Teemandi sulamistemperatuur ja omadused. Teemant vedelas olekus Kuidas teemant põleb

AT kõik siin maailmas pole igavesti. Peaaegu kõik muutub lõpuks tolmuks. Ja kahjuks ei saa keegi seda muuta. Ometi on meie maailmas asju, mis paljude arvates on muutumatud. Täna tahan rääkida ühest sellisest objektist – teemandist. Teemanti peetakse üheks kõvemaks mineraaliks maailmas. Aga siiski…

Kas teadsite, et teemandid võivad põletada? See põnev nähtus avastati selle mineraaliga tehtud katsete tulemusena. Katsete tulemusena selgus, et kõrgetel temperatuuridel (850-1000 kraadi C) muudab väga kõva mineraal oma struktuuri ja muutub puhtaimaks süsihappegaasiks, jätmata sinna muid aineid. Seda tõestati esimest korda 1694. aastal, hetkel, mil Itaalia teadlased K.A. Tarjoni ja J. Averani püüdsid ühendada mitu väikest teemanti üheks suureks teemandiks. Põlemistemperatuur, mille juures teemantpõletused puhta hapniku voolus veidi vähem: 720-800 kraadi C. Pealegi põleb mineraal kauni ja sinise leegiga.

Jällegi on huvitav minu meelest asjaolu, et teemandist on võimalik toota tavalist grafiiti. Selleks tuleb kivi lihtsalt hapniku puudumisel kuumutada temperatuurini 2000 kraadi C.

Kõiki neid fakte on teadlased korduvalt praktikas tõestanud ja hiljem ka teaduslikult põhjendatud.

Mida naised siis mäletavad teemantpõletused, teie sõrmel olev teemant võib kõrgel temperatuuril muutuda tavaliseks grafiidiks. Pidage seda meeles ja olge ettevaatlik, ärge erutuge.

Põlevad teemandid. Video.

Meie saidi huvitavad leheküljed:

Halb ilm. Huvitavaid fakte vihma kohta

Maa-alune paat. Salajased arengud

Bogomolovi kiirendi. Kas ühte riiki on võimalik täielikult hävitada?

Teemandi sulamistemperatuur on üks kalliskivi omadusi, mida pole veel täielikult uuritud. Kivil on ainulaadsed omadused, mida hinnatakse mitte ainult ehtekunstis, vaid ka tööstuses. Ja sulamistemperatuur ei olnud reegli erand.

Mõned mineraloogid ja teadlased omistavad teemandile sellised kummalised omadused selle kosmilisele päritolule. See tähendab, et eeldatakse, et materjal jõudis planeedile pärast suure hulga meteoriitide langemist ja jäi maa sisikonda.

Teemandi põhiomadused

Näiteks teemandil on Mohsi skaalal kõrgeim kõvadus, samas kui kivi on rabe. Aine on dielektrik ja isolaator. Teemantil on kõige tugevam pakend ehk kristallvõre. Struktuur koosneb ühest süsinikuaatomist, mis on looduses põlev ja millel on allotroopsed modifikatsioonid. Elemendi tuntuim vorm peale teemandi on grafiit.

Teadlased on korduvalt läbi viinud katseid, aga ka katseid, mida seostati süsiniku modifikatsioonidega. Eelkõige tahtsid nad sulamise ajal saavutada ja näha, kas teemant muutub grafiidiks ja vastupidi. Üks viimastest teadlastest, kes sulamise probleemiga tegeles, oli California ülikooli füüsikute rühm. Eksperiment viidi läbi 2010. aastal ja teadlaste eesmärgiks oli teemant vedelasse olekusse muuta.

Teemandi sulamistemperatuur

Raskus seisnes selles, et temperatuuri tõustes muutub aine grafiidiks. Seetõttu oli koos temperatuuriga vaja rõhku tõsta. Huvitav on see, et protsessi ei saa läbi viia vastupidises suunas: grafiit ei muutu ilma seemneta teemandiks isegi kõrgete temperatuuride mõjul.

Aine sulamisindeks

Kui usute juba tehtud uuringuid, on teemandi sulamise näitajad järgmisel tasemel:

Hapniku juurdepääsul põleb aine temperatuuril 850-1000 kraadi Celsiuse järgi. Teemant põleb sinise leegiga, misjärel see kaob jäljetult, muutudes süsihappegaasiks. Itaalia teadlased Tarjoni ja Averani olid selles oma kogemuse põhjal veendunud. Aastal 1694 otsustasid nad katsetada ja ühendada kaks väikest teemanti üheks suureks. Mitmed katsed lõppesid ehete põletamisega.

