Чудовий світ алмазів

Історичні відомості. Ім'я першовідкривача вуглецю, що складається в основному з Карбону, невідоме. Невідомо й те, яка з алотропних форм Карбону — алмаз чи графіт — була відкрита раніше. Історія використання людиною цієї речовини сягає у глибочінь століть, у доісторичні часи. На¬певно твердити можна лише те, що до алмазу й графіту людина вже знала вугілля. А визнання Карбону хімічним елементом сталося лише у 1/75 p., завдяки роботам фран¬цузького вченого А. Лавуазьє.

У природі зустрічаються три алотропні форми Карбону: алмаз, графіт і карбін.

Алмаз (від грец. adamas — непохитний, твердий) —крис¬талічна речовина, тугоплавка, хімічно малоактивна, діелект¬рик, практично не проводить електричного струму. Криста¬лічні ґратки атомні (мал. 10.). Зустрічаються кристали без¬барвні або забарвлені у жовтий, коричневий, рожево-бузко¬вий, зелений, голубий, синій і чорний колір. Кристали мо¬жуть бути прозорі і непрозорі, для них характерний сильний блиск.

У кристалі алмазу кожний атом Карбону з'єднується міцними ковалентними зв'язками з чотирма сусідніми ато¬мами. Такою будовою кристалів пояснюється виключна твердість алмазу. Він найтвердіший з усіх відомих речовин. Завдяки твердості алмаз широко використовується для свердління твердих порід, виготовлення шліфувальних дисків, різців, свердел, рі¬зання скла (див. мал. 10) тощо. Для цього застосо¬вують технічні алмази, тобто такі, що містять різні домішки.

Чисті алмази — без¬барвні прозорі кристали. їх гранують, шліфують (алмазним порошком) і виготовляють з них діа¬манти. Прозорі алмази красивого синього, зеле¬ного, червонуватого ко¬льору надто рідкісні й оцінюються дуже високо. Чим більше граней має кристал, тим краще він «грає». Маса діамантів вимірюється каратами (1 карат = 0,2 г).

Найбільший з будь-коли знайдених на Землі алмазів — це алмаз «Куллінан». Його знайшли у 1905 р. Назву він здобув від імені одного із володарів. До огранювання його розмір був з жіночий кулак і маса 3106 каратів, тобто 621 г. Під час обробки алмаз розкололи за напрямом тріщин, що були у ньому, і вирізали 105 діамантів. Найбільший серед них назвали «Зоряна Африка». Він має форму краплі і масу 530 каратів.

Цікаво, що серед індійських алмазів є славнозвісний «Шах» масою 89 каратів, яким перський уряд, щоб «уласкавити білого царя», розплатився за кров відомого російського дипломата і видатного письменника О. С. Грибоедова, полеглого від рук розлюченого натовпу перських фана¬тиків у 1829 р. у Тегерані —столиці Персії.

Розроблено штучне добування алмазів (1954 р., США) з графіту в умовах високих тисків і температур. Як правило, утворюються дрібні кристали, їх використовують для виго¬товлення різальних інструментів і як опору для підшипників та інших рухливих частин у точних вимірювальних інстру¬ментах. Нині виробляються й синтетичні алмази ювелірної якості. Промисловий синтез алмазів — велике досягнення науки і техніки.

Графіт (від грец. grapho—пишу) —кристалічна речови¬на, жирна на дотик, сірого або чорного кольору з металіч¬ним блиском. Структура графіту шарувата (мал. 11): атоми

Карбону розміщені шарами, що складаються з шестичлені них кілець. У межах одного шару кожний атом Карбоні утворює три хімічні зв'язки з трьома сусідніми атомами. Усі атоми Карбону об'єднуються у макромолекули, які являють собою нескінченні шари із шестичленних кілець.

За рахунок четвертих електронів зовнішнього електронного шару кожного атома Карбону, що не беруть участі й утворенні хімічних зв'язків у площині, виникає загальна система хімічного зв'язку, делокалізованого у межах всієї макромолекули. Цим саме і визначається електрична про¬відність графіту, темно-сірий колір і металічний блиск.

Шари атомів Карбо¬ну об'єднуються у крис¬талічні ґратки за раху¬нок міжмолекулярних сил.

Всередині шару гра¬фіту зв'язки між атома¬ми ковалентні, доволі міцні, а між шарами ді¬ють міжмолекулярні си¬ли, доволі слабкі. Тому графіт легко розшаро¬вується на лусочки. Це робить кристали графіту неміцними, а сам міне¬рал м'яким. Навіть під час слабкого тертя гра¬фіту по паперу на ньому залишається сірий слід. Графіт тугоплавкий (tпл. = 3800 °С), хімічно дуже стійкий. З нього виготовляють вогнетривкі тиглі, мастила, синтетичні алмази, електроди, обкладки для електролітичних ванн, труби теплообмінників (див. мал. 11). В ядерних реакторах графіт використовують як уповільнювач нейтронів. З графіту роблять грифелі для олівців.