Общие знания

Действительно ли бриллианты вечны?


На самом деле, химически - нет. Графит - более стабильная форма углерода. Итак, алмаз превратится в графит. Но это еще не все.

Происхождение слова алмаз происходит от греческого слова Ἀδάμας, что означает "неодолимый". Впервые обнаруженные где-то в IV веке до нашей эры, некоторые из самых ценных алмазов в мире датируются 100 миллионами - миллиардами лет назад.

Да, бриллианты не вечны. Вместо этого они могут превратиться в самый крутой обыденный объект - графит. Да, тот самый графит, который есть в вашем карандаше.

Или алмазы могут просто сгореть до углекислого газа.

Итак, почему алмаз может превратиться в графит или гореть? И как долго это может длиться?

Алмаз - это аллотроп углерода

Сам по себе углерод есть углерод. Элемент с атомным номером 6 и неметалл.

Но когда углерод связывается с другими атомами углерода, он может создавать множество структур, каждая из которых обладает уникальным набором свойств. Эти разные формы называются аллотропами.

Аллотропы - это особенность неметаллических элементов, таких как углерод, кремний и фосфор (который имеет целых 6 аллотропов).

У углерода есть множество аллотропов. Это связано с его валентностью. У углерода есть четыре доступных электрона, которыми он может поделиться с другими элементами для создания соединений. Эта валентность дает ему уникальную гибкость, позволяющую образовывать различные структуры при соединении с другими атомами углерода.

Алмаз имеет октаэдрическую структуру, в которой каждый отдельный атом углерода присоединяется к четырем другим атомам углерода, образуя своего рода трехстороннюю пирамидальную структуру.

Обратите внимание, как самые верхние углеродные связи в алмазе выглядят как трехсторонняя пирамида.

Другие углеродные аллотропы образуют листы (графит и графен), сферы (бакминстерфуллерен) и даже некоторые странные наноструктуры.

Графит, а не алмаз, является наиболее стабильным аллотропом углерода.

Хотя тетраэдрическая структура алмаза делает его самым твердым веществом, известным человечеству, это не самая стабильная форма углерода.

Этот титул принадлежит графиту.

Понимаете, алмаз - это метастабильная структура углерода. Метастабильный в химии означает, что структура более или менее стабильна при определенных условиях, но есть еще более стабильное состояние.

Распространенная аналогия - представить мяч, катящийся по долине. Самым стабильным местом для мяча будет дно долины (как видно из более глубокой долины на картинке ниже).

Теперь представьте, что мяч застревает в лунке меньшего размера (меньшей долине, в которой можно увидеть мяч).

Шар устойчив в меньшем колодце, но поскольку колодец находится выше по сравнению с дном долины, это не самое стабильное его состояние. Но мяч останется там, если не будет проведена работа по вытаскиванию мяча из колодца на дно долины.

Представление о стабильности химических веществ.

Наш алмаз похож на шар в колодце, а графит - на шар у подножия холма.

С точки зрения химии, алмаз кинетически стабилен, потому что он находится в ловушке в колодце, тогда как он термодинамически нестабилен, потому что существует более стабильная форма графита, в которую он может превратиться при правильных условиях.

Итак, почему алмазы не превращаются в графит?

Итак, если есть более стабильная форма, почему не все алмазы превратились в графит? По двум причинам.

Во-первых, алмаз устойчив в условиях, существующих на Земле. Кроме того, графит всего на несколько электронвольт стабильнее алмаза (на Земле). Разница в устойчивости алмаза и графита на Земле не так уж и велика.

Во-вторых, для преобразования алмаза в графит требуется большая энергия.

Другими словами, энергия, необходимая для того, чтобы вывести алмаз из колодца на дно долины, где он превратится в графит, очень велика.

Химики и геологи пытались превратить алмаз в графит. Они обнаружили, что при сжатии алмаза индентором (в основном острым предметом, которым можно протыкать алмаз) поверхность алмаза, контактирующая с индентором, превращается в графит.

Если сжимать бриллиант - не ваш стиль, то ученые также обнаружили, что низкое давление и очень высокие температуры (от 1500 до 1900 градусов Цельсия и более) будут работать. Добавьте железо в смесь, и это ускорит процесс (называемый графитизацией).

Алмазы тоже имеют свою слабость

Однако не подвергайте алмазы воздействию высоких давлений, если вы хотите превратить его в графит. Алмазы более стабильны при высоком давлении, чем графит, именно поэтому они образуются в мантии Земли (и даже иногда на астероидах). Однако при определенных условиях алмазы могут превращаться в графит даже под высоким давлением.

Как долго прослужат алмазы?

Учитывая вышесказанное, бриллиант на вашем обручальном кольце или в короне королевы Англии, скорее всего, будет длиться вечно.

Но если вы используете свой алмаз в качестве инструмента для резки или шлифовки вещей, особенно вещей, сделанных из железа, тогда вы можете обратить на это внимание.

Часть алмаза, контактирующая с железом (или чем-то еще, что алмаз режет), может достаточно нагреться, чтобы превратиться в графит. Если даже крошечные кусочки алмаза превращаются в графит каждый раз, когда вы что-то режете, алмаз в конечном итоге полностью превратится в графит.

Или вы можете просто сжечь алмаз с помощью всего лишь увеличительного стекла и солнца. Именно это сделали в 1694 году два человека, натуралист Джузеппе Аверани и врач Чиприано Тарджони из Флоренции. Они взяли увеличительное стекло и направили солнечный свет на алмаз, и камень исчез.

Подписывайтесь на нас
Back to top button