Diamond, графит и въглища
Diamond, графит и въглища - състои от хомогенни графитни атома, но имат различна кристална решетка.
Кратко описание на: диамант, графит и въглища
Кристалната решетка на графит имат силни връзки, те са отделни и люспеста като слайд на друг, лесно отделяне от общото тегло. Графит се използва често като лубрикант за фрикционни повърхности.
Въглища се състои от минута частици от графит и въглероден като малки частици в комбинация с водород, кислород, азот.
Кристалната решетка диамант твърди, компактни, има висока твърдост.
В продължение на хиляди години хората дори не са били наясно, че тези три вещества имат нещо общо. Всичко това - на откриването на един по-късен период.
Графит сив, мек, мазен на пипане не обича черен въглен. Външно, той е по-скоро като метал. Diamond - ултра-трудно, прозрачен, пенливо на външен вид много по-различна от графит и въглен, (Подробности: Как да използвате минерали).
Нямаше и следа от връзката им и не е дал на природата. Залежи на въглища, никога не са съжителствали с графит. Тези депозити са имали геолози не показаха блестящи диаманти кристали.
Но времето не стои на едно място. В края на XVII век флорентински учени са успели да изгорят диаманта. След това, тя не трябва дори една малка шепа пепел. Британски химик Tennant 100 години, след като е установено, че изгарянето на равни количества от графит, въглерод и диамант се образува същото количество въглероден диоксид. Този опит разкри истината.
Превръщане на диамант, графит и въглища
Веднага учените се интересуват от въпроса: е превръщането на един алотропна форма на въглерода е възможно в друг? И са намерени отговорите на тези въпроси.
Оказа се, че диамантът напълно се превръща в графит. ако се загрява под вакуум до 1800 градуса.
Ако въглища преминава през електрически ток в специална пещ, а след това се превръща в графит при температура от 3500 градуса.
Трансформация - графит или въглерод в диамант
Тя е по-трудно за хората бе дадена трета трансформация - графит или въглища в диамант. Почти сто години учените са се опитали да го приложат.
Вземи диаманта от графит
Първият е, очевидно, шотландски учен Genney. През 1880 г. той започва серия от неговите експерименти. Той знаеше, че плътността на графит - 2,5 грама на кубичен сантиметър и диамант - 3,5 грама на кубичен сантиметър. Следователно, необходимо е да се запечата опаковане на атома и получен от графит диамант. реши той.
Той се силна стомана пистолет барел, напълване със смес от въглеводороди, здраво затваряне двете отвори и свети в червено топлина. Горещите тръбите настъпили гигантски на понятия за време, налягане.
Повече от веднъж е бил разкъсан черупки тежкотоварни пистолет като бомби. И все пак, някои от тях са се изправи на целия цикъл отопление. Когато са се охладили, Genney ги намери малко по-тъмни, много силни кристали.
Имам изкуствени диаманти,
Метод за получаване на изкуствен диамант
10 години след френския учен Хенри Genne Muasson подлага на бързо охлаждане на желязо богати на въглерод. Бързо се втвърдява повърхностна кора че по време на охлаждането намалява по размер, подложени вътрешните слоеве жестоки налягане.
Когато след това Muasson разтваря в киселина желязо нуклеоли, намери в тези малки непрозрачни кристали.
Намерих друг начин за производство на изкуствени диаманти!
Проблемът на изкуствени диаманти
След още 30 години, проблемът на изкуствени диаманти се включи в британския учен Парсънс. В негово притежание бяха гигантски преса той фабрики. Той стреля от топ право в дулото на другите оръжия, но диамантите той не може да получи.
Въпреки това, дори и в много от развитите страни на света са в музеите на изкуствени диаманти различни изобретатели. И не малко са получили патенти за тяхното приготвяне. Но през 1943 г., английски физик подложени на строга проверка, получен чрез изкуствени средства диаманти.
И се оказа, че те нямат нищо общо с истински диаманти, но само Genne диаманти. Те бяха истински. Тя веднага се превръща в загадка остава загадка и днес.
Превръщането на графит в диамант
Офанзивата продължава. В главата му стоеше Нобеловият лауреат американски физик Пърси Bridgman. Почти половин век той се занимава с подобряването на технологиите ултраенергийните налягане.
И през 1940 г., когато той се оказа на пресата, която може да генерира налягане до 450 хиляди атмосфери, той започва експерименти върху превръщането на графит в диамант.
Но за да се извърши тази трансформация, че не може. Графит подлага жестоки налягане е графит. Bridgeman разбере какво липсва неговата инсталация: жегата.