• Sujuvat sulamist on väga raske saavutada. Selleks on vaja läbi viia katseid hapniku juurdepääsuta ja rõhumuutustega seadmetes.
• Ilma hapniku juurdepääsuta tekib teemantpõlemine, kui temperatuur tõuseb 1800-2000 kraadini Celsiuse järgi ja aine muutub grafiidiks.
• Sulamine toimub 3700-4000 kraadi Celsiuse järgi, kuid laborites on selliseid temperatuure väga raske saavutada.

Teemantide sulamiskõverat on keeruline üles ehitada, see osutub anomaalseks, samuti võetakse arvesse hapniku olemasolu protsessis. Sarnasusi ja standardeid, nagu teistelgi ainetel, pole. Seetõttu on indikaator ebatäpne ja võib pärast järgmisi katseid muutuda.

Teadlased võtsid väikese kaaluga teemanti ja sulamine toimus lööklaine toimel. Laine tekitati nanosekundiliste laserimpulsside abil. Vedel teemant ehk sulamaterjal saadi tõepoolest katse käigus 40 miljoni atmosfääri rõhuga.

Kuid rõhu ja temperatuuri järkjärgulise tõusuga 50 000 kelvinini hakkasid teemandi vedelale pinnale ilmuma tahked osakesed. Samas oli ootamatu avastus, et osakesed ei vaju vedelikus ära, vaid hõljuvad jääkuubikutena, meenutades jäämägesid. Edasise kuumutamise ajal vedelik ei muutu ega keema. Kui rõhku alandada ja temperatuuri samal tasemel hoida, muutusid osakesed suuremaks ja kleepusid kokku üheks tervikuks. Edaspidi muutus teemant järk-järgult tahkeks. Mitu "jäämäge" on kokku liimitud, vedelik selle käigus ei aurustu.

Tavalistes tingimustes Maal ei ole sellist süsiniku olekut võimalik saavutada. Kuid teadlased arvavad, et selliste planeetide nagu Neptuun ja Uraan sügavustes sisaldub süsinik just sellises keevas olekus. Seal on terved keeva teemantide ookeanid.

Sellel teemal pole kinnitust ega materjale, kuid enamik teadlasi nõustub hüpoteesiga. Ja ka see oletus seletab planeetide magnetvälja kummalist mõju. Need taevakehad on ainsad Päikesesüsteemis, millel pole selgeid geograafilisi pooluseid, nad liiguvad pidevalt. Planeete pole võimalik põhjalikumalt uurida, kuna maapealse olukorra modelleerimine või ekspeditsioonide saatmine neile planeetidele on kulukas ja aeganõudev protsess.

Kuid veel üks eksperiment oli pühendatud teemandi muutmisele süsinikdioksiidiks. Selleks eksponeerisid teadlased teemanti võimsate ultraviolettkiirte toimele, misjärel tekkisid kokkupuutekohas kivis lohud. Kivi põleb läbi ja läheb gaasilise agregatsiooni olekusse.

Teemantidel põhinevate laserite tootmine on leiutis, millel pole mõtet. Sellised seadmed lagunevad ja muutuvad kasutuskõlbmatuks. Kuid loomulikult ei tasu muretseda selle pärast, kas suvel on päikese mõjul võimalik kivi kanda – tavaline ultraviolett ei kahjusta teemanti. Ühe mikrogrammi mineraali eemaldamiseks peate hoidma kivi ultraviolettvalguse all peaaegu 10 miljardit aastat.

Huvitav nähtus on ka see, et juveelipoodides teemantidega toodete jootmisel saab kivi kuumutada ja töödelda. Juveliirid joodavad tooteid sageli teemantidega. Kuid selline tegevus võib põhjustada kivi häguseks muutumist ja omanik peab selle ümberlõikamiseks andma. Mikropragude või muude kahjustustega teemantide puhul on põleti kohal viibimine ohtlik – habras kivi mureneb tükkideks.

Iga katse aitas kaasa teemandi nimelise aine uurimisele. Kahjuks ei saa teemantide sulamise nähtust täielikult seletada. Kuid uutel teadlastel on, mille poole püüelda, uurimispõld on valmis ja inimkond ootab avastusi. Teemandi omadus on kasulik aine tootmisel ja kunstlikul kasvatamisel. See aitab ka kosmoseuuringutel.

Sõna "teemant" pärineb kreeka keelest. See on tõlgitud vene keelde kui "". Tõepoolest, selle kivi kahjustamiseks peate tegema üliinimlikke jõupingutusi. See lõikab ja kriibib kõiki meile teadaolevaid mineraale, jäädes samal ajal vigastamata. Hape ei kahjusta teda. Kord tehti uudishimust sepikojas katse: alasile pandi teemant ja löödi haamriga. Raud läks peaaegu kaheks, kuid kivi jäi terveks.

Teemant põleb kauni sinaka värviga.

Kõigist tahketest ainetest on teemandil kõrgