Почему алмаз твердый а графит мягкий доклад

Обновлено: 05.07.2024

Абсолютно разные, но при этом одинаковые – это про графит и алмаз. Их сравнение помогает осознать всю нестандартность ситуации с двумя этими веществами.

Мифы и заблуждения об алмазе и графите

Долгое время считалось, что непохожие друг на друга диамант и графит – это разные вещества. В 1797 г. ученый-химик С. Теннант провел серию опытов, в которых сравнил состав, доказав, что в их основе лежит углерод.

При сравнении строения алмаза и графита на атомном уровне выявляется существенная разница:

Диамант имеет кристаллическую решетку в форме тетраэдра, где каждый атом окружен 4 другими атомами, являясь вершиной соседнего тетраэдра. Они похожи на соты, только в формате 3D. Такое строение дает прочные связи между молекулами вещества.
Графит тоже представлен шестиугольниками, но они расположены горизонтальными пластами, между которыми нет прочной связи. Это делает его мягким, податливым.

Свойства алмаза и графита зависят от строения кристаллической решетки, потому кардинально различаются, общей у них является способность проводить тепло, нагреваясь при этом. Если провести сравнение по остальным показателям, то они отличаются:

Физические и химические свойства минералов

Химическая формула алмаза и графита едина – это углерод, обозначенный в таблице Менделеева как С. В самоцвете имеются примеси магния, железа, азота, алюминия, что придает ему цвет.

Структура алмаза двояка – минерал твердый, но при этом хрупкий. У графита, состоящего из чешуек, она слоистая. Сравнение структуры дает ответ о различии оптических свойств – первый проводит через себя свет, а второй – нет.

Сравнение физических свойств алмаза и графита представлено в таблице:

Критерий	Алмаз	Графит
Кристаллическая решетка	Кубическая	Плоская
Прозрачность	Прозрачен, полупрозрачен, реже мутный	Непрозрачен
Электропроводность	Отсутствует	Хорошая
Теплопроводность	Присутствует	Присутствует
Температура плавления	4000 °С	3890 °С
Цвет	Бесцветный, голубой, белый, желтый и др	Серый
Плотность	3,56 кг/ м³	2,23 кг/ м³
Агрегатное состояние	Твердое	Твердое
Твердость по шкале Мооса	10	2

Сходство и взаимопревращения алмаза и графита

У мягкого серого графита и твердого прозрачного алмаза общая основа – углерод, т. е. они состоят из одного вещества. Это натолкнуло ученых на мысль о попытке преобразовать графит в алмаз.

Получить алмаз из графита можно в лаборатории или домашних условиях. В первом случае нужны следующие условия:

газовая среда (метан);
давление более 50 тысяч атмосфер;
температура выше 1200 °С;
наличие катализаторов (платины, никеля, железа).

Для домашних экспериментаторов есть 2 способа. В первом понадобится:

источник тока;
графит;
холодная вода или жидкий азот;
провод.

Провод привязывается к графиту, опускается в емкость. После охлаждения в морозильной камере или с помощью жидкого азота через полученную конструкцию с проводом пропускается ток. Это способствует перестройке кристаллической решетки, быстрому преобразованию в самоцвет.

Второй способ предполагает появление алмаза из смеси соли, графита и дистиллированной воды. Нить опускается в банку с подготовленным раствором, на ней постепенно нарастает кристалл.

Получить графит из кристалла можно путем его нагревания от 1000 °С, при температуре от 1750 °С процесс происходит быстро.

Также смотрите обратный способ получения графита из искусственных алмазов:

Области применения углеродных минералов

Углеродные минералы обладают большим спектром свойств, позволяющих применять их в разных областях жизни. Встретить их можно в кольце, карандаше, приборе для резки металла, стекла. Если провести сравнение сфер использования, то можно увидеть, что они пересекаются только в одной точке – взаимопревращении.

Алмаз

Основная область применения минералов – ювелирное дело. В процессе обработки камень становится бриллиантом, обретая высокую цену. Вторая роль самоцвета – материальная.

