Diamond, grafit și cărbune
Diamond, grafit și cărbune - constau din atomi de grafit omogene dar au diferite rețea cristalină.
Scurtă descriere a: diamant, grafit și cărbune
Rețeaua cristalină a grafitului au legături puternice, ele sunt separate și fulg ca și culisează unul pe altul, ușor separarea din greutatea totală. Grafit este adesea folosit ca lubrifiant pentru suprafețele de frecare.
Cărbune constă din particule infime de grafit și carbon, cum ar fi particule mici în combinație cu hidrogen, oxigen, azot.
Cristalin zăbrele diamant rigid, compact, are o duritate ridicată.
De mii de ani, oamenii nu au fost chiar conștienți de faptul că aceste trei substanțe au ceva în comun. Toate acestea - deschiderea unei perioade mai târziu.
Grafit gri, moale, gras la atingere nu-i place carbune negru. Aparent, el este mai mult ca un metal. Diamond - ultra-tare, transparent, spumant în aparență foarte diferite de grafit și carbon, (Detalii: Cum se utilizează mineralele).
Nici un semn de relația lor și nu a dat natura. zăcămintele de cărbune nu au coexistat cu grafit. Aceste depozite au geologii nu au prezentat cristale de diamant strălucitoare.
Dar timpul nu sta nemișcat. La sfarsitul secolului al XVII-lea oamenii de știință florentini au fost capabili să ardă diamant. După aceea, nu are nici măcar o mână mică de cenușă. chimist britanic Tennant 100 de ani după ce a constatat că arderea unor cantități egale de grafit, carbon și diamant se formează aceeași cantitate de dioxid de carbon. Această experiență a dezvăluit adevărul.
Interconversiunea diamant, grafit și cărbune
Imediat oamenii de știință interesați în întrebarea: este transformarea unei forme alotropice a carbonului este posibilă într-un alt? Și s-au găsit răspunsuri la aceste întrebări.
Sa dovedit faptul că diamantul transformat complet în grafit. în cazul în care se încălzește în vid la 1800 de grade.
În cazul în care cărbunele este trecut printr-un curent electric într-un cuptor special, atunci este convertit în grafit, la o temperatură de 3500 de grade.
Transformare - grafit sau carbon în diamant
Este mai dificil pentru oameni a fost dat treia transformare - grafit sau de cărbune într-un diamant. Aproape o sută de ani oamenii de știință au încercat să-l pună în aplicare.
Ia diamant din grafit
Primul a fost, se pare, un om de știință scoțian Genney. În 1880 a început o serie de experimente sale. El știa că densitatea grafit - 2,5 grame pe centimetru cub, și un diamant - 3,5 grame pe centimetru cub. Prin urmare, este necesar să se sigileze împachetarea atomilor și derivate din diamant grafit. el a decis.
El a luat un puternic butoi pistol de oțel, umplându-l cu un amestec de hidrocarburi, închidere ferm ambele deschideri și se aprinde la căldură roșu. Țevile fierbinte a avut loc gigant pe noțiunile de timp, presiune.
Mai mult de o dată a fost rupt coji de arme grele ca bombe. Cu toate acestea, unii au stat întregul ciclu de încălzire. După ce au racit, Genney le-a găsit cristale oarecum întunecate, foarte puternice.
Am diamante artificiale,
O metodă de producere diamante artificiale
10 ani de savantul francez Henri Genne Muasson supus la răcirea rapidă a fierului bogat în carbon. solidifică rapid coaja superficială în timpul răcirii în scădere în mărime, supuse straturile interioare presiune monstruos.
Când Muasson apoi dizolvat în nucleoli fier acide, a găsit în aceste cristale mici opace.
Am găsit un alt mod de a produce diamante artificiale!
Problema de diamante artificiale
După încă 30 de ani, problema de diamante artificiale a devenit implicat în omul de știință britanic Parsons. În posesia sa erau o presă gigant a deținut fabrici. El a împușcat dintr-un tun drept în țeava celelalte arme, dar diamantele el nu a putut obține.
Cu toate acestea, chiar și în multe țări dezvoltate ale lumii au fost în muzee de diamante artificiale diferite inventatori. Și nu puțini au fost acordate brevete pentru prepararea acestora. Dar, în 1943, fizicianul englez supuse unei inspecții riguroase obținute prin mijloace artificiale diamante.
Și sa dovedit că nu au nimic de a face cu diamante reale, ci doar diamante Genne. Ei au fost reale. A devenit imediat un mister rămâne un mister astăzi.
Transformarea grafitului în diamant
Ofensiva a continuat. În capul său era laureat al Premiului Nobel fizicianul american Percy Bridgman. Aproape o jumătate de secol a fost implicat în îmbunătățirea tehnologiei de ultraînaltă presiune.
Și în 1940, când el sa dovedit a presei, care poate genera o presiune de până la 450 de mii de atmosfere, el a început experimente pe conversia de grafit în diamant.
Dar, pentru a efectua această transformare, el nu a putut. Grafitul supus presiunii monstruoasa a fost grafit. Bridgeman să înțeleagă ceea ce lipsește instalarea lui: căldura.
Se pare că, în laboratoarele subterane de unde au fost create diamantele, și a jucat rolul unui febră mare. El a schimbat direcția de experimente. El a fost în măsură să ofere un sistem de încălzire de grafit la trei mii de grade și presiuni de până la 30 de mii de atmosfere. A fost aproape ceea ce știm acum, este necesar pentru transformarea diamant.
Dar lipsă „aproape“ nu este permis să reușească Bridgman. Onoarea de a crea diamante sintetice nu este prins.
Primele diamante artificiale
Primele diamante artificiale au fost obținute de către oamenii de știință britanici Bandy, Hall, puternic și Ventroppom în 1955. Ele sunt presurizate la 100 mii atmosfere și o temperatură de 5000 de grade.
Grafitul a fost adăugat catalizatori - fier, rom, mangan, etc. Și la granița de grafit și catalizatori având cristale de culoare galben-gri opac diamante tehnice artificiale ... Ei bine, diamantul este nu numai briliant, și este utilizat în plante și fabrici.
Cu toate acestea, mai târziu, oamenii de știință americani au descoperit o modalitate de a primi și cristale de diamant transparente. Pentru acest grant este supus presiunii la 200 mii de atmosfere, și apoi încălzit prin descărcare electrică la o temperatură de 5 mii de grade.
Durata scurtă a descărcării - durează câteva milisecunde - lasă la rece, și diamante obținute curat și transparent.
Crearea de diamante artificiale
oamenii de știință sovietici trebuie să creeze diamante artificiale pe drum. fizician sovietic O. studii teoretice Leipunsky efectuat în prealabil și se acele temperaturi și presiuni la care diamant poate de conversie de grafit.
Aceste cifre, în acei ani - a fost în 1939 - părea surprinzător, stând în afara de atins pentru tehnologia modernă: presiunea nu este mai mică de 50 de mii de atmosfere și temperatura de 2000 de grade. Și totuși, pentru etapa de calcule teoretice este timpul pentru a crea modele avansate, și apoi instalațiile industriale. Și astăzi există numeroase dispozitive care produc diamante artificiale și alte, chiar mai multe solide. Cea mai mare realizare a naturii nu este numai atins, dar chiar blocat în duritatea materialului.
Aceasta este povestea descoperirii celei de a treia conversie de carbon, cel mai important pentru tehnologia modernă.
Ca un diamant are originea în natură
Dar ceea ce rămâne cel mai uimitor în procesul de transformare de diamant de carbon? Faptul că oamenii de știință încă nu înțeleg cum un diamant are originea în natură!
Este cunoscut faptul că numai depozitele de diamante primare sunt conducte kimberlite. Aceste puțuri cilindrice adânci cu un diametru de câteva sute de metri, umplut cu lut albastru - kimberlit, care au fost aduse împreună și la suprafața de pietre prețioase.
