Алмаз, графит
Алмаз
Алмаз - самый твердый минерал на планете обладающий, к тому же,
очень низким коэффициентом трения. Атомная кристаллическая. Вещества с такой же решеткой очень прочные, потому что связь в них между атомами, а не молекулами.
Физические свойства
Алмаз — самое твердое из
всех природных веществ. Относительная
твердость алмаза равна 10, абсолютная
в 1000 раз превышает твердость
кварца. Плотность чистого алмаза
3,511 г/см3. Блеск сильный, от алмазного
до жирного. Алмаз может быть
бесцветным и водяно-прозрачным
или окрашенным в различные
оттенки желтого, коричневого, красного,
зеленого, черного, серого цветов. Распределение
окраски часто неравномерное, пятнистое
или зональное. Алмаз прилипает
к некоторым жировым смесям, на
этом основан получивший наибольшее
распространение жировой способ
извлечения алмазов на обогатительных
фабриках.
На воздухе алмаз сгорает
при температуре 850 С с образованием
СО2 ; в вакууме при температуре
свыше 1500 С переходит в графит.
Свойства алмаза резко меняются
в зависимости от наличия или
отсутствия примеси азота. Рентгеновская
дифракция выявляет дополнительные
линии, свидетельствующие о “дефектности”
кристаллической структуры.
Условия образования и
нахождения алмазов
Предполагается, что алмаз кристаллизуется
одним из первых минералов
при остывании мантийного силикатного
расплава на глубине 150-200 км, а
затем выносится к поверхности
Земли в результате взрывных
процессов, сопровождающих формирование
кимберлитовых трубок, 15-20% которых
содержит алмаз. Имеется и другая
точка зрения, согласно которой
алмаз кристаллизуется на относительно
небольшой глубине за счет
диссоциации или частичного окисления
метана в газовой системе C-H-O-S
при температуре свыше 1000 C. Мелкие
алмазы в значительных количествах
обнаружены в метеоритах, а также
в гигантских метеоритных кратерах,
где переплавленные породы содержат
значительные количества мелкокристаллического
алмаза или гексагональной высокобарической
мадификаци. Алмазы из кимберлитов
и метеоритов отличаются от
найденных в метеоритных кратерах
и метаморфических породах повышенным
содержанием тяжелого изотопа
углерода.
Графит
Графит — минерал из класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Структура слоистая. Слои кристаллической решётки могут по-разному располагаться относительно друг друга, образуя целый ряд политипов, с симметрией от гексагональной сингонии, до тригональной. Слои слабоволнистые, почти плоские, состоят из шестиугольных слоёв атомов углерода. Кристаллы пластинчатые, чешуйчатые. Образует листоватые и округлые радиально-лучистые агрегаты, реже — агрегаты концентрически-зонального строения. У крупнокристаллических выделений часто треугольная штриховка на плоскостях.
Свойства графита
Хорошо проводит электрический
ток. В отличие от алмаза обладает
низкой твердостью . Плотность 2,08—2,23
г/см³. Цвет тёмно-серый, блеск металлический.
Неплавкий, устойчив при нагревании
в отсутствие воздуха. В кислотах не
растворяется. Жирный (скользкий) на
ощупь. Природный графит содержит
10—12 % примесей глин и окислов
железа. При трении расслаивается
на отдельные чешуйки (это свойство
используется в карандашах).
Электрическая проводимость монокристаллов
графита анизотропна, в направлении,
параллельном базисной плоскости,
близка к металлической, в перпендикулярном —
в сотни раз меньше. Минимальное
значение проводимости наблюдается
в интервале 300—1300 К, причем положение
минимума смещается в область
низких температур для совершенных
кристаллических структур. Наивысшую
электрическую проводимость имеет
рекристаллизованный графит.
Графит сжимается при нагревании,
его абсолютное значение с
повышением температуры уменьшается.
В направлении, перпендикулярном
базисным плоскостям, коэффициент
теплового расширения положителен,
практически не зависит от
температуры и более чем в 20
раз выше среднего абсолютного
значения для базисных плоскостей.
Получение графита
Кристаллический графит извлекают
из руд методом флотации, руды
скрытокристаллический графит используют
без обогащения.
Исходное сырье для получения
графита - нефтяной или металлургический
кокс, антрацит и пек. Отдельные
частицы исходных углеродных
материалов в результате карбонизации
при обжиге связываются в монолитное
твердое тело, которое затем подвергают
графитации. Для уменьшения пористости
полученный графит пропитывают
синтетической смолой или жидким
пеком, после чего снова подвергают
обжигу и графитации. В производстве
графита повышенной плотности
пропитку, обжиг и графитацию
повторяют до пяти раз.
Из смеси, содержащей кокс, пек,
природный графит и до 20% тугоплавких
карбидообразующих элементов получают
рекристаллизованный графит. Исходную
шихту нагревают в графитовых
прессформах до температуры, на 100-150°С
превышающей температуру плавления
эвтектической смеси карбида
с углеродом.
Пирографит получают пиролизом
газообразных углеводородов с
осаждением образовавшегося углерода
из газовой фазы на подложку
из графита. Осадки имеют кристаллическую
структуру различной степени
совершенства - от турбостратной
неупорядоченной до упорядоченной
графитовой.
Применение графита
Графит используют в металлургии
для изготовления лодочек, труб,
испарителей, кристаллизаторов. Он
также служит для изготовления
электродов и нагревательных
элементов электрических печей,
скользящих контактов для электрических
машин, уплотнительных колец для
компрессоров, как смазка для
нагретых частей машин и установок.
Его используют в атомной технике
в виде блоков, колец в реакторах,
как замедлитель тепловых нейтронов
и конструкционный материал в
ракетной технике - для изготовления
сопел ракетных двигателей, деталей
внешней и внутренней теплозащиты
и другие, в химическом машиностроении
- для изготовления теплообменников,
трубопроводов, запорной арматуры,
деталей центробежных насосов
для работы с активными средами.