алмаз номер в таблице менделеева
Образование
Какой химический элемент составляет основу алмаза
Какой химический элемент составляет основу алмаза-вопрос,интересующий многих.И ответ очень простой-это C, углерод,химический элемент,имеющий в таблице Менделеева шестой порядковый номер.Количество примесей в алмазе настолько мало,что они не учитываются в его химической формуле.Надо отметить,что алмаз состоит из атомов,а не из молекул углерода.Итак,химическая формула алмаза-C.
Если говорить о примесях более подробно,то чаще всего встречаются азот,кремний,магний,кальций,аллюминий,бор.Реже-железо,барий,медь и другие.В процентном выражении максимальное количество примесей может составлять 5%.Один компонент примесей не более 2%.
Уникальность алмаза объясняется строением его кристаллической решётки.Алмаз кристаллизуется в кубической системе,отвечающей самой плотной «упаковке» атомов,и содержащей всего 18 атомов углерода.В ней каждый атом связан с четырьмя ближайшими атомами,расположенными в вершинах правильного тетраэдра.Расстояние между двумя соседними атомами решётки 0,154 нм.Постоянный размер кристаллической решётки 0,356 нм.
От валентного состояния, в котором находятся атомы углерода в веществе, зависят свойства этого вещества. Поэтому углерод может принимать разные,аллотропные, формы:сажа,древесный уголь,графит,графен,кокс,алмаз гексагональный,углеродные нанотрубки,поликумулен,фуллерен.
Разница между ними в строении кристаллической решетки.Например, кристаллическая решетка графита — слоистого типа. В слоях атомы С расположены в узлах гексагональных ячеек слоя. Каждый атом С окружен тремя соседними с расстоянием 1,42Α
Алмаз-графит
В чем уникальность алмаза?
-Алмаз не имеет аналогов ни природных,ни искусственно созданных.Он имеет наивысшую твёрдость среди минералов по десятибалльной шкале твёрдости Мооса и имеет значение 10 из 10.
-В силу своей твёрдости алмаз очень инертен,имеет очень высокую устойчивость к воздействию кислот и щелочей.
-Алмаз имеет очень высокую теплопроводность.Не нагревается в руках.
-Также можно отметить такие свойства алмаза,как
отсутствие электропроводности, низкая фотопроводимость, аномальное двупреломление.
-Но при этом алмаз хрупкий,его можно разбить
-Горит в присутствии кислорода при температуре 750-800 °
-Под воздействием рентгеновского облучения сам начинает излучать свет зеленого или синего оттенка
-Отталкивает воду,но прилипает к жиру
-Имеет высокую износостойкость
В основном считается,что алмазы образовались в недрах планеты при воздействии высоких температур и давлении.Хотя есть теория о их внеземном происхождении,попадании на землю при массовой бомбардировке метеоритами.
Алмазы образовались в так называемых кимберлитовых трубках (от фамилии Кимберли) миллионы,миллиарды лет назад.Потом под действием эрозии часть из них попала в реки и была разнесена вдоль их русел.Там и были найдены людьми первые алмазы.В истории об алмазах заговорили более 5 тысяч лет назад,когда жители Индии обратили внимание на блестящие камни, которые невозможно было разбить, но с их помощью легко обрабатывались другие минералы.
Природный алмаз привлекал древних жителей Индии своей прозрачностью и блеском, постепенно став своеобразными твердыми деньгами, за которые можно было приобретать еду, одежду и другие ценности. Правители страны не подвергали эти камни никакой обработке, а хранили в целом виде, помещая в сокровищницы. В Европе о существовании кристаллов алмаза узнали лишь в эпоху Александра Македонского после его походов в Индию.И нынешнее название алмаз произошло от греческого «Адамас»,от которого произошло арабское «Алмас» и затем уже привычное «Алмаз».
И в наше время часть алмазов находится в рассыпных месторождениях,но главным образом алмазы добываются шахтным способом.
Добыча алмазов открытым способом (разработка кимберлитовой трубки) 
Добыча алмазов в шахте
Компания «Алроса» добыла крупнейший за последние годы алмаз
Рассекреченные залежи алмазов могут обвалить рынок бриллиантов
Алмазы можно получать также искусственным способом.Существует несколько путей получения.
-создание условий,близких к природным,так называемая HPHT технология.Алмаз синтезируется из графита,оседающего на затравочном камне
-химическое парофазное осаждение,или CVD метод,получение алмаза из паров метана.При этом способе также происходит осаждение графита.
-взрывной синтез.Переход графита в алмаз при при ударных нагрузках
Все эти способы не дают возможности получить алмазы,близкие по качеству к натуральным,поэтому они используются для технических целей.
Тем не менее,в последнее время удалось добиться значительного прогресса в производстве муассанита,одного из видов искусственного алмаза.Муассанит превосходит по своим свойствам настоящий алмаз по искристости,так как коэффициент преломления света у него на 25% выше,чем у природного камня.Сейчас уже возможно получение полностью прозрачного муассанита,и в ювелирном деле он просто затмил природный алмаз.
Алмазы широко применяются в ювелирном деле и в промышленности.
Состав, структурная формула и прочие особенности алмаза
Формула и структура минерала
Углерод, он же карбон — это элемент, имеющий в таблице Менделеева шестой порядковый номер и записывающийся как C. Именно из него целиком состоит алмаз — количество примесей, если они есть, настолько мало, что они не учитываются в формуле. Помимо алмаза, углерод принимает такие аллотропные, то есть состоящие из одного вещества, формы:
Некоторым трудно поверить, что прозрачный и прочный алмаз имеет одинаковый состав с обычной сажей, углём или графитом, но это так. Дело в том, что, в отличие от прочих веществ, состоящих из углерода, атомы алмаза образуют кубическую упорядоченную структуру, чем и объясняются его необычные качества и внешний вид.
Кристаллическая решётка минерала имеет кубическую форму. Каждый атом в её структуре находится в центре тетраэдра, вершины которого представляют собой 4 других атома, при этом между ними образуется надёжная сигма-связь. Расстояние между всеми атомами одинаково и составляет примерно 0,15 нм. Кроме того, для решётки минерала характерна кубическая симметрия. Все эти качества и особенности структурной формулы алмаза и обусловливают его огромную прочность по сравнению с веществами-«родственниками».
Характеристики вещества
От подделок и имитаций настоящий драгоценный камень отличают с помощью «алмазного щупа», который измеряет его теплопроводность. Ещё иногда используют пробу специальным жировым фломастером, который должен оставлять на поверхности минерала сплошную линию. Оба метода позволяют подтвердить наличие у вещества особенностей, характерных только для подлинного алмаза.
Химические и физические свойства
Стоит отметить, что алмаз состоит из атомов, а не из молекул углерода — последние очень редки и в природе почти не встречаются. Кроме того, строение драгоценного камня наделило его множеством уникальных свойств, среди которых выделяются:
Особенности внешнего вида
Алмаз известен в первую очередь благодаря своему внешнему виду, сделавшему его очень популярным и роскошным ювелирным украшением. Среди прочих драгоценных минералов его выделяют высокие показатели прозрачности и преломления цвета, а также дисперсии. Именно благодаря ей огранённый камень обладает очень красивой люминесценцией, то есть сверкает всеми цветами радуги, переливаясь на свету.
В идеале драгоценный камень должен состоять из чистого углерода, но в природе такое встречается редко. Примеси в минерале могут как отрицательно влиять на его качество, снижая цену, так и придавать ему красивые и необычные оттенки. Ещё на цвет иногда может повлиять радиоактивное излучение. Обычно натуральные алмазы — жёлтые, но встречаются и голубые, синие, зелёные, розовые и даже красные экземпляры. Несмотря на разнообразие оттенков, чистый минерал всегда должен быть прозрачен.
В природе алмазы имеют самые разные формы. Чаще всего встречается кристалл с восемью гранями в форме правильного треугольника. На втором месте — ромбододекаэдр с двенадцатью гранями. Бывают также кубические и круглые камни, но они очень редки. При огранке минерала потери вещества стараются свести к минимуму, чтобы максимизировать прибыль от производства бриллиантов.
Добыча и производство
Гранить кристаллы научились с XVII века, и с тех пор это искусство постоянно совершенствовалось. На протяжении столетий появлялись всё новые формы и способы обработки драгоценного минерала, до тех пор, пока в 1919 году Марсель Толковский не изобрёл идеальную огранку бриллиантов, которую применяют и сейчас.
