Svojstva i značajke kristalne rešetke dijamanta. Vrste međuatomskih veza

U kristalima se odvijaju sljedeće vrste veza:

● kovalentna veza;
● Ionska veza;
● Metalni spoj;
● Molekularna veza;
● vodikova veza.

Razmotrimo ih detaljnije.

kovalentna veza

Neutralni atomi nalaze se u čvorovima kristalne rešetke. Vezu tvore usmjereni oblaci valentnih elektrona.
Veza koja spaja neutralne atome u kristalu (kao i u molekuli) naziva se homeopolarna ili kovalentna. Sile međudjelovanja u homeopolarnoj vezi imaju, kao i u slučaju heteropolarne veze, električni (ali ne i kulonski) karakter. Homeopolarna komunikacija ostvaruje se elektronskim parovima. To znači da je jedan elektron iz svakog atoma uključen u stvaranje veze između dva atoma. Iz tog razloga homeopolarni odnos ima usmjeren karakter.

Kristali s kovalentnom vezom su dielektrici ili poluvodiči. Tipični primjeri atomskih kristala su dijamant, germanij i silicij.

Ionska veza

u čvorovima kristalna rešetka smješteni su pozitivno i negativno nabijeni ioni. Sile međudjelovanja između čvorova su uglavnom elektrostatičke (Coulomb). Veza između takvih čestica naziva se heteropolarna ili ionska.

Kristali s ionskom vezom pri niske temperature su dielektrici. Na temperaturama blizu tališta postaju vodiči električne struje. Primjer kristala s ionskom rešetkom su kristali kamene soli (NaCl).

metalni spoj

Pozitivni metalni ioni nalaze se u svim čvorovima kristalne rešetke. Između njih se nasumično, poput molekula plina, kreću elektroni koji su se odvojili od atoma tijekom stvaranja iona. Ovi elektroni igraju ulogu cementa, držeći pozitivne ione zajedno; inače bi se rešetka raspala pod djelovanjem odbojnih sila između iona. U isto vrijeme, elektrone također drže ioni unutar kristalne rešetke i ne mogu je napustiti.

Većina metala ima kristalnu rešetku jednog od tri tipa: tjelesno centriranu kubičnu, plošno centriranu kubičnu i takozvanu gustu heksagonalnu.

Prema shemama metalnih kristalnih rešetki vidljivo je da kubne plošno centrirane i guste heksagonalne rešetke odgovaraju najgušćem pakiranju identičnih kuglica (čestica). Metalno vezani kristali su vodiči. Često su plastični, jer kada se atomi pomaknu jedan u odnosu na drugi, veze se ne prekidaju.

molekularna veza

U čvorovima kristalne rešetke smještene su na određeni način orijentirane molekule. Sile vezivanja između molekula u kristalu iste su prirode kao i sile privlačenja između molekula, što dovodi do odstupanja plinova od idealnosti. Zbog toga se nazivaju van der Waalsovim silama.
Kristale s molekularnim vezama karakteriziraju niska tališta i visoka kompresibilnost.

vodikova veza

Posebna vrsta molekulske veze je vodikova veza. Ovo je najjača molekularna veza. Pod određenim uvjetima, atom vodika može biti prilično čvrsto vezan za druga dva atoma. Uz samo jednu stabilnu orbitalu, atom vodika može formirati samo jednu kovalentnu vezu. Ova veza može, međutim, odjekivati između dva stava. Najveća vrijednost imaju one vodikove veze koje se stvaraju između dva jako elektronegativna atoma, osobito između atoma dušika, kisika i fluora.

Vodikove veze koje tvore molekule vode određuju iznenađujuće visoke točke taljenja leda i vrelišta vode, postojanje maksimalne gustoće vode i širenje vode nakon smrzavanja. Puno posebna svojstva anorganskih i organskih molekula, kao što je dimerizacija masnih kiselina, objašnjavaju se stvaranjem vodikovih veza. Vodikova veza je posebno važna struktura proteina, značajka proteina i nukleinskih kiselina.

Molekularne veze tvore, na primjer, sljedeće tvari: H2, N2, O2, CO2, H2O.

Tipovi kemijskih veza prikladno su pojednostavljenje. Točnije, ponašanje elektrona u kristalu opisuju zakoni kvantna mehanika. Govoreći o tipu veze u kristalu, treba imati na umu sljedeće: veza između dva atoma nikada u potpunosti ne odgovara jednom od opisanih tipova. U ionskoj vezi uvijek postoji element kovalentne veze i tako dalje.
Raznolikost ugljikovih spojeva posljedica je činjenice da u složene tvari veza između različitih atoma može biti različitih vrsta. Na primjer, u kristalu proteina veza u molekuli proteina je kovalentna, a između molekula (ili različitih dijelova jedne molekule) je vodik. Postoje četiri alotropske modifikacije ugljika: dijamant, grafit, karabin i buckyball.

