Чому алмаз прозорий, а чорний графіт, адже обидва з вуглецю?
Як добувають алмази?
Алмаз і графіт – дійсно похідні одного і того ж речовини. Представляючи собою вуглець в різних формах, вони мають зовсім різний зовнішній вигляд. Не будучи фахівцем, не знаючи відповідь заздалегідь, складно навіть уявити собі, що речовини мають спільне походження.
Але за фактом все вірно: крихкий, легко слоящийся, розпадається під незначним тиском на сріблясті лусочки графіт і твердий прозорий алмаз – вуглеці. Звідки взялося таке розходження між ними, чому вони виглядають по-різному, мають абсолютно різні властивості? Вчені давно відповіли на це питання.
Різниця між алмазом і графітом
Кристалічна решітка алмазу і графіту
Обидві речовини є вуглецем, однак їх кристалічна решітка виявляється різною. У атома вуглецю є чотири валентних електрона, отже, він може створювати до чотирьох сполук з іншими атомами свого виду. При утворенні алмазу виникає чотири зв’язку високої міцності, однак цей варіант – не єдиний можливий. Графіт формується при створенні трьох міцних зв’язків і четвертої – слабкою. При цьому три сильні формують шар, а слабкі знаходяться між шарами, забезпечуючи їх слабке скріплення. Бо шари графіту легко розпадаються, що зробило речовина ідеальним для створення олівцевого грифеля.
Цікавий факт: коли людина пише олівцем, слід на папері залишається за рахунок розпадається на лусочки графіту.
Графіт непрозорий, оскільки його вільні електрони поглинають світло незалежно від показника його частот. Однак алмази відрізняються тим, що світлопоглинання присутній тільки на частотах порушення зв’язків між атомами. Так як у видиму оком людини частина спектру частоти зазначеного роду не потрапляють взагалі, алмази виглядають прозорими. Щільна фіксація атомів робить його міцним матеріалом, забезпечують діелектричні властивості, формуючи природний ізолятор. На відміну від нього графіт є провідником. Втім, показники провідності відзначаються невисокі.
Яким може бути графіт і алмаз?
Зовнішність графіту в будь-якому його вигляді залишається практично однаковою. Він сірий, може бути майже чорним, має металевий блиск. Однак до металам його вносити не можна, вуглець їм бути не може. При тиску графіт завжди розпадається лусочками, а його жорсткість може варіювати. Однак у будь-якому випадку з алмазом його порівняти не можна.
Розглядаючи діамант, тобто, огранений алмаз, можна відзначити прозорість – хоча деякі камені все ж мутноваты, а ще вони можуть мати різні відтінки. Але порошок з алмазу завжди буде білим, в той час як від графіту він залишається чорним або сірим. Незважаючи на все розмаїття природних варіацій, ці дві форми вуглецю завжди сильно відрізняються, переплутати їх неможливо.
Можна перетворити графіт в алмаз?
Різні кристалічні решітки утворюються завдяки тому, що обидві речовини з’являються в різних умовах. Для формування більш міцних зв’язків необхідні екстремальні умови, підвищений тиск, температури. Практика показала, що створюючи такі для графіту, його реально перетворити в алмаз. Уже перші експерименти дозволили отримати дрібні частинки, які були такими. Крім того, алмазні мікрочастинки неодноразово виявлялися в метеоритах, які впали на поверхню планети – ймовірно, вони сформувалися як раз завдяки впливу потужних руйнівних факторів.
Однак формувати великі алмази штучними методами людство поки що не може. Їх формує тільки природа, в особливих кімберлітових трубках, які йдуть глибоко під поверхню земної кори. Про те, звідки беруться ці трубки, як планета формує дорогоцінні камені з особливими властивостями, все ще ведуться численні суперечки. Можливо, мова йде про потужних електричних розрядах, які проходять між земною корою і мантією – є така гіпотеза. Адже планета дійсно постійно породжує потужні тектонічні енергії, які проявляються у вигляді електрики в тому числі.
Але в будь-якому випадку, алмаз і графіт виглядають по-різному, мають різні властивості саме завдяки різниці між їх кристалічними гратками.