В природных условиях
Искусственный синтез
В лабораториях можно получить алмаз из графита. Это достигает путём влияния на его кристаллическую решётку, но такой переход представляет собой очень дорогой, трудоёмкий и энергозатратный процесс. Более дешёвые кристаллы, по своим свойствам напоминающие алмаз, можно искусственно выращивать. В целом лабораторное создание этих драгоценных камней можно поделить на три типа:
Ни один из этих способов пока что не может создать камни, по своему качеству близкие к натуральным, потому их редко используют в ювелирном деле. Кроме того, все виды производства далеки от массовых, потому старания учёных в этом деле пока продолжаются.
Применение алмаза
Помимо ювелирного дела, есть ещё множество отраслей, в которой минерал нашёл своё применение. В основном ценится его высочайшая прочность, обусловленная структурной формулой алмаза. В химии его применяют для защиты от кислот и некоторых очень едких веществ. В промышленности алмазную плёнку наносят на резцы, свёрла, ножи, части добывающих установок и другие подобные инструменты Алмазную крошку используют как абразив для шлифования точильных поверхностей.
Используют его и в создании медицинских инструментов, так как острота и прочность алмазных изделий может обеспечить максимально точные надрезы при операциях. Ещё его применяют для изготовления деталей для современных квантовых компьютеров и часов, в ядерной промышленности, а также во многих других отраслях.
Добыча, формула и свойства алмаза
О существовании драгоценных камней алмазов известно практически каждому человеку. А еще известны факты о необычайной твердости вещества, поэтому формула алмаза интересует многих людей, особенно из-за его необычных свойств.
Алмаз является одним из признаков богатства, камень могут позволить приобрести только обеспеченные люди, поскольку стоимость алмазов или их ограненных вариантов — бриллиантов — доходит до нескольких тысяч долларов. По составу или формуле минералы являются не чем иным, как обычным углеродом.
Кристаллическая решетка алмаза и графита
Именно углерод, он же карбон, или известный из школы элемент таблицы Менделеева, который записывается, как C, входит в состав алмаза. Атомный номер вещества равняется шести. Больше никаких примесей в структуре камня нет. Поэтому формула бриллианта или алмаза не имеет схематической записи, только пространственную запись, состоящую из атомов углерода.
Углерод является одним из четырех макроэлементов, которые входят в состав человеческого организма. А также это вещество составляло газовое облако, из которого образовывались планеты и космические системы. В большом количестве углерод представлен именно в коре Земли. Поэтому неудивительно, что такой красивый минерал, как алмаз состоит из этого элемента.
Но перед тем как переходить к рассмотрению внешнего вида алмаза, важно знать, что каждое вещество на планете имеет свое пространственное строение, состоит из атомов и молекул. В роли атомов в данном случае выступает углерод. Он располагается в пространстве под разными углами, и получаются аллотропные модификации. Поэтому, кроме алмазов, из углерода состоят такие вещества, как:
Формула алмаза и графита одинаковая. Казалось бы, что по внешним признакам никакого сходства между черным углем или графитом и алмазом нет, но по составу эти вещества идентичны.
Химические свойства и структура вещества
Аллотропные модификации возможны, потому что существуют разные способы гибридизации электронов атома. Углерод состоит из 6 электронов, которые находятся на 2 энергетических уровнях: на первом — 2 S-электрона, на втором — 2 S-электрона и 2 P-электрона. При возбуждении атома происходит перемещение 1 электрона на другой подуровень. Таким образом строение атомов меняется и они приобретают форму тетраэдра.
Если говорить о связях между атомами, то они бывают разными, в зависимости от формы гибридизации. Между собой атомы углерода образуют либо сигма-связи (ковалентные) или пи-связи. Оба варианта связей являются ковалентными, но сигма-связи прочнее.
Алмазы, найденные в природе, могут иметь разную форму и внешний вид, но кристаллическая решетка и химические свойства всегда будут одинаковыми. Кристаллическая решетка выглядит, как тетраэдр, на вершинах которого находятся атомы углерода. Связи между атомами — по типу сигма. Именно этим фактом и обусловлена колоссальная твердость вещества. Атомы в вершинах тетраэдров образуют центры новых тетраэдров. Решетка минерала имеет кубическую симметрию.
А вот графит имеет другое химическое строение решетки. В ней прочные только плоскостные связи, а пространственные соединения между атомами не такие надежные. Это объясняется свободными электронами в атомах. Зато у графита хорошая электропроводность из-за свободных электронов.