Ipoteza de o zi de naștere diamant profundă
Cea mai timpurie a fost cea a unui diamant de naștere profundă. Conform acestei ipoteze, cristalele strălucitoare au fost recuperate din magma topită la o adâncime de aproximativ 100 de kilometri, iar apoi împreună cu magma prin crăpături și fisuri în creștere încet la suprafață.
Ei bine, cu o adâncime de 2-3 kilometri de magmă rupt prin crusta și se ridică la suprafață, formând o țeavă kimberlite.
ipoteza explozivă
În locul acestei ipoteze a venit o alta, poate că ar trebui să fie numit ipoteza explozie. Sale avansate L. I. Leontev, AA Kademeky, VS Trofimov. În opinia lor, diamantele au loc la o adâncime de 4-6 kilometri de suprafața pământului.
Această ipoteză este explicată și necesară de căldură pentru conversia diamant, și o presiune uriașă. Dar nu toate caracteristicile de tevi kimberlite, a explicat ea. A fost foarte ușor să demonstreze că țeava rocă kimberlit formată la o presiune care nu depășește 20 de mii de atmosfere, dar este imposibil să se demonstreze că au avut loc la o presiune mai mare.
geophysics Azi a stabilit suficient de clar pentru orice specie necesită anumită presiune și temperatură de formare. De exemplu, companion constant de diamant - minerale pyrope - necesită 20 de mii de atmosfere, de diamant - 50 mii. Mai mult decât pyrope, și mai puțin de un diamante, coesite presiune necesară, stishovite pezolit.
Dar nici acestea, nici alte specii care necesită pentru educație astfel de presiuni ridicate în kimberlite nr. Singura excepție de aici - diamant. De ce este acest lucru? Pentru a răspunde la această întrebare a decis doctor în științe geologice-mineralogice E. M. Galymov.
De ce, el însuși a cerut, presiunea din cele 50 de mii de atmosfere trebuie să tindă în mod necesar întregii mase de magmă în care sunt create diamantele? După magma - curs de apa. Este posibil și vârtejuri și praguri și șocuri hidraulice, cavitație și bule care apar locuri.
Ipoteza producției de diamante în modul de cavitatie
Da, asta e cavitație. Este surprinzător fenomen neplăcut, care poartă destul de multe necazuri sisteme hidraulice! Cavitația poate apărea pe palele unei turbine hidraulice, în cazul în care acesta este doar un pic de limitele modului calculat. Aceeași problemă se poate înțelege și dispozitivul de deviație a pompei hidraulice. sărind în modul forțat.
Cavitația poate distruge lama și șurub aburitor, ca și în cazul în care orice rupt în lupta pentru viteza. Acesta ucide, distruge, corodeaza. Da, cel mai exact: Coroziv! din oțel de înaltă rezistență straluceau suprafețe lustruite oglindă, sunt convertite în burete moale poros.
La fel ca mii de guri mici nemilos și lacom rupt puțin câte puțin metal în locul în care acesta a fost roadere cavitatie. Și chiar guri, că „dur“ din aliaj de metal, care ricoșează fișier! Nu puține accidente turbine și pompe, moartea și aburitoare nave sa datorat prezenței cavitație. Și au trecut o sută de ani, cum să înțeleagă ce este - cavitatie.
Și într-adevăr, ce este? Reprezintă fluxul de fluid în mișcare într-o conductă de secțiune variabilă. În unele locuri, în îngustarea rata de curgere crește, în unele locuri, în cazul în care este extins fluxul, scade rata de curgere. În același timp, dar pe o revenire la legea schimbă presiunea din interiorul lichidului: în cazul în care crește viteza, presiunea scade brusc, iar în cazul în care viteza este redusa - presiunea este în creștere.
Această lege este obligatorie pentru toate lichidele mobile. Se poate imagina că, în anumite viteze de presiunea scade la o valoare la care lichidul începe să fiarbă, și în ea există bule de abur. Din partea se pare că fluidul la locul de cavitatie a început să fiarbă, se umple masa alba de bule mici, devine opac.
