Удивительные свойства углерода: от графита до алмаза

Углерод – четырехвалентный неметалл, находящийся в таблице Менделеева под номером пять. В свободном виде он представлен в таких непохожих друг на друга природных материалах, как графит и алмаз. При температуре более 1000 градусов графит плавится и становится жидким. Это удалось сделать в своей научной лаборатории в 2019 году российским ученым М. Кондратьеву и А. Рахелю.

Углерод охотно вступает в химические реакции с другими химическими элементами. В соединении с кислородом он образует углекислый газ, а с водородом – органические вещества, как, например, нефть и ее производные. Кроме того, из него, в основном, состоят каменный и древесный уголь. При добавлении углерода в плавящиеся металлы получаются наиболее прочные сплавы, например, никелированная сталь, бронза, силумин и другие.

По внешним признакам графит и алмаз настолько разные, что в те времена, когда химия не была столь развита, их даже не сравнивали. Трудно было представить, что хрупкий камень, служащий стержнями для карандашей, и самый твердый драгоценный минерал алмаз имеют общего «родителя». Но затем выяснилось, что графит и алмаз – «братья». Впервые об этом твердо стали утверждать английские химики в конце 18 века, а закрепил современное название элемента наш соотечественник Соловьев в 1821 году.

При исследовании индивидуальных особенностей алмаза и графита оказалось, что несходство этих минералов заключаются в своеобразии их кристаллических решеток. Поскольку атом углерода имеет четыре валентных электрона, он способен создавать разное количество соединений с другими атомами своего элемента. При образовании алмаза таких связей четыре, они настолько прочны, что их почти невозможно разорвать. Графит же сформирован при участии трех прочных и одной слабой связи. В этом случае сильные электроны образуют слои вещества, а слабые находятся между ними как бы в свободном полете. Поэтому графит слоится. Даже не смотря на это, спрос на данный минерал весьма высок, вот почему ООО "ГрафитСервис" https://www.graphitservis.ru/buying/ закупает, а также продает графит в больших объемах.

За прозрачность минералов также отвечает их кристаллическая решетка. Графит не прозрачен, так как его слабые свободные электроны поглощают свет. По внешнему виду он может быть от почти черного до слегка сероватого цвета с металлическим оттенком . Это зависит от того, насколько хаотично движение слабых электронов, а также от состава примесей в породе.

Алмаз же свет не поглощает, а отражает и пропускает, придавая кристаллу прозрачность. На чистоту и цвет драгоценного камня влияет содержание в нем примесей. Чем их меньше, тем более ценится этот минерал. При умелой огранке получаются изделия, достойные королевской короны.

Если измельчить графит и алмаз, то их физические свойства не изменятся. Они по-прежнему сохранят свой цвет и прочность, а также индивидуальные способности взаимодействия с электричеством.

Плотное соединение атомов алмаза придает ему свойства диэлектрика, то есть изолятора. Графит же хороший проводник, поэтому совет родителям: следите, чтобы ваш малыш не совал карандаш в розетку во избежание удара электротоком.

Средневековые алхимики стремились получить из графита алмазы, но безрезультатно. Современные ученые доказали, что это возможно при создании определенных условий,в частности, высоких температуры и давления. Под воздействием этих факторов свободные электроны могут вписаться в прочную кристаллическую решетку, и таким образом появляется небольшой алмазный камешек, размером с песчинку.

Этим метод уже внедрен в производство, которое использует искусственные алмазы в технических целях. Например, они служат прочным покрытием ножей, стеклорезов, сверл, буров и других инструментов. Однако получить настоящие драгоценные камни пока не удалось.