Если говорить о решетках, то стоит отметить, что по отношению к алмазам не используется молекулярный тип строения, поскольку в основе вещества лежат именно атомы. Молекула углерода практически не встречается в природе. Она обнаруживается только в фуллеренах, где располагается в виде многогранников. По своей структуре молекула фуллерена напоминает футбольный мяч, сложенный из шестиугольников. На сегодня молекула фуллерена представлена формулами от С60 до С540, где число обозначает количество атомов углерода в молекуле.
Качества минерала и его добыча
Как образовалась такое вещество, как алмаз, ученые до сих пор не выяснили, и химическая формула алмаза не прояснила ситуацию. Есть несколько теорий, в частности, теория космического происхождения или гипотеза подъема магматических пород вместе с карбоном на поверхность земли. Добывают алмазы в кимберлитовых или лампроитовых трубках. А характеристики элемента выделяют такие:
Аллотропные модификации углерода
Камень, кроме углерода, не должен содержать ничего. Но в природе такое явление встречается нечасто. В составе алмазов попадается много примесей, которые портят внешний вид камня. Примеси снижают стоимость материала, иногда от них можно избавиться с помощью огранки минерала.
Добыча алмазов ведется на разработанных участках. Страны-добытчики:
Определение наличия алмазов ведется с помощью рентгеновских лучей. Самый большой по размерам камень был обнаружен в ЮАР, его вес составлял больше 3 тысяч карат. Не все камни проходят оценку геммологами из-за наличия примесей или дефектов структуры. Большая часть минералов идет на потребности промышленности и изготовление алмазной крошки. Среди промышленных видов сырья выделяют три варианта:
Искусственные аналоги
Изготовление искусственных алмазов — непростая задача, поскольку сформировать самые прочные сигма-связи между атомами карбона непросто. Аллотропные модификации могут переходить одна в другую, но при условии разрушения связей, а не построения новых. Активно используется формула графита при добыче алмазов в лабораториях. Но чаще заменяют искусственные алмазы фианитами или кристаллами, которые вырастить проще в условиях лаборатории.
Существует несколько способов получения искусственных алмазов, правда, они чаще используются в промышленных, а не ювелирных целях. Среди них:
В ювелирной отрасли использовать такие алмазы рано ввиду их низкого качества. Сами способы нельзя назвать массовыми или дешевыми, поэтому разработки в этом направлении продолжаются. Алмазы имеют простое химическое строение, наверное, в этом и заключается их красота. В камнях не присутствует ничего лишнего, и это заставляет ученых интересоваться структурой минерала. Сейчас, когда свойства алмаза изучены на достаточном уровне, ученые пытаются повторить и воспроизвести действия природы.
Формула алмаза и его основные характеристики
Здравствуйте, дорогие читатели. Как вам известно, алмаз, несмотря на свой завораживающий внешний вид, является простым веществом. В этой статье вы узнаете что из себя представляет формула алмаза и какие свойства обеспечивает.
Камень ведет себя во многих ситуациях достаточно нестандартно, многие эксперименты и определения некоторых значений из-за этого затруднены. Однако свойства камня настолько высоки, что по-прежнему проводятся различные исследования, выдвигаются гипотезы, продолжаются попытки создания аналогов и даже веществ, превосходящих по своим свойствам алмаз.
Химическая формула алмаза
На самом деле все очень просто:
Это объясняется тем, что состав камня почти на 100% состоит из углерода. Но остальных элементов настолько мало, что в формуле они не учитываются. Вообще, в природе углерода не так уж много – всего 0,15% от общего числа элементов. Порядковый номер углерода в таблице 6 (то есть он имеет 6 протонов внутри ядра). Это означает, что алмаз имеет тот же порядковый номер (если еще раз взглянуть на его формулу).
Ниже приведены краткие характеристики минерала, многие из которых зависят от исходной химической формулы.
Краткие характеристики алмаза и факты о нем
Происхождение
Предполагается, что на создание алмаза уходит огромное количество времени, миллионы лет, также большое давление и температура. Но речь идет о природных условиях.
Ученые не исключают вероятность появления камня из-за пределов земной орбиты. Предположение строится на основании большого количества камня в окружающем нас космическом пространстве. При этом доля самого углерода на Земле не высока.
Эта гипотеза подтверждается еще и обнаруживаемыми разновидностями алмаза в космических метеоритах (например, лонсдейлит).