Очевидно е, че в подземните лаборатории, където са създадени диамантите, и играе ролята на висока температура. Той промени посоката на експерименти. Той е в състояние да осигури графит отопление до три хиляди градуса и налягания до 30 хиляди атмосфери. Тя е почти това, което знаем сега, тя е необходима за превръщането на диаманта.
Но изчезналите "почти" не е позволено да Bridgman успее. Честта да създават синтетични диаманти не го имам.
Първите изкуствени диаманти
Първите изкуствени диаманти са получени от британски учени Банди, Хол, Силни и Ventroppom през 1955. Те са под налягане 100 хиляди атмосфери и температура от 5000 градуса.
Графитът се прибавя катализатори - желязо, ром, манган и т.н., и на границата на графит и катализатори с непрозрачни жълто-сив кристали технически изкуствени диаманти ... Е, диамантът е не само Брилянт и той се използва в заводите и фабриките.
Въпреки това, по-късно, американски учени са намерили начин да получават и прозрачни диамантени кристали. За тази субсидия се подлага на налягане при 200 хиляди атмосфери, и след това се нагрява от електрически разряд до температура от 5 хиляди градуса.
Най-кратката продължителност на изпълнението - това трае милисекунди - оставя студена обстановка, както и диаманти, получени чисти и прозрачни.
Създаване на изкуствени диаманти
Съветските учени трябва да създава изкуствени диаманти по пътя си. Съветски физик О. Leipunsky теоретични проучвания, проведени в предварително определени тези температури и налягания, при която диамант може конвертиращия графит.
Тези цифри в онези години - беше през 1939 г. - да изглежда изненадващо, стоящи извън постижимото за модерни технологии: налягането не е по-малко от 50 хиляди атмосфери и температура от 2000 градуса. И все пак, за етапа на теоретични изчисления, че е време да се създаде модерни дизайни, а след това промишлените предприятия. И днес има множество устройства, които произвеждат изкуствени диаманти и други, още по-твърди. Най-високото постижение на природата е не само постигната, но дори и блокиран в твърдостта на материала.
Това е историята на откриването на третия превръщането на въглерод, най-важното за модерни технологии.
Като диамант произхожда от природата
Но това, което остава най-удивителните в трансформацията на диамант въглерод? Фактът, че учените все още не разбират как диамант произхожда от природата!
Известно е, че само първични диамантени находища са кимбърлитите тръби. Този дълбок цилиндрични кладенци с диаметър от няколко стотин метра, изпълнен със синя глина - кимбърлит, които се събраха заедно, и на повърхността на скъпоценни камъни.
Хипотезата за дълбоко диамант рожден ден
Най-ранният е, че от дълбока диамант раждането. Съгласно тази хипотеза, блестящи кристали се отделят от стопената магма на дълбочина от около 100 км, а след това заедно с магма чрез пукнатини и цепнатини бавно растящите на повърхността.
Е, с дълбочина на 2-3 километра магма проби кората и се издига до повърхността, образувайки кимбърлитов тръба.
експлозивен хипотеза
На мястото на тази хипотеза дойде друг, може би трябва да се нарича хипотезата експлозия. Напреднала L. I. Leontev, АА Kademeky, VS Trofimov. По тяхно мнение, диамантите се срещат на дълбочина 4-6 км от повърхността на земята.
Тази хипотеза се обяснява и изисква топлина за превръщането на диамант, и огромен натиск. Но не всички функции на кимбърлитите тръби обясни тя. Това е много лесно да се докаже, че тръбата за рок кимбърлит образуван при налягане не по-дълъг от 20 хиляди атмосфери, но не е възможно да се докаже, че това се е случило на по-високо налягане.
Днес геофизика установени достатъчно точно за всички видове, изисква определени налягането и температурата на образуване. Например, постоянен спътник на диаманта - вид тъмночервен гранат минерална - изисква 20 хиляди атмосфери, диамантени - 50 хиляди. Повече от вид тъмночервен гранат, и по-малко от един диамант, необходим натиск coesite на, stishovite pezolit.
Но нито те, нито други видове, които изискват за своите образователни такива високи налягания в кимбърлит не. Единственото изключение тук - диаманта. Защо това е така? За да отговорим на този въпрос реши лекарят на геоложко-минераложки науки Е. М. Galymov.
Защо, запита се той, налягането през 50 хиляди атмосфери трябва задължително да са склонни да се цялата маса на магма, в която са създадени диаманти? След магмата - поток. Възможно е и водовъртежи и бързеи и хидравлични удари, кавитация и мехурчета, възникващи места.
Хипотезата за производство на диаманти в режим на кавитация
Да, това е кавитация. Това е изненадващо неприятен феномен, който носи доста няколко проблема хидравлика! Кавитация може да се случи на остриетата на хидравлична турбина, ако това е само малко от границите на изчислената режим. Същият проблем може да разбере и хидравлични помпи перки. скачане на принудителен режим.
