Чудовий світ алмазів

Реферат

на тему:

Чудовий світ алмазів

Історичні відомості. Ім'я першовідкривача вуглецю, що складається в основному з Карбону, невідоме. Невідомо й те, яка з алотропних форм Карбону—алмаз чи графіт — була відкрита раніше. Історія використання людиною цієї речовини сягає у глибочінь століть, у доісторичні часи. На­певно твердити можна лише те, що до алмазу й графіту людина вже знала вугілля. А визнання Карбону хімічним елементом сталося лише у 1/75 p., завдяки роботам фран­цузького вченого А. Лавуазьє.

У природі зустрічаються три алотропні форми Карбону: алмаз, графіт і карбін.

Алмаз (від грец. adamas— непохитний, твердий) —крис­талічна речовина, тугоплавка, хімічно малоактивна, діелект­рик, практично не проводить електричного струму. Криста­лічні ґратки атомні (мал. 10.). Зустрічаються кристали без­барвні або забарвлені у жовтий, коричневий, рожево-бузко­вий, зелений, голубий, синій і чорний колір. Кристали мо­жуть бути прозорі і непрозорі, для них характерний сильний блиск.

У кристалі алмазу кожний атом Карбону з'єднується міцними ковалентними зв'язками з чотирма сусідніми ато­мами. Такою будовою кристалів пояснюється виключна твердість алмазу. Він найтвердіший з усіх відомих речовин. Завдяки твердості алмаз широко використовується для свердління твердих порід, виготовлення шліфувальних дисків, різців, свердел, рі­зання скла (див. мал. 10) тощо. Для цього застосо­вують технічні алмази, тобто такі, що містять різні домішки.

Чисті алмази — без­барвні прозорі кристали. їх гранують, шліфують (алмазним порошком) і виготовляють з них діа­манти. Прозорі алмази красивого синього, зеле­ного, червонуватого ко­льору надто рідкісні й оцінюються дуже високо. Чим більше граней має кристал, тим краще він «грає». Маса діамантів вимірюється каратами (1 карат = 0,2 г).

Найбільший з будь-коли знайдених на Землі алмазів — це алмаз «Куллінан». Його знайшли у 1905 р. Назву він здобув від імені одного із володарів. До огранювання його розмір був з жіночий кулак і маса 3106 каратів, тобто 621 г. Під час обробки алмаз розкололи за напрямом тріщин, що були у ньому, і вирізали 105 діамантів. Найбільший серед них назвали «Зоряна Африка». Він має форму краплі і масу 530 каратів.

Цікаво, що серед індійських алмазів є славнозвісний «Шах» масою 89 каратів, яким перський уряд, щоб «уласкавити білого царя», розплатився за кров відомого російського дипломата і видатного письменника О. С. Грибоедова, полеглого від рук розлюченого натовпу перських фана­тиків у 1829 р. у Тегерані —столиці Персії.

Розроблено штучне добування алмазів (1954 р., США) з графіту в умовах високих тисків і температур. Як правило, утворюються дрібні кристали, їх використовують для виго­товлення різальних інструментів і як опору для підшипників та інших рухливих частин у точних вимірювальних інстру­ментах. Нині виробляються й синтетичні алмази ювелірної якості. Промисловий синтез алмазів — велике досягнення науки і техніки.

Графіт (від грец. grapho—пишу) —кристалічна речови­на, жирна на дотик, сірого або чорного кольору з металіч­ним блиском. Структура графіту шарувата (мал. 11): атоми

Карбону розміщені шарами, що складаються з шестичлені них кілець. У межах одного шару кожний атом Карбоні утворює три хімічні зв'язки з трьома сусідніми атомами. Усі атоми Карбону об'єднуються у макромолекули, які являють собою нескінченні шари із шестичленних кілець.

За рахунок четвертих електронів зовнішнього електронного шару кожного атома Карбону, що не беруть участі й утворенні хімічних зв'язків у площині, виникає загальна система хімічного зв'язку, делокалізованого у межах всієї макромолекули. Цим саме і визначається електрична про­відність графіту, темно-сірий колір і металічний блиск.

Шари атомів Карбо­ну об'єднуються у крис­талічні ґратки за раху­нок міжмолекулярних сил.

Всередині шару гра­фіту зв'язки між атома­ми ковалентні, доволі міцні, а між шарами ді­ють міжмолекулярні си­ли, доволі слабкі. Тому графіт легко розшаро­вується на лусочки. Це робить кристали графіту неміцними, а сам міне­рал м'яким. Навіть під час слабкого тертя гра­фіту по паперу на ньому залишається сірий слід. Графіт тугоплавкий(t_пл. = 3800 °С), хімічно дуже стійкий. З нього виготовляють вогнетривкі тиглі, мастила, синтетичні алмази, електроди, обкладки для електролітичних ванн, труби теплообмінників (див. мал. 11). В ядерних реакторах графіт використовують як уповільнювач нейтронів. З графіту роблять грифелі для олівців.

У промисловості, крім природного, використовують штучний графіт. Його добувають з кращих сортів кам'яного вугілля (кокс, антрацит). Процес відбувається в електропе­чах за температури 2600—3000 °С і тиску 250 МПа без до­ступу повітря.

Існують ще так звані вуглецеві матеріали (раніше назива­ли «аморфний вуглець»). До них належать вугілля (кокс, деревне вугілля), технічний вуглець (сажа) та ін. Вони не є самостійними алотропними формами Карбону, як це рані­ше вважалось, бо мікрокристалічна структура їх така сама, як у графіту, але кристали розміщені безладно.

Сажу використовують як наповнювач для гуми і пласт­мас, пігмент для друкарської фарби, копіювального паперу, стрічки для друкарських машинок та ін.

Кокс використовують у металургії як паливо і відновник.

Застосування деревного вугілля ґрунтується на його здат­ності притягувати до своєї поверхні молекули речовин з навколишнього середовища (вбирання на поверхні). Таке явище називають адсорбцією. Зрозуміло, що чим більша поверхня, тим сильніша адсорбція. Щоб збільшити повер­хню вугілля, його активують — обробляють перегрітою во­дяною парою для видалення з його пор сторонніх домішок і збільшення поруватості. Таке вугілля називають активова­ним.

Активоване вугілля чудовий адсорбент (вбирник). Саме тому його використовують у промисловості для очищення газів, вловлювання цінних органічних розчинників, виго­товлення протигазів, у медицині —для очищення крові і вбирання шкідливих речовин із шлунково-кишкового тракту.