Химические свойства
На видео представлена структура алмаза в наиболее удобной модели. Тут же вы можете узнать о некоторых свойствах камня.
Применение камня
Камень широко используется в ювелирном деле. Но помимо этого он находит свое применение в электронике, оптике и даже строительстве. С помощью него создают специализированные шкурки, им покрывают сверла, проверяют металл на прочность в установках с алмазными наконечниками.
Алмаз используется в химических опытах в качестве надежной защиты от очень едких реактивов вроде плавиковой кислоты. В хирургии без минерала также не обойтись, ведь он обеспечивает точность и миниатюрность надрезов. Алмазные скальпели – настоящая находка для врачей.
Получение минерала
Сейчас существует множество способов получения камня, так как для производства это выгоднее, чем использовать природные алмазы. Стоимость таких камней также значительно ниже. Хотя и свойства природных камней куда выше и лучше, из-за чего их добыча не прекращается несмотря на большое количество добротных аналогов, в том числе имеющих схожий состав, но алмазами не являющихся: фуллерены, лонсдейлит, графит, карбид и некоторые другие.
Также в производство отправляются камни с высоким содержанием примесей, которые в ювелирном деле не пригодятся. Таких включений должно быть более 5% в целом и более 2% одного конкретного вещества (им может оказаться кальций, азот, бор и некоторые другие). В этом случае внешний вид минерала сильно видоизменяется и никаким образом это не исправить.
В природе камень встречается в так называемых кимбрелитовых и лампроитовых трубках, также россыпях. В лабораторных же условиях и на производстве создают минерал совершенно иначе.
Исследования алмазов и эксперименты с ними продолжаются, поскольку камень очень перспективен с точки зрения своих свойств. Ученые и исследователи не оставляют попыток найти и более выгодные способы создания искусственных камней.
Таким образом алмаз благодаря своим формуле и строению обладает большим количеством полезных свойств, присущих в таких диапазонах только ему. Заходите на ресурс почаще и узнаете еще много нового о камнях и минералах.
АЛМАЗ
АЛМАЗ (тюрк, алмас, от греч. adamas- несокрушимый), аллотропная модификация углерода. Кристаллич. решетка гранецентрированная кубическая (а = 0,357 нм, z = 4, пространств. группа Fd3m). Кристаллы обычно имеют форму октаэдра, ромбододекаэдра, куба и тетраэдра. Они м. б. бесцветными или окрашенными (в желтый, коричневый, розовато-лиловый, зеленый, голубой, синий и черный цвета), прозрачными, полупрозрачными и непрозрачными. Для кристаллов характерны сильный блеск, высокий показатель преломления (2,417), люминесценция в УФ, катодных и рентгеновских лучах.
Прир. алмазы подразделяются на два типа: I (непрозрачный к УФ-излучению; поглощение в областях 600-1300 нм и выше 300 нм) и более редкий II (не имеет поглощения в области 600-1300 нм). Алмазы указанных типов различаются также по интенсивности пятен на дифрактограммах.
Алмаз не взаимод. с к-тами и щелочами в отсутствие окислителей. В присутствии О2 сгорает ок. 870 °С.
Синтетич. алмазы получают из разл. углеродсодержащих в-в, гл. обр. из графита, в спец. аппаратах при 1200-1600 °С и давлениях 4,5-8,0 ГПа в присутствии Fe, Co, Сг, Мп или их сплавов; путем наращивания алмазных пленок на алмазные затравки при разложении углеродсодержащих в-в при 1000°С и низких давлениях (130-650 гПа).
Техн. алмазы (прир. и синтетич.) используют для изготовления резцов, фрез, сверл, шлифпорошков, буровых долот и коронок, фильер и др. Из прир. ювелирных алмазов изготавливают бриллианты. Добыча прир. алмазов в капиталистич. странах в 1977 составляла 33,3 млн. кар, произ-во синтетич. алмазов-60,0.
===
Исп. литература для статьи «АЛМАЗ» : Орлов Ю. Л., Минералогия алмаза, М., 1973; Алмаз. Справочник, К., 1981; «Industrial Diamond Review», 1968, v. 28, № 329; Bruton E., Diamonds, 2 ed., L., 1978. Я. А. Калашников.
Страница «АЛМАЗ» подготовлена по материалам химической энциклопедии.