Для некоторых бриллианты – это вариант капиталовложения.

Оба камня используют при производстве. Свойства минералов делают их незаменимыми. Алмазы также часто используют в ювелирном деле, что обосновано внешними параметрами материала. Подобные бриллианты считаются одними из самых дорогих элементов украшений.

Графит же относится к наиболее дешевым материалам, однако это не уменьшает его востребованность.

Сходства

Главной и единственной схожестью камней является тот факт, что они состоят из одного вещества – углерода. Несмотря на огромную разницу в других показателях, в плане химических свойств они отличаются только формой молекулярной решетки. Таким образом, формула обоих камней будет крайне проста – С. Также оба минерала выделяются способностью проводить тепло.

ГРАФИТ

Отличия

Графит и алмаз невозможно спутать друг с другом. Их строение оказало сильное влияние на физические параметры камней.Основные отличия заключаются в следующем:

Прозрачность. Алмаз известен своей чистотой. Графит не является прозрачным.
Распространенность. Если ювелирный представитель выделяется своей редкостью, то менее привлекательный собрат встречается крайне часто.
Цветовая гамма. Алмаз чаще всего бесцветен, но может иметь синие, черные или красные оттенки. Второй минерал исключительно темно-серый.
Электропроводность. Редкий представитель является изолятором. Графит же хорошо проводит электричество.

Однако самым главным отличием камней считается их твердость. Именно она определяет назначение этих двух минералов. Алмаз является самым твердым материалом в мире. Его собрат, наоборот, отличается высокой мягкостью: он крошится при малейшем воздействии.

Что такое аллотропные вещества?

Аллотропные вещества — это очень важное понятие в химии. Это основа основ, которая позволяет отличать вещества друг от друга.

В школе аллотропные вещества изучают на примере графита и алмаза, а также их различии. Итак, изучив различия алмаза и графита, можно сделать вывод, что аллотропия — это существование в природе двух и более веществ, которые различаются по своему строению и свойствам, но имеют схожую химическую формулу или относятся к одному химическому элементу.

Характеристики алмаза и графита

Плотность драгоценного камня составляет 10 баллов по шкале Мооса (максимально возможный показатель). Это также означает, что обработать алмаз весьма сложно. Он может полностью противостоять даже воздействию сильных кислот. Плавление начинается с температуры 3700-4000°C. Форма образований исключительно кристаллическая. Образец, не прошедший огранки, обладает шероховатой поверхностью с крайне слабым блеском. Цвет может варьироваться в зависимости от наличия примесей.

СИНИЙ АЛМАЗ

Графит отличается слоистостью структуры. Он имеет волнистую форму минимальной выраженности. Его принято делить по 3 параметрам:

вид (крупные или мелкие кристаллы);
степень проявления (явные или скрытые формы);
варьирование размеров кристаллов.

Природные представители чаще всего отличаются скрытностью кристаллической формы. Подобные образования выделяются довольно высокой твердостью. Однако добытый материал является более мягким, а при нагревании вовсе становится хрупким. Блеск графита металлический, степень проявления может варьироваться от почти незаметного до сильного. Его плотность по шкале Мооса составляет всего 1 балл. Плавление происходит при температуре 2500-3000°C. Цвет камня от серого до черного.

Физические и химические свойства

Алмаз не обладает электропроводностью, но тепло проводит. Хорошо преломляет и отражает свет. Прозрачен, имеет блеск. Плавится при 3700-4000 градусов. Лавуазье впервые сжег диамант в 18 веке.

Позже ученые выяснили, что в соединении с кислородом алмаз горит при 721-800 градусах, испаряясь углекислым газом. Без воздуха может перейти в графит при нагреве до 2001-3000 градусов. Химические свойства говорят об устойчивости к воздействию кислот.

Графит электро-и-теплопроводный, нерастворим кислотами и водой, теплостойкий. Температура плавления 2500 – 3000 градусов. Не горит до 250-300 градусов, но при сжигании с температурой выше 300 и до 1000 превращается в углекислый газ.

