aine kristallstruktuuri muutumise nähtust välistingimuste muutumisel polümorfism, ja neid erineva kristallstruktuuriga aineid endid nimetatakse polümorfsed modifikatsioonid. Teemant ja grafiit on süsiniku polümorfsed modifikatsioonid. Polümorfism kehtib ainult kristalsete ainete kohta.

Üldiselt nimetatakse lihtaine võimet eksisteerida erinevates vormides allotroopia. Grafiiti ja teemanti võib nimetada süsiniku allotroopseteks modifikatsioonideks ja samal ajal ka selle polümorfseteks modifikatsioonideks.
Gaasiline hapnik O 2 ja osoon O 3 on hapniku allotroopsed modifikatsioonid, kuid mitte polümorfsed.

Molekulaarkristallvõre ehitatud aine molekulidest. Tavaliselt on sellistel ainetel madal sulamis- ja keemistemperatuur, mis näitab nõrka seost osakeste vahel. Seda tüüpi ainete hulka kuuluvad näiteks tahke vesinik H2, lämmastik N2, hapnik O2, halogeenid (fluor, kloor, broom, jood), süsinikdioksiid CO2 ("kuiv jää"), kõik VIII rühma vääriselemendid (neoon, argoon) jne) ja paljud orgaanilised ained.
Joonisel fig. Joonisel 5.4 on kujutatud joodi kristallvõre fragment, mille sõlmedes on I 2 molekuli. Molekulis olevad joodiaatomid on omavahel seotud küllaltki tugeva kovalentse sidemega ning molekulid on omavahel seotud nõrkade van der Waalsi jõududega. Sellega seoses läheb jood kerge kuumutamisega ilma sulamiseta kristalsest olekust gaasilisse olekusse

Molekulaarstruktuuriga kristallide hulgas on erilisel kohal kristalne vesi – jää. Jääs on veemolekulid omavahel ühendatud vesiniksidemetega.
Ioonilised kristallvõred koosneb vastupidiselt laetud ioonidest. Joonisel fig. Joonisel 5.5 on kujutatud naatriumkloriidi NaCl kristallvõre fragment. Ioonide tugeva elektrostaatilise interaktsiooni ja nendevahelise keemilise sideme tõttu on ioonkristallidel kõrge sulamistemperatuur.

Uute ja unustatud mõistete ja sõnade loend

O.S.ZAYTSEV

Kordustrükk koos jätkuga

Teemant on lihtne mittemetalliline aine, mis koosneb peaaegu täielikult süsinikust. See mineraal on tuntud oma laialdase kasutuse poolest ehetes, aga ka ebatavaliste füüsikaliste omaduste poolest, mille hulgas paistab silma kõrgeim tugevus. Samal ajal on teemandi keemiline valem sama, mis tavalisel grafiidil - C ning selle ainulaadsuse ja väärtuse määrab ainult kristallvõre struktuur.

Mineraali valem ja struktuur

Süsinik, tuntud ka kui süsinik, on element, millel on perioodilisuse tabelis kuues aatomnumber ja mis on kirjutatud kui C. See on see, millest teemant täielikult koosneb – lisandite kogus, kui neid on, on nii väike, et neid ei võeta arvesse. valemis arvesse võtta. Peale teemandi süsinikul on järgmised allotroopsed, st ühest ainest koosnevad vormid:

• puusüsi;
• tahm;
• grafiit;
• grafeen;
• karabiin;
• koks;
• kuusnurkne teemant ehk lonsdaleiit;
• fullereen;
• polükumuleen;
• CNT-d ehk süsiniknanotorud.

Mõnel inimesel on raske uskuda, et läbipaistval ja vastupidaval teemandil on sama koostis kui tavalisel tahmal, kivisöel või grafiidil, kuid see on tõsi. Fakt on see, et erinevalt teistest süsinikust koosnevatest ainetest moodustavad teemandiaatomid korrapärase kuupstruktuuri, mis seletab selle ebatavalisi omadusi ja välimust.

Mineraali kristallvõre on kuubikujuline. Iga aatom oma struktuuris paikneb tetraeedri keskmes, mille tipud esindavad veel 4 aatomit ja nende vahel moodustub usaldusväärne sigma side. Kõigi aatomite vaheline kaugus on sama ja on ligikaudu 0,15 nm. Lisaks iseloomustab mineraali võret kuubisümmeetria. Kõik need teemandi struktuurivalemi omadused ja omadused määravad selle tohutu tugevuse võrreldes "suhteliste" ainetega.

Aine omadused

Ideaalis peaks vääriskivi olema valmistatud puhtast süsinikust, kuid seda kohtab looduses harva. Mineraalis sisalduvad lisandid võivad nii negatiivselt mõjutada selle kvaliteeti, vähendades selle hinda, kui ka anda sellele ilusaid ja ebatavalisi toone. Radioaktiivne kiirgus võib mõnikord ka värvi mõjutada. Tavaliselt looduslikud teemandid - kollane, kuid leidub ka siniseid, siniseid, rohelisi, roosasid ja isegi punaseid isendeid. Vaatamata erinevatele toonidele peaks puhas mineraal alati olema läbipaistev.

Looduses on teemandid väga erineva kujuga. Kõige tavalisem kristall on kaheksa küljega tavalise kolmnurga kujuline kristall. Teisel kohal on kaheteistkümne tahuga rombikujuline dodekaeeder. On ka kuubikuid ja ümaraid kive, kuid need on väga haruldased. Mineraali lõikamisel püüavad nad minimeerida ainekadu, et maksimeerida teemantide tootmisest saadavat kasumit.

Kaevandamine ja tootmine

Ükski neist meetoditest ei suuda veel luua kive, mis on kvaliteedilt lähedased looduslikele kividele, mistõttu kasutatakse neid ehetes harva. Lisaks on kõik tootmisliigid masstootmisest kaugel, nii et teadlaste jõupingutused selles küsimuses jätkuvad.

Teemandi pealekandmine

Lõigatud teemant, tuntud ka kui teemant, on väga populaarne vääriskivi, mis on ka üks kallimaid. Kuigi ainult väikest osa maavarast müüakse ehtena, moodustab see suurema osa kaevandamisest saadavast tulust. Suures osas on kivi kõrge hind tingitud teemantitootmise monopoliseerimisest – üle 50% nende käibest kuulub ühele ettevõttele.

Lisaks ehetele on veel palju tööstusharusid, milles mineraal on leidnud oma rakenduse. Selle kõrgeimat tugevust tänu teemandi struktuurivalemile hinnatakse peamiselt. Keemias kasutatakse seda kaitseks hapete ja mõnede väga söövitavate ainete eest. Tööstuses kasutatakse teemantkilet lõikuritele, puuridele, nugadele, kaevandusseadmete osadele ja muudele sarnastele tööriistadele.

Seda kasutatakse ka meditsiiniliste instrumentide loomisel., kuna teemanttoodete teravus ja tugevus võimaldavad operatsioonide ajal kõige täpsemaid lõikeid. Seda kasutatakse ka osade valmistamiseks kaasaegsetele kvantarvutitele ja -kelladele, tuumatööstuses, aga ka paljudes teistes tööstusharudes.