Kristalna rešetka dijamanta sastoji se od atoma ugljika međusobno povezanih vrlo jakim s-vezama. U kristalu dijamanta sve su veze ekvivalentne, a atomi tvore trodimenzionalni okvir zglobnih tetraedara. Dijamant je najtvrđa tvar pronađena u prirodi.

Grafit je tamno siva s metalnim sjajem, mekana, masna tvar na dodir. Dobro provodi struju. U grafitu su atomi ugljika raspoređeni u paralelne slojeve, tvoreći heksagonalnu mrežu. Unutar sloja, atomi su puno jače povezani nego jedan sloj s drugim, tako da svojstva grafita jako variraju u različitim smjerovima.

Carbin - dobiven umjetnim putem. Postoje dvije vrste karabina: polikumulen =C=C=C=C= i poliin - C=C-C=C-C=C -.
Buckyball - primljen 1985., ima sferni oblik (poput nogometne lopte), sastoji se od 60 ili 70 atoma ugljika.
Ugljik u obliku čađe, koksa, drvenog ugljena, koštanog ugljena naširoko se koristi u metalurgiji, sintezi organska tvar poput goriva u svakodnevnom životu.

Strukturne značajke ugljika. Spojevi koji sadrže ugljik nazivaju se organski spojevi. Osim ugljika, gotovo uvijek sadrže vodik, nerijetko kisik, dušik i halogene, rjeđe fosfor, sumpor i druge elemente. Međutim, sam ugljik i neki od njegovih najjednostavnijih spojeva, kao što su ugljikov monoksid (II), ugljikov monoksid (IV), ugljična kiselina, karbonati, karbidi i dr., po prirodi svojih svojstava pripadaju anorganski spojevi. U atomu ugljika možete povećati broj nesparenih elektrona u vanjskom drugom sloju kuhanjem na pari elektronski par 2s-podrazina, "izbacivanje" elektrona u slobodnu atomsku orbitalu na p-podrazini. Tada će atom ugljika moći formirati četiri veze s drugim atomima, pokazujući valenciju IV.

Uputa

Kao što možete lako pogoditi iz samog imena, metalni tip rešetke nalazi se u metalima. Ove tvari karakteriziraju u pravilu visoko talište, metalni sjaj, tvrdoća i dobri su vodiči. električna struja. Zapamtite da na mjestima ove vrste rešetke postoje ili neutralni atomi ili pozitivno nabijeni ioni. U prazninama između čvorova nalaze se elektroni, čija migracija osigurava visoku električnu vodljivost takvih tvari.

Ionski tip kristalne rešetke. Treba imati na umu da je također svojstvena solima. Karakteristika - kristali poznatih stolna sol, natrijev klorid. U čvorovima takvih rešetki naizmjenično se izmjenjuju pozitivno i negativno nabijeni ioni. Takve tvari, u pravilu, su vatrostalne, s niskom hlapljivošću. Kao što lako možete pogoditi, jesu tip iona.

Atomski tip kristalna rešetka je inherentna jednostavne tvari- nemetali, koji normalnim uvjetima predstavljati čvrsta tijela. Na primjer, sumpor, fosfor,. Neutralni atomi nalaze se na mjestima takvih rešetki, vezan prijatelj s drugom kovalentnom kemijskom vezom. Takve tvari karakteriziraju netopljivost, netopljivost u vodi. Neki (na primjer, ugljik u obliku) - izuzetno visoke tvrdoće.

Konačno, posljednja vrsta rešetke je molekularna. Javlja se u tvarima koje su u normalnim uvjetima u tekućem ili plinovitom obliku. Kao što se opet može lako razumjeti iz toga, u čvorovima takvih rešetki nalaze se molekule. Mogu biti ili nepolarni (za jednostavne plinove kao što su Cl2, O2) ili polarni (najviše poznati primjer– H2O voda). Tvari s ovom vrstom rešetke ne provode struju, hlapljive su i imaju niska tališta.

Izvori:

rešetkastog tipa

Temperatura topljenje čvrsta mjeri kako bi se odredio njegov stupanj čistoće. Nečistoće u čista tvar obično sniziti temperaturu topljenje ili povećati interval u kojem se spoj topi. Kapilarna metoda je klasična metoda praćenja nečistoća.