Где и как добывают

Графит добывается по всему миру. Примерное содержание материала на планете составляет 600 млн тонн. Алмаз же образуется при попадании метеоритов на Землю, что обосновано огромными температурами и давлением. Поэтому содержание ювелирного представителя крайне низкое, а при создании украшений чаще всего используются синтетические камни. Этот драгоценный камень встречается на следующих территориях:

Россия;
Австралия;
Ангола (Африка);
США;
Канада.

Перечисленные зоны славятся относительно большим количеством алмазов, однако на редкость минерала влияет и сложность его добычи. Обнаруженные камни измельчают, а также сортируют для подбора пригодных образцов. Лишь малая часть сырья может быть использована для ювелирной обработки. Графит, с другой стороны, добывается во многих странах:

Китай;
Мексика;
Россия;
Чехия;
Канада;
Южная Корея;
США;
Мадагаскар.

Данный материал находится глубоко под землей, поэтому для его добычи необходимы бурильные установки. Также сырье, перед сортировкой и применением требуется раздробить. Образования этого вида сырья отличаются довольно высокой прочностью, что приводит к дополнительным затратам на обработку.

Как добыть алмаз из графита

Превращение графита в алмаз является не только возможным, но и часто используемым методом добычи. Такой драгоценный камень не будет считаться натуральным, поэтому его стоимость ниже. Однако подобное сырье более многочисленно, легче поддается огранке. Большинство бриллиантов на самом деле являются искусственными. Однако у них есть определенное преимущество – их твердость еще выше, чем у натуральных образцов.

Возможность добычи алмаза из графита была доказана в 1995 году. Обладая идентичным составом, оба представителя различаются лишь условиями образования. Для того, чтобы получить драгоценный материал из распространенного камня, повышается температура и давление. Первый показатель должен достигать 2500 °C. Второй – 120000 атмосфер. При соблюдении условий алмаз образуется за несколько месяцев. Однако сейчас существуют методы ускоренной обработки, позволяющие создать новый минерал за 2-3 недели.

Получение искусственного графита

Данный процесс проводится заметно реже, т. к. он не востребован. Для превращения алмаза в менее ценного собрата требуется наличие достаточно высокой температуры – 1500 °C. Также важным требованием является полное отсутствие воздуха. Давление может быть различным, ибо оно не считается одним из главных условий. Относясь к дополнительному воздействию, давление ускоряет процесс образования графита.

Однако существует и другой способ создания искусственного материала. Кристаллы такого образца выражены слабо, а также он отличается наличием некоторой прозрачности. Сырье представляет собой нефтяной кокс, антрацит, уголь светильного газа и различные отходы производства. Такой образец имеет одно преимущество перед натуральным аналогом – его текстура менее пористая, он легче поддается обработке.

Сферы применения

Областей использования свойств материала достаточно много. Можно перечислить основное и наиболее популярное.

Рекомендуем почитать: Особенности и выбор украшений с натуральным опалом

Строительные работы

Сложные работы с объёмными конструкциями из бетона требуют соединений. Кроме этого в них часто устанавливают крепления и дополнительные устройства. Сверление, резка и демонтирование требуют прочных деталей. Кристаллические устройства легко справляются с самыми прочными материалами. Свёрла разного диаметра способны сделать аккуратные отверстия. Применяется алмаз не только для работ по бетону, он режет гранит, мрамор, перемалывает щебень.

Возведение здание начинается с прокладки траншей для кабелей и коммуникационных линий. Для таких работ предназначена специальная техника – проходческий комбайн. Прокладка проводится диском, на котором установлены лезвия с напылением из алмазной крошки.

Приборостроение

Из алмаза делают тысячи моделей устройств, деталей и видов инструментов. Их сложно перечислить. Основные и наиболее известные:

фреза;
шлифовальный круг;
стеклорез;
нож по металлу;
пила.