Кавитация може да унищожи острието и завийте параход, сякаш всеки разкъсан в борбата за скорост. Той убива, унищожава, разяжда. Да, това най-точно: разяждащо! Висока якост стомана заблестяха огледални полирани повърхности, се превръщат в мек порест гъбата.
Подобно на хиляди малки безмилостни и алчни усти скъсани малко по малко метала в мястото, където тя е била дълбае кавитация. И дори устата, че "трудно" метална сплав, която отскача файл! Не е малко инциденти турбини и помпи, за смъртта на параходи и кораби се дължи на присъствието на кавитация. И сто години са минали, как да се разбере какво е то - кавитация.
И наистина, какво е това? Представлява потока на течност се движи в канал на вариабилен участък. На някои места в стесняване увеличава скоростта на потока, в някои места, където потокът се разширяват, скоростта на потока намалява. В същото време, но на връщане към закона се променя налягането във вътрешността на течността: където расте скоростта, налягането рязко спада, а когато скоростта се намалява - налягане се увеличава.
Този закон е задължително за всички, които се движат течности. Можем да си представим, че при определени скорости на налягането спадне до стойност, при която течността започне да кипи, а в него има парни мехурчета. От страна изглежда, че течността в мястото на кавитация започна да ври, тя изпълва бяла маса на малки мехурчета, става непрозрачен.
Именно тези мехурчета са основният Проблемът с кавитация. Как се раждат и умират като мехурчета кавитация, остава слабо разбрана. Не е известно дали зарежда вътрешната повърхност. Не е известно как се държи пара течно вещество във флакона. А Galymovu първоначално е неизвестна, може обикновено да бъде кавитация мехурчета в магмата пълнене на тръбата кимбърлит.
Учените направи изчисленията. Оказа се, че на кавитация е възможно, когато магмата дебити на потока над 300 метра в секунда. Такава скорост е лесно да стигнем до водата, но може да работи със същата скорост, тежък, дебел, вискозен магма? Отново, изчисляване и дългоочакваният отговор: Да, той може да! За да може да се ускори и на 500 метра в секунда.
Допълнителни изчисления бяха да разбере, дали постига във флакони необходими температури и налягания - 50 хиляди атмосфери налягане и температура от 1500 градуса. Тези изчисления дадоха положителни резултати.
Средната стойност на налягането в балона в момента на падането е достигнал един милион атмосфери! Максимална налягане могат да бъдат десет пъти повече. Температурата на флакона 10 има стойност в хиляди градуса. Излишно е да казвам, условията далеч пресекли границата за трансформация диамант.
Трябва да кажа, условия, които създават кавитация балон на зародиши на диамант, много особена. В допълнение към температура и налягане, понякога в резултат на малки количества от тези мехурчета, има широки ударни вълни блясък светкавици - мигащи искри.
Звуците се извади извън тесен течна част, обхваната от кавитация. Когато се комбинират, те се възприемат като един вид шум, подобен на този, който идва от кана на кипене. Но такива условия са идеални за зараждащия диамантен кристал. В действителност, неговото раждане се случва в гръмотевична буря и мълния.
Тя може да бъде опростена и пропускат много детайли да си представите какво се случва вътре в балона на кавитация. Тук се увеличава налягането на флуида, и кавитация мехур започва да избледнява. Те се премества в центъра на своята стена и от тях веднага излизам шокови вълни. Те се движат в същата посока към центъра.
Ние не трябва да забравяме за техните възможности. На първо място, те се движат със свръхзвукова скорост, и второ, защото то продължава да бъде изключително развълнуван газ, който се е повишила рязко и налягането и температурата.
Да, това е същата ударна вълна, която се движи парче от изгаряне тола и завива по мирен парене в свирепа, vsesokrushitelny експлозия. В центъра на балон шокови вълни, работещи от различни посоки се слеят. Плътността на материала в този момент на сближаване надхвърля плътността на диаманта.
Трудно е да се каже каква форма е необходимо по същество, но тя започва да се разширява. В същото време той трябва да се преодолее, измерено в милиони атмосфери. Поради тази експанзия е в центъра на балон материалът се охлажда до десетки хиляди градуса само до хиляда градуса.
И роден през първите мигове на разширяване на кристал ембрион диамант веднага стига до температури, при които тя вече не заплашва да конверсия на графит. Освен това, новороденото започва да расте кристал.
Такава, в Galymovu, тайната на раждането на най-редките творения на природата и модерна технология за най-ценния кристал, един от най алотропна членки на самия елемент, който дължи съществуването си на живот на нашата планета. Но това е напълно различна страна към съдбата на въглерод, които дължат съществуването си на диамант, графит и въглищата.