Trebat će vam

- ispitivana tvar;
- staklena kapilara zatvorena na jednom kraju (promjer 1 mm);
- staklena cijev promjera 6-8 mm i duljine najmanje 50 cm;
- grijani blok.

Uputa

Stavite staklenu cijev okomito na tvrdu podlogu i kroz nju ispustite kapilaru nekoliko puta sa zapečaćenim krajem prema dolje. To pridonosi zbijanju tvari. Za određivanje temperature stupac tvari u kapilari trebao bi biti oko 2-5 mm.

Stavite kapilarni termometar u zagrijani blok i promatrajte promjenu ispitivane tvari kako temperatura raste. Termometar prije i tijekom zagrijavanja ne smije dodirivati zidove bloka i druge jako zagrijane površine, inače može puknuti.

Zabilježite temperaturu pri kojoj se pojavljuju prve kapi u kapilari (početak topljenje), i temperatura pri kojoj nestaju posljednje tvari (kraj topljenje). U tom intervalu tvar počinje otpadati sve do potpunog prijelaza u tekuće stanje. Pri analizi obratite pozornost i na promjenu ili razgradnju tvari.

Ponovite mjerenja još 1-2 puta. Rezultate svakog mjerenja prikažite u obliku odgovarajućeg temperaturnog intervala tijekom kojeg tvar prolazi kruto stanje u tekućinu. Na kraju analize donijeti zaključak o čistoći ispitivane tvari.

Slični Videi

u kristalima kemijske čestice(molekule, atomi i ioni) raspoređeni određenim redoslijedom, pod određenim uvjetima tvore pravilne simetrične poliedre. Postoje četiri vrste kristalnih rešetki - ionske, atomske, molekularne i metalne.

kristali

Kristalno stanje karakterizira prisutnost dalekosežnog reda u rasporedu čestica, kao i simetrija kristalne rešetke. čvrsti kristali nazivaju se trodimenzionalne formacije u kojima se isti strukturni element ponavlja u svim smjerovima.

ispravan oblik kristali zbog svojih unutarnja struktura. Ako molekule, atome i ione u njima zamijenimo točkama umjesto težišta tih čestica, dobivamo trodimenzionalnu pravilnu distribuciju - . Ponavljajući elementi njegove strukture nazivaju se elementarnim stanicama, a točke se nazivaju čvorovima kristalne rešetke. Postoji nekoliko vrsta kristala ovisno o česticama koje ih tvore, kao io prirodi kemijske veze između njih.

Ionske kristalne rešetke

Ionski kristali tvore anione i katione, između kojih postoji. Do ovaj tip kristali uključuju soli većine metala. Svaki kation privlači anion i odbija ga drugi kationi, tako da je nemoguće izolirati pojedinačne molekule u ionskom kristalu. Kristal se može smatrati jednim ogromnim, a njegova veličina nije ograničena, može pričvrstiti nove ione.

Atomske kristalne rešetke

U atomskim kristalima pojedini atomi su povezani kovalentnim vezama. Poput ionskih kristala, oni se također mogu promatrati kao ogromne molekule. Istovremeno, atomski kristali su vrlo tvrdi i izdržljivi, slabo provode struju i toplinu. Oni su praktički netopljivi, karakterizirani su niskim reaktivnost. Tvari s atomskim rešetkama tale se na vrlo visoke temperature Oh.

molekularni kristali

Molekularne kristalne rešetke formiraju se od molekula čiji su atomi povezani kovalentnim vezama. Zbog toga između molekula djeluju slabe molekularne sile. Takve kristale karakterizira niska tvrdoća, nisko talište i visoka fluidnost. Tvari koje stvaraju, kao i njihove taline i otopine, loši su vodiči električne struje.

Metalne kristalne rešetke

U kristalnim rešetkama metala atomi su smješteni s maksimalnom gustoćom, njihove veze su delokalizirane, protežu se na cijeli kristal. Takvi kristali su neprozirni, imaju metalni sjaj, lako se deformiraju, dobro provode struju i toplinu.

Ova klasifikacija opisuje samo ograničene slučajeve, većinu kristala anorganske tvari pripada međutipovima - molekularno-kovalentnim, kovalentnim- itd. Primjer je kristal grafita, unutar svakog sloja ima kovalentno-metalne veze, a između slojeva - molekularne.

Izvori:

alhimik.ru, Čvrste tvari

Dijamant je mineral koji pripada jednoj od alotropskih modifikacija ugljika. obilježje njegova visoka tvrdoća, što joj s pravom donosi titulu najtvrđe tvari. Dijamant je prilično rijedak mineral, ali ujedno i najrasprostranjeniji. Njegova iznimna tvrdoća nalazi primjenu u strojarstvu i industriji.