Медицина

Используется материал для изготовления медицинских скальпелей. Острые лезвия дают тонкий разрез. Представить действия хирурга без алмазного скальпеля сегодня практически невозможно. Учёные не завершили работы над твёрдым материалом. Медицинский лазер – одно из последних разработок. Минерал является проводником прибора. Новые научные изыскания могут появиться в любое время.

Телекоммуникации

Кристалл позволяет проходить через один кабель разно частотным линиям связи. Он не боится перепадов температуры, терпит скачки напряжения. Преимущества камня — его размеры. Невидимые обычным зрением частицы обладают максимально возможными свойствами. Самоцветы применяются в фотоэлементах, приборах для оптических техник. У астрономов все приборы, действуют, используя возможности минерала.

Химическая и физическая отрасль

Здесь природный материал – защитный компонент. Агрессивная среда повреждает многочисленные химические соединения. Твёрдая порода выдерживает воздействие кислот и других разрушающих составов. Сферы в промышленности, где минералы активно применяются:

квантовая физика;
лазерные технологии;
космические исследования.

Приборы не дают погрешность, позволяя достичь максимальных показателей точности.

Рекомендуем почитать: Что из себя представляет искусственный бриллиант?

Добыча полезных ископаемых

Приборы с твёрдой породой помогают сверлить, прокладывать трубы. Добыча нефти, разработка месторождений газа, пробивание каменных пластов, известковых отложений – возможности Самоцветов.

Фильеры

В радиоэлектронике использовано специальное металлическое устройство. Фильер – это пластинка из материала с тончайшими, невидимыми отверстиями для проволоки. Нити её создаются из металлов и сплавов. Они могут как обычным ножом разрезать другие материалы, только алмазные фильеры способны выдержать трение и давление острых металлических нитей.

Порошки

Из камня делают порошковые составы. Они использовались и получались после дробления прочных минералов. Искусственные алмазы также становятся основой порошка. Металлическим составом покрывают детали инструментов:

дисковые пилы;
буровые коронки;
напильники;
абразивы.

Свёрла создадут непросто тонкие отверстия, а прочные соединения, глубокие ёмкости.

Ювелирное мастерство

Для создания самоцветов высокого качества требуется специальное огранное оборудование. Порошок из прочной породы – активный компонент гранильных фабрик. Шлифовка позволяет сделать из обычного камня сверкающую драгоценность.

Ядерная промышленность

Ещё одно свойство минерала позволяет активно внедрять его для создания ядерных излучений. В камне заряженная частица даёт световую вспышку, от которой появляется импульс тока, чего не даст обычный самоцвет. Такое свойство учёные применили в счётчиках. Камень имеет преимущества перед газом и кристаллическими сетками других материалов.

Детали из прочной породы можно встретить в часах, компьютерах, микроэлектронике.

Области применения графита и алмаза

Графит и алмаз часто используют в промышленности. Более распространенный представитель применяют для:

изготовление грифелей карандашей;
создание некоторых элементов оборудования, связанного с электроугольной промышленностью;
производство смазочных материалов;
изготовление огнеупорных деталей.

Наиболее распространенным при этом считается именно натуральное сырье. Искусственный материал используется реже. Запасы алмазов значительно ниже, соответственно использовать натуральный камень невыгодно. По этой причине основная масса подобных минералов, которые используются для промышленных целей, являются искусственными. Они применяются для:

буровых установок;
радиоэлектроники;
электротехники;
приборостроения.

Кроме того, этот ценный камень считается самым востребованным, а также популярным элементом украшения. Поэтому большая часть натуральных алмазов используется как ювелирный материал.

Аллотропия углерода

Структурная формула графита может искусственно видоизменяться. Благодаря этому был получен целый ряд аллотропных модификаций углерода. Это карбин, графен и фуллерены.

Первое вещество имеет линейную структуру из атомов углерода. Они могут быть соединены либо двойными, либо чередующимися тройными и одинарными связями. Карбин представляет собой черный порошок с мелкокристаллической структурой. Его уникальным свойством является абсолютная совместимость с тканями организма человека. Благодаря этому карбин используют для изготовления искусственных кровеносных сосудов.