Este aceste bule sunt principala problema cu cavitație. Cum se nasc și mor ca bulele de cavitație, ramane prost inteleasa. Nu se cunoaște dacă suprafața interioară încărcată. Nu se cunoaște modul în care se comportă substanța vaporilichid în flacon. Un Galymovu a fost inițial necunoscut, poate fi, în general bule de cavitație în magma de umplere a conductei kimberlite.
Omul de știință a făcut calculele. Sa dovedit că cavitație este posibilă atunci când magma debite de peste 300 de metri pe secundă. O astfel de viteză este ușor pentru a ajunge la apa, dar poate rula la aceeași viteză grele grosime magma,, vâscos? Din nou, calcul și răspunsul mult-așteptat: da, se poate! Pentru aceasta poate accelera și la 500 de metri pe secundă.
Alte calcule ar afla, fie atinse în flacoane necesare temperaturi și presiuni - 50 mii atmosfere de presiune și temperatură de 1500 de grade. Aceste calcule a dat rezultate pozitive.
Valoarea medie a presiunii în bula la momentul colapsului a ajuns la un milion de atmosfere! O presiune maximă poate fi de zece ori mai mult. Temperatura flaconului 10 are o valoare cuprinsă în mii de grade. Inutil să spun, condițiile au trecut cu mult limita de transformare de diamant.
Trebuie să spun condiții care creează cavitatie cu bule nucleația de diamant, foarte ciudat. În plus față de temperatură și presiune, uneori rezultând în cantități mici de aceste bule, acolo unde de șoc zdrobitoare scânteie lovituri de trăsnet - scântei intermitente.
Sunetele sunt scoase dincolo de o porțiune îngustă de lichid acoperit de cavitație. Atunci când sunt combinate, acestea sunt percepute ca un fel de noutate, similar cu cel care venea dintr-un fierbător de apă de fierbere. Dar aceste condiții sunt ideale pentru cristal de diamant în curs de dezvoltare. Într-adevăr, nașterea lui are loc într-o furtună și fulgere.
Acesta poate fi simplificată și omițând multe detalii imaginați-vă ce se întâmplă în interiorul bulei de cavitație. Aici este creșterea presiunii fluidului, și cavitatie cu bule începe să se estompeze. S-au mutat în centrul peretelui său, și de la ei vin imediat de pe undele de șoc. Ei se mișcă în aceeași direcție spre centru.
Nu trebuie să uităm despre caracteristicile lor. În primul rând, ele se deplasează la viteze supersonice, și în al doilea rând, pentru că rămâne de gaz extrem de excitat, care a crescut brusc și presiunea și temperatura.
Da, acest lucru este același val de șoc care se mișcă o bucată de Tola de ardere și se transformă în mod pașnic ardere într-o explozie feroce, vsesokrushitelny. În centrul undelor de șoc cu bule de funcționare din diferite direcții converg. Densitatea materialului de la acest punct de convergență depășește densitatea de diamant.
Este greu de spus ce forma pe care o ia pe fond, dar începe să se extindă. În același timp, el trebuie să depășească presiunea din spate, măsurată în milioane de atmosfere. Datorită acestei extinderi a fost în centrul materialului cu bule este răcit la zeci de mii de grade la doar o mie de grade.
Și născut în timpul primelor de extindere a momentelor embrionului cu cristale de diamant imediat ajunge la temperaturi la care nu mai amenință să conversia în grafit. Mai mult decât atât, nou-nascutul incepe sa se dezvolte un cristal.
Astfel, în Galymovu, misterul nașterii din cele mai rare creații ale naturii și tehnologiei moderne pentru cristalul cel mai prețios, unul dintre statele alotropice ale elementului în sine, care își datorează existența vieții pe planeta noastră. Dar aceasta este o parte complet diferită față de soarta de carbon, care datorează existența lor la diamant, grafit și cărbune.