Uputa

Dijamant ima atomsku kristalnu rešetku. Atomi ugljika koji čine osnovu molekule raspoređeni su u obliku tetraedra, zbog čega dijamant ima tako veliku čvrstoću. Svi atomi su vezani jakim kovalentnim vezama, koje nastaju na temelju elektronička struktura molekule.

Ugljikov atom ima sp3 hibridizaciju orbitala, koje se nalaze pod kutom od 109 stupnjeva i 28 minuta. Preklapanje hibridnih orbitala događa se u ravnoj liniji u horizontalna ravnina.

Dakle, kada se orbitale preklapaju pod takvim kutom, nastaje središnja, koja pripada kubičnom sustavu, pa možemo reći da dijamant ima kubičnu strukturu. Ova se struktura smatra jednom od najtrajnijih u prirodi. Svi tetraedri tvore trodimenzionalnu mrežu slojeva šesteročlanih prstenova atoma. Tako stabilna mreža kovalentne veze a njihova trodimenzionalna raspodjela dovodi do dodatne čvrstoće kristalne rešetke.

Mehanička svojstva kristala nedvojbeno ovise o vrsti kemijske veze između atoma. Udarna nejednaka snaga tinjca u različitim smjerovima ovisi o prirodi međuatomske veze u tim smjerovima. Vjerojatno su vam već govorili na predavanjima iz kemije različiti tipovi kemijske veze. Prije svega, tu su ionske veze, o njima smo već govorili kad smo govorili o natrijevom kloridu. Grubo govoreći, atomi natrija gube po jedan elektron i postaju pozitivni ioni; atomi klora dobivaju elektron i postaju negativni ioni. Pozitivni i negativni ioni raspoređeni su u trodimenzionalnom uzorku šahovnice i drže ih zajedno električnim silama.

Kovalentna veza (kada elektroni pripadaju dvama atomima u isto vrijeme) je češća i obično jača. Dakle, u dijamantu su atomi ugljika vezani kovalentnim vezama sa svojim najbližim susjedima u četiri smjera, zbog čega je kristal tako tvrd. Postoji i kovalentna veza u kristalu kvarca između silicija i kisika, ali tamo je veza zapravo samo djelomično kovalentna. Budući da su tamo elektroni neravnomjerno raspoređeni između dva atoma, atomi su djelomično nabijeni i kristal je donekle ionski. Priroda nije tako jednostavna kao što je pokušavamo zamisliti: postoje sve vrste stupnjevanja između kovalentnih i ionskih veza.

Kristal šećera ima drugačiji tip veze. Sastoji se od velikih molekula, čiji su atomi čvrsto povezani kovalentnom vezom, tako da molekula tvori čvrstu strukturu. Ali budući da su jake veze potpuno zasićene, između pojedinačnih molekula postoji relativno slaba privlačnost. U takvim molekularnim kristalima, molekule zadržavaju, da tako kažemo, svoju individualnost, a unutarnja struktura može se prikazati kao na Sl. 30.3. Budući da molekule ne drže jedna drugu jako čvrsto, kristal se lako može razdvojiti. Kristali ove vrste oštro se razlikuju od kristala tipa dijamanta, koji nisu ništa više od jedne divovske molekule koja se ne može rastaviti bez prekida jakih kovalentnih veza.

sl. 30.3. Rešetka molekularnog kristala.

Drugi primjer molekularnog kristala je parafin.

Granični slučaj molekularnog kristala su tvari poput krutog argona. Tamo je privlačnost među atomima zanemariva – svaki atom je potpuno zasićena jednoatomna “molekula”. Ali na vrlo niskim temperaturama, toplinsko gibanje je toliko slabo da sićušne međuatomske sile mogu natjerati atome da se poredaju ispravnim redoslijedom, poput krumpira tijesno zbijenih u lonac.

Metali čine vrlo posebnu klasu tvari. Tamo je odnos potpuno drugačiji. U metalu se veza ne javlja između susjednih atoma, već je svojstvo cijelog kristala. Valentni elektroni ne pripadaju jednom ili dva atoma, već cijelom kristalu kao cjelini. Svaki atom doprinosi svojim elektronom ukupnoj opskrbi elektronima, a pozitivni atomski ioni kao da plutaju u oceanu negativnih elektrona. Elektronski ocean, poput ljepila, drži ione zajedno.

Budući da u metalima nema posebnih veza u nekom određenom smjeru, veza tamo slabo ovisi o smjeru. Međutim, metali su još uvijek kristalna tijela, jer ukupna energija prihvaća najmanja vrijednost, kada ioni tvore uređeni sustav, iako energija najpovoljnijeg rasporeda obično nije mnogo niža od ostalih mogućih rasporeda. U prvoj aproksimaciji, atomi mnogih metala su poput malih kuglica nabijenih maksimalnom gustoćom.

Dijamant je mineral koji nije ništa više od modifikacije ugljika. Čisti dijamant ima formulu koja se sastoji od samo jednog elementa. Kamen ima jedinstvena svojstva u prirodi je, dakle, kristalna rešetka dijamanta zainteresirala znanstvenike, a struktura materije nastavlja se proučavati.

Idealni dijamant može se smatrati divovskom molekulom ugljika. Znanstvenici su proučavali sastav minerala tek krajem 18. stoljeća. Od tada se pokušava umjetna sinteza dijamant u laboratorijima, ali oni su bili besmisleni, budući da je bilo nemoguće ponovno izgraditi kristalnu rešetku od nule.

Struktura dijamanta

A tehnologija nije bila na takvoj razini da bi stvorila uvjete za nastanak dijamanta. Tek pedesetih godina dvadesetog stoljeća znanstvenici su uspjeli sami sintetizirati dijamant. To su učinile zemlje poput SSSR-a, SAD-a i Južne Afrike.

Građa materije

Cijeli problem i složenost izrade leži u jedinstvenoj strukturi dijamanta. U kemiji se između atoma mogu formirati četiri vrste veza:

kovalentan;
ionski;
metal;
vodik.

Najjača od njih je kovalentna veza. Također ima svoje podvrste: sigma veze i pi veze. Druga podvrsta je manje izdržljiva. U dijamantu postoji nekoliko milijuna atoma ugljika koji su međusobno povezani kovalentnim vezama.

Prostorni raspored atoma i njihovih spojeva naziva se kristalna rešetka. Njegova struktura određuje takvu karakteristiku kao što je tvrdoća tvari. Jedinična ćelija dijamantne strukture izgleda poput kocke. Odnosno, dijamant kristalizira u kubičnoj singoniji, ako se koristimo znanstvenom terminologijom.

Na vrhovima ove kocke nalazi se atom ugljika. Jedan atom nalazi se na svakoj strani, a još četiri - unutar kocke. Središnji atomi na plohama zajednički su dvjema stanicama, a oni na vrhovima kocke zajednički su osam stanica. Atomi su međusobno povezani kovalentnim sigma vezama.

Ova struktura i pakiranje se smatraju najgušćim. Svaki atom ugljika nalazi se u središtu tetraedra i povezan je sa svih strana. Budući da je valencija ugljika četiri, tada su sve veze blokirane, a interakcija s tvari sa strane je nemoguća.

Udaljenost između atoma je ista slobodni elektroni ne, tako da je mineral dobar dielektrik. Tvrdoća dijamanta postiže se upravo zbog ove strukture. Te su karakteristike dovele do široke upotrebe kamenja. Koriste se ne samo u nakitu, već i kao abraziv, kao i premaz za alate.

Ali nije sve u prirodi savršeno. Čak i dijamanti često sadrže nečistoće. Ova struktura omogućuje mineralu da izgleda apsolutno prozirno, bez inkluzija. Ali iskopano kamenje nema uvijek svojstva nakita zbog veliki broj nedostatke i nečistoće.

Kristal dijamanta može sadržavati sljedeće tvari:

aluminij;
kalcij;
magnezij;
granit.

Ponekad se u sastavu nalaze voda, ugljični dioksid ili drugi plinovi. Nečistoće u kristalu su neravnomjerno raspoređene i donekle smetaju kristalna struktura. Ako se nedostaci nalaze na periferiji, što se događa češće, tada se mogu riješiti rezanjem.

Alotropske modifikacije

Nema samo dijamant sličan tip struktura kristalne rešetke. I ostali elementi iz četvrte skupine imaju sličnu strukturu. Ali sve je u atomskoj masi. Atomi ugljika nalaze se na bliski domet jedni od drugih, što čini veze čvršćima. Ali s povećanjem atomska masa elementi se nalaze dalje i smanjuje se snaga veza među njima.

A ugljik također postoji u prirodi alotropske modifikacije, koji osim dijamanta uključuje i druge tvari:

grafit;
lonsdaleit;
čađa, ugljen;
fulereni;
ugljikove nanocijevi.

Znanstvenike je zanimala mogućnost pretvaranja grafita u dijamant. To se može učiniti samo pod djelovanjem vrlo visokotlačni i temperaturu.

Stvar je u tome što se grafit razlikuje po prostornom rasporedu atoma i vezama među njima. Ako dijamant ima sve kovalentne veze – sigma, onda su prostorne veze grafita pi spojevi. Također u grafitnoj rešetki postoji nekoliko slobodnih elektrona na atomima, koji, krećući se, stvaraju učinak električne vodljivosti. Ovaj oblik rešetke naziva se heksagonalni. Dakle, grafit ima pokazatelj jedinstva na ljestvici tvrdoće.

Lonsdaleiti još nisu u potpunosti proučeni, budući da se vade ili umjetno ili iz meteorita koji su pali na zemlju.

Ali fulereni imaju kristalnu rešetku nalik na kuglu sastavljenu od osmerokuta. U uglovima slika nisu atomi, već molekule ugljika. Ove se tvari također nastavljaju istraživati.

Kemijski sastav dijamanta zapisan je formulom ili elementom C.

Osim indeksa tvrdoće - 10 od 10 na Mohsovoj ljestvici - dijamant ima sljedeće karakteristike:

Gustoća - 3,5 g / cm3.
Kamen je prilično krhak. Unatoč svojoj tvrdoći, dijamant se može razbiti oštrim udarcem.
dekoltea. Gustoća tvari je neujednačena. Kamen se cijepa po paralelnim plohama kristala. Prilikom rezanja kamena treba voditi računa o rascjepu, budući da zlatarski izračun i kasniji udarac određuju ravninu rascjepa i odsijecaju nepotrebne nečistoće.
Kamen mora biti proziran. Tada će nakon rezanja igrati na svjetlu. Najskuplji primjerci nazivaju se dijamanti čista voda. Ali ipak, u strukturi se nalazi do 5% nečistoća, što iskrivljuje kristalnu rešetku, a ponekad i kvari izgled kamena.
Ako djelujete na kamen x-zrake, tada će snaga kovalentnih veza biti prekinuta. Kao rezultat toga, rešetka će postati labava, a tvrdoća tvari također će se smanjiti. Ali nakon ovog postupka pojavit će se zanimljivo svojstvo: kamen će emitirati svjetlost u plavom i zelenom dijelu spektra.

U prirodi iskopani mineral ima oblik kristala sa drugačiji iznos lica. Ponekad se ne vadi puno kamenje, već samo komadići velikih dijamanata. Možete utvrditi je li ovo čip ili punopravni mineral proučavanjem strukture kristalne rešetke. Lica minerala često su prekrivena izraslinama i udubljenjima.

Boja dijamanta također varira. Postoje žute, crvenkaste ili čak crne nijanse dijamanata. Naravno, kristalna rešetka kamenja je promijenjena. Ali svojstva od toga ne pate mnogo. Takvi se minerali nazivaju fantazija. Njihova boja može biti neujednačena i ovisi o nečistoćama u strukturi.

Idealna struktura postoji samo kod umjetnih dijamanata. Proizvodnja ovog kamenja zahtijeva klicu u obliku prirodnog kristala, kao i velika financijska ulaganja i opremu. Ali upravo je proučavanje kristalne rešetke utjecalo na razvoj ove industrije.

Dijamant je prirodni mineral, jedan od najpoznatijih i najskupljih. Oko njega se kolaju mnoga nagađanja i legende, posebno u pogledu njegove vrijednosti i otkrivanja krivotvorina. Posebna tema za proučavanje je odnos dijamanta i grafita. Mnogi ljudi znaju da su ti minerali slični, ali ne znaju svi točno što. A na pitanje kako se razlikuju, također, ne mogu svi odgovoriti. Što znamo o strukturi dijamanta? Ili o kriterijima ocjenjivanja drago kamenje?

Dijamant je jedan od tri minerala koji su kristalna modifikacija ugljika. Druga dva su grafit i lonsdaleit, drugi se može naći u meteoritima ili se stvara umjetno. A ako su to kamenje heksagonalne modifikacije, onda je tip dijamantne kristalne rešetke kocka. U ovom sustavu atomi ugljika raspoređeni su na ovaj način: po jedan na svakom vrhu iu središtu plohe, a četiri unutar kocke. Dakle, ispada da su atomi raspoređeni u obliku tetraedra, a svaki atom je u središtu jednog od njih. Čestice su međusobno povezane najjačom vezom – kovalentnom, zbog koje dijamant ima veliku tvrdoću.

Kemijska svojstva

Grubo govoreći, dijamant je čisti ugljik, stoga kristali dijamanta moraju biti apsolutno prozirni i propuštati svu vidljivu svjetlost. Ali na svijetu ne postoji ništa savršeno, što znači da i ovaj mineral ima nečistoća. Vjeruje se da maksimalni sadržaj nečistoća u dijamantima od dragog kamenja ne smije prelaziti 5%. Sastav dijamanta može uključivati i krutinu i tekućinu i plinovite tvari, od kojih su najčešći:

dušik;
aluminij;
silicij;
kalcij;
magnezij.

Također, sastav može uključivati kvarc, granate, olivin, druge minerale, željezne okside, vodu i druge tvari. Često se ti elementi nalaze u sastavu minerala u obliku mehaničkih mineralnih inkluzija, ali neki od njih mogu zamijeniti ugljik u strukturi dijamanta - taj se fenomen naziva izomorfizam. U ovom slučaju inkluzije mogu značajno utjecati na njegovu boju, a inkluzije dušika daju mu luminiscentna svojstva.

Fizička svojstva

Određuje ga struktura dijamanta fizička svojstva Ocjenjuju se prema četiri kriterija:

tvrdoća;
gustoća;
disperzija i lom svjetlosti;
kristalna ćelija.

Tvrdoća minerala procjenjuje se svojom ocjenom prema ovom sustavu 10, to je maksimalni pokazatelj. Korund je sljedeći na listi, njegov indeks je 9, ali njegova tvrdoća je 150 puta manja, što znači da je dijamant apsolutno superioran u ovom pokazatelju.

Međutim, tvrdoća minerala uopće ne znači njegovu snagu. Dijamant je prilično krt i lako se lomi ako ga udarite čekićem.

Specifična težina dijamanta (gustoća) određena je u rasponu od 3,42 do 3,55 g/cm 3 . Definira se kao omjer težine minerala i težine vode istog volumena.

Osim tvrdoće, ima i visoke indekse loma (2,417-2,421) i disperziju (0,0574). Ova kombinacija svojstava omogućuje dijamantu da bude najdragocjeniji i najidealniji kamen za nakit.

Ostala fizikalna svojstva minerala također su važna, kao što je toplinska vodljivost (900-2300 W / m K), također najveća od svih tvari. Također možemo primijetiti sposobnost minerala da se ne otapa u kiselinama i alkalijama, svojstva dielektrika, nizak koeficijent trenja za metal u zraku i visoko talište od 3700-4000 ° C pri tlaku od 11 GPa.

Sličnosti i razlike između dijamanta i grafita

Ugljik je jedan od najčešćih elemenata na Zemlji, nalazi se u mnogim tvarima, posebno u živim organizmima. Grafit se, kao i dijamant, sastoji od ugljika, ali su strukture dijamanta i grafita vrlo različite. Dijamant se može pretvoriti u grafit pod utjecajem visokih temperatura bez pristupa kisiku, ali u normalnim uvjetima može ostati nepromijenjen na neodređeno vrijeme, to se zove metastabilnost, štoviše, vrsta kristalne rešetke dijamanta je kocka. Ali grafit je slojeviti mineral, njegova struktura izgleda kao niz slojeva koji se nalaze u različitim ravninama. Ti se slojevi sastoje od šesterokuta koji tvore sustav nalik saću. Snažne veze formiraju se samo između tih šesterokuta, ali između slojeva su izuzetno slabi, što uzrokuje slojevitost minerala. Osim niske tvrdoće, grafit upija svjetlost i ima metalni sjaj, koji se također jako razlikuje od dijamanta.

Ovi minerali su najviše vrhunski primjer alotropija – pojava u kojoj tvari imaju različita fizikalna svojstva, iako se sastoje od jednog kemijski element.

Podrijetlo dijamanta

Ne postoji jednoznačno mišljenje o tome kako dijamanti nastaju u prirodi, postoje magmatske, plaštne, meteoritske i druge teorije. Ipak, najčešći je magmatski. Vjeruje se da dijamanti nastaju na dubini od oko 200 km pod pritiskom od 50.000 atmosfera, a zatim se tijekom formiranja iznesu na površinu zajedno s magmom. kimberlitne cijevi. Starost dijamanata varira od 100 milijuna do 2,5 milijarde godina. Također je znanstveno dokazano da dijamanti mogu nastati kada meteorit udari u površinu zemlje, a mogu se naći i u samoj stijeni meteorita. Međutim, kristali ovog podrijetla su izuzetno mali i rijetko pogodni za obradu.

Nalazišta dijamanata

Prva nalazišta u kojima su otkriveni i iskopani dijamanti nalazila su se u Indiji, ali do potkraj XIX stoljeća bili su jako iscrpljeni. Međutim, tamo su minirani najpoznatiji, veliki i skupi uzorci. A u 17. i 19. stoljeću otkrivena su nalazišta minerala u Brazilu i Južna Afrika. Povijest je prepuna legendi i činjenica o dijamantnoj groznici, koje su povezane upravo s južnoafričkim rudnicima. Posljednje otkrivene naslage dijamanata su u Kanadi, njihov razvoj je započeo tek u posljednje desetljeće XX. stoljeća.

Posebno su zanimljivi rudnici Namibije, iako je rudarenje dijamanata tamo težak i opasan posao. Naslage kristala su koncentrirane ispod sloja zemlje, što, iako otežava rad, govori o visoka kvaliteta minerali. Dijamanti koji su putovali nekoliko stotina kilometara do površine uz stalno trenje o druge stijene su visokokvalitetni, kristali niže kvalitete jednostavno ne bi mogli izdržati takvo putovanje, pa je stoga 95% iskopanog kamenja kvalitete dragog kamenja. Tu su i poznati i bogati mineralima u Rusiji, Bocvani, Angoli, Gvineji, Liberiji, Tanzaniji i drugim zemljama.

Obrada dijamanata

Obrada dijamanata zahtijeva veliko iskustvo, znanje i vještine. Prije početka rada potrebno je temeljito proučiti kamen kako bi se naknadno očuvala njegova težina što je više moguće i riješili se inkluzija. Najčešća vrsta brušenja dijamanta je okrugla, ona omogućuje kamenu da svjetluca svim bojama i reflektira svjetlost što je moguće bolje. Ali takav je rad i najteži: okrugli dijamant ima 57 ravnina, a pri rezanju je važno promatrati najpreciznije proporcije. Također popularne vrste rezova su: ovalni, suza, srce, markiza, smaragd i drugi. Postoji nekoliko faza obrade minerala:

označavanje;
cijepanje;
piljenje;
zaokruživanje;
izrezati.

Do sada se smatralo da nakon obrade dijamant gubi oko polovicu svoje težine.

Kriteriji za ocjenu dijamanata

Prilikom iskopavanja dijamanata samo 60% minerala pogodno je za obradu, nazivaju se nakitom. Naravno, cijena neobrađenog kamenja mnogo je niža od cijene dijamanata (više od dva puta). Vrednovanje dijamanata provodi se prema sustavu 4C:

Karat (težina u karatima) - 1 karat je jednak 0,2 g.
Boja (boja) - čisti bijeli dijamanti gotovo se nikad ne nalaze, većina minerala ima određenu nijansu. Njegova vrijednost uvelike ovisi o boji dijamanta, većina kamenja u prirodi ima žutu ili smeđu nijansu, rjeđe se mogu naći ružičasto, plavo i zeleno kamenje. Najrjeđi, lijepi i stoga skupi su minerali zasićenih boja, nazivaju se fantazija. Najrjeđe od njih su zelena, ljubičasta i crna.
Bistrina (čistoća) – također važan pokazatelj, koji određuje prisutnost nedostataka u kamenu i značajno utječe na njegovu vrijednost.
Kroj (kroj) - dosta ovisi o kroju izgled dijamant. Lom i refleksija svjetlosti, neka vrsta "briljantnog" sjaja čine ovaj kamen toliko vrijednim, a nepravilnog oblika ili ga omjer proporcija tijekom obrade može potpuno uništiti.

Proizvodnja umjetnih dijamanata

Sada tehnologija omogućuje "uzgoj" dijamanata koji se praktički ne razlikuju od prirodnih. Postoji nekoliko metoda sinteze:

Kako razlikovati original od krivotvorine

Govoreći o metodama utvrđivanja autentičnosti dijamanata, valja razlikovati provjeru autentičnosti dijamanata i neobrađenih dijamanata. Neiskusna osoba može zbuniti dijamant s kvarcom, kristalom, drugim prozirnim mineralima, pa čak i staklom. Međutim, izuzetna fizička i Kemijska svojstva dijamanti olakšavaju prepoznavanje lažnjaka.

Prije svega, vrijedi zapamtiti tvrdoću. Ovaj kamen je u stanju ogrebati bilo koju površinu, ali samo drugi dijamant može ostaviti trag na njoj. Također, znoj ne ostaje na prirodnom kristalu ako dišete na njega. Na mokrom kamenu ostat će trag poput olovke ako preko njega prijeđete aluminijem. Možete ga provjeriti rendgenskim snimkom: prirodni kamen pod zračenjem ima bogatu zelenu boju. Ili pogledajte kroz njega tekst: neće biti moguće razaznati ga kroz prirodni dijamant. Zasebno je vrijedno napomenuti da se prirodnost kamena može provjeriti na lom svjetlosti: dovođenjem originala do izvora svjetlosti, možete vidjeti samo svjetleću točku u sredini.