Графен — это однослойное вещество, также состоящее из углерода. Такое строение делает его самым прочным и тонким. Графен применяется в различных областях нанотехнологии: точное приборостроение, искусственные мембраны, сенсорные устройства.

Из атомов углерода состоит еще одна аллотропная модификация углерода — фуллерены. Их молекулы имеют сферическую или эллипсовидную форму с полостью внутри. Фуллерены получают из паров графита при их дальнейшей лазерной обработке. Его используют в качестве полупроводника, фоторезиста, элемента аккумуляторов и электрических батарей, катализатора роста алмазной пленки.

Итак, в нашей статье мы рассмотрели особенности строения графита. Это вещество состоит из атомов углерода. Они образуют отдельные слои, связи между которыми не очень сильные. Поэтому графит является мягким, легко отслаивается в горизонтальном направлении, имеет серый цвет с металлическим блеском и хорошо проводит электрический ток.

Как отличить алмаз от подделки

Чаще всего для создания искусственных образцов используется стекло. Графит требует больше вложений и времени, а также внешне никак не отличается от настоящего образца. Натуральный камень должен удовлетворять следующим критериям:

Дефекты. Даже самый чистый бриллиант с идеальной огранкой должен иметь минимальные изъяны (мелкие трещины, шероховатость). Искусственный аналог чаще всего обладает идеальной формой без каких-либо изъянов.
Прозрачность. Хотя алмаз отличается высокой чистотой, через него нельзя увидеть четких очертаний предметов. В противном случае изделие является подделкой из стекла.
Блеск. Наличие огранки усиливает изначальную степень преломления света. Настоящий минерал должен сверкать, причем весьма ярко.
Запотевание. Если образец подобным образом реагирует на повышенную влажность, то он является искусственным.
Прочность. Натуральный материал крайне сложно повредить, поэтому можно смело попробовать оцарапать его поверхность. Если на ней остаются следы, это говорит о подделке.
Влияние тепла. Украшение не должно быстро нагреваться. Если через короткий промежуток времени после контакта с человеческим телом оно стало теплым, значит бриллианты не являются настоящими.

ИСКУССТВЕННЫЙ АЛМАЗ
На такое дорогостоящее изделие часто выдается специальный сертификат, который служит доказательством его происхождения. Также бриллиант не должен блестеть различными цветами радуги – это признак низкого качества (наличие примесей) или подделки. Блеск должен быть исключительно одного оттенка (зависит от цвета камня, чаще всего серый).

Украшения с алмазом

Подобные изделия обычно делаются из дорогих металлов, таких как платина или золото. При их чистке ювелиры рекомендуют избегать прикосновений рук (воздействие жира), горячей воды и щелочи. Иначе камень может потерять свою прозрачность, став мутным. Золото от этого темнеет. Домашнюю чистку необходимо осуществлять 1 раз за месяц.

Рекомендуется дополнительно проводить процедуру в ювелирном салоне (там это делают с помощью ультразвуковой ванночки). Делать это нужно 1 раз в год. Также украшения с таким элементом можно промывать с помощью спирта.

Алмаз и графит имеют единую природу, так как происходят из одного вещества. Это различные формы углерода. Несмотря на общее происхождение, они имеют совершенно разный вид и характеристики.

Алмаз отличается своей твердостью и прозрачным видом. Графит же хрупкий, легко расслаивается и ломается, имеет темно-серый непрозрачный цвет.

Разница

Весь смысл отличий в различной кристаллической решетке. Слои графита непрочны и ломки. При образовании алмаза формируются связи высокой прочности.

Карандашный грифель, который делают из графита, оставляет след за счет расслаивающихся слоев.

Атомы алмаза крепко сцеплены между собой, именно это делает его одним из самых прочных материалов в природе. Алмаз проявляет диэлектрические свойства, а графит выступает в качестве проводника. При этом показатели проводимости достаточно низкие.

Внешний вид

Вид графита неизменен. Он всегда будет иметь серо-черный цвет и металлический отблеск. При нажатии графит будет расслаиваться и ломаться. Жесткость может быть различной.

Бриллианты, ограненные алмазы, отличаются прозрачностью. При этом встречаются и мутные камни. Также бриллианты могут быть разных цветовых оттенков. Растертый алмаз всегда будет оставлять порошок белого цвета.

Можно ли превратить одно в другое

Разница в кристаллической решетке обусловлена различными условиями внешней среды. При высоком давлении и высоких температурах формируются более прочные, устойчивые соединения. Доказано, что создав экстремальные условия для графита, его возможно переформулировать в алмаз. Во время эксперимента были получены микрочастицы алмаза. Так же данные частицы встречаются в составе метеоритов, попавших на землю. Предполагают, что они образовались благодаря воздействию агрессивных факторов.

Человек до сих пор не способен создавать крупные алмазы искусственным путем. Они формируются лишь в природе, глубоко под землей.

Твердый, играющий на свету алмаз и непрозрачный, легко отслаивающийся графит образно можно назвать родными братьями. Ведь в химическом составе того и другого присутствует единственный элемент – углерод. Выясним, почему, имея общее происхождение, эти минералы настолько не похожи друг на друга и чем отличается алмаз от графита.

Определение

Алмаз – минерал, основой которого является углерод. Характеризуется метастабильностью, то есть способностью в обычных условиях неограниченно долго существовать в неизменном виде. Помещение алмаза в специфические условия, например в вакуум при повышенной температуре, приводит к его переходу в графит.

Алмаз

Графит – минерал, выступающий модификацией углерода. При трении от общей массы вещества отделяются чешуйки. Наиболее известное применение графита – изготовление из него карандашного грифеля.

Графит к содержанию ↑

Сравнение

Явление, при котором вещества имеют различные свойства, но образованы общим химическим элементом, называется аллотропией. Однако в природе, пожалуй, больше не найдется таких абсолютно разных аллотропных форм одного и того же элемента. Чем объясняется отличие алмаза от графита?

Решающую роль здесь играют особенности кристаллической структуры каждого из веществ. Скажем про алмаз. Связь между его атомами невероятно прочная. Это обусловлено способом их расположения относительно друг друга. Смежные атомные ячейки вещества имеют кубическую форму. Частицы расположены в углах ячеек, на их гранях и внутри них. Этот тип строения называется тетраэдрическим.

Ячейка алмаза

Такая геометрия атомов обеспечивает наиболее плотную их организацию, благодаря чему алмаз становится твердым, не поддающимся деформации. Вместе с тем это хрупкое вещество, способное раскалываться от удара. Строением также обуславливается высокая теплопроводность алмаза и свойство его кристаллов преломлять свет.

Графит обладает иной структурой. На атомном уровне он состоит из пластов, расположенных в разных плоскостях. Каждый пласт составляют примыкающие друг к другу шестиугольники, подобно сотам. Связь между атомами, которые являются вершинами шестиугольников, сильна только в пределах каждого слоя. А атомы, находящиеся в разных слоях, практически независимы друг от друга.

Структура графита

След от карандаша – это легко отделяемые слои графита. Вещество из-за особенностей строения поглощает свет, принимая достаточно невзрачный вид (но с металлическим блеском), и обладает электропроводностью.

Присущие минералам свойства определяют их пригодность в той или иной сфере. В чем разница между алмазом и графитом относительно их применения? Блистающий алмаз идеален для ювелирного производства. А твердость этого материала позволяет изготавливать из него качественные резцы по стеклу, суперпрочные сверла и другие востребованные изделия.

Графитовые стержни при протекании многих процессов играют роль электродов. Измельченный графит входит в состав минеральных красок и применяется как смазочный материал. А из смеси этого вещества и глины производят специальные емкости для плавки металлов.

Читайте также: