| Алмаз і графіт: дві форми вуглецю
Алмаз і графіт — це два мінерали, які складаються з чистого вуглецю, але мають значно відмінні властивості. Вони є найвідомішими з трьох природних алотропів вуглецю (алмаз, графіт і фулерен).
Атомарна структура
Основною відмінністю між алмазом і графітом є різниця в їх атомарній структурі. В алмазі атоми вуглецю розташовані в щільній кристалічній решітці, яка називається алмазною кубічною ґраткою. Ця структура є найбільш щільною з можливих, що робить алмаз найтвердішим природним матеріалом.
На відміну від алмазу, атоми вуглецю в графіті розташовані в шестикутних шарах, які називаються графеновими листами. Ці шари слабко зв’язані між собою, що робить графіт м’яким і змащуючим.
Властивості
Оскільки алмаз і графіт мають різну атомарну структуру, вони мають різні фізичні та хімічні властивості. Нижче наведено таблицю порівняння:
| Властивість | Алмаз | Графіт |
|—|—|—|
| Твердість (шкала Мооса) | 10 (найтвердіший) | 1–2 (найм’якший) |
| Прозорість | Прозорий | Непрозорий |
| Блиск | Діамантовий | Металевий |
| Електропровідність | Електричний ізолятор | Електричний провідник |
| Теплопровідність | Висока | Низька |
| Хімічна стійкість | Дуже стійкий | Менш стійкий |
Використання
Унікальні властивості алмазу та графіту роблять їх цінними для широкого спектру застосувань:
* Алмаз: Алмаз є найтвердішим природним матеріалом, що робить його незамінним для різальних інструментів, таких як свердла, пилки та скальпелі. Він також використовується в ювелірних виробах і як абразивний матеріал.
* Графіт: Графіт є хорошим провідником електрики, що робить його корисним для виробництва електродів, щіток і перехідників. Він також використовується як мастило, в олівцях і в деяких типах батарей.
Видобуток і синтез
Алмази утворюються в мантії Землі в результаті екстремальних умов тиску та температури. Вони видобуваються з корінних порід або з алювіальних відкладень.
Графіт зустрічається в природі у формі графітових сланців або у вигляді окремих кристалів. Його також можна синтезувати через термічне розкладання вуглеводнів.
Цікаві факти
* Алмаз є другим за твердістю матеріалом після штучно створеного боразону.
* Найбільший алмаз, коли-небудь видобутий, важив 3106,75 карата (621,35 г) і був названий «Зірка Африки».
* Графіт був вперше використаний для письма в Стародавньому Єгипті.
* Графітові електроди використовуються в дугових печах для виробництва сталі.
* Фулерен, третій алотроп вуглецю, був відкритий у 1985 році і складається з сферичних або еліпсоїдних молекул вуглецю.
Запитання 1: Чим відрізняється кристалічна структура алмазу і графіту?
Відповідь:
Кристалічна структура алмазу є кубічна, де кожен атом вуглецю зв'язаний із чотирма іншими атомами вуглецю, утворюючи міцну тривимірну сітку. Навпаки, кристалічна структура графіту є гексагональною, де атоми вуглецю розташовані в шарах, які утворюють плоскі графінові листи. Ці шари слабо зв'язані між собою, дозволяючи графіту легко розщеплюватися.
Запитання 2: Як хімічний склад впливає на властивості алмазу і графіту?
Відповідь:
Хоча алмаз і графіт мають однакову хімічну формулу (C), їхні різні кристалічні структури визначають їхні відмінні фізичні властивості. Кубічна структура алмазу робить його одним із найтвердіших матеріалів, які відомі, а гексагональна структура графіту робить його м'яким і лускуватим.
Запитання 3: Чому алмаз прозорий, а графіт чорний?
Відповідь:
Прозорість алмазу обумовлена сильною та упорядкованою кубічною кристалічною структурою, яка пропускає світло. Навпаки, непрозорість графіту викликана його розшарованою структурою, яка розсіює світло.
Запитання 4: Як відрізняється електропровідність алмазу і графіту?
Відповідь:
Алмаз є електричним ізолятором, тоді як графіт є хорошим провідником електрики. У графіті електрони можуть легко переміщатися між шарами графену, надаючи йому провідні властивості.
Запитання 5: Як різне застосування алмазу і графіту пов'язане з їхніми властивостями?
Відповідь:
Через свою твердість алмази використовуються в промислових інструментах для різання, свердління та шліфування. Їх також широко використовують у ювелірних виробах. Графіт, навпаки, завдяки своїм провідним властивостям, застосовується в електричних елементах, таких як електроди та олівцеві стрижні, а також як мастильний матеріал і компонент батарей.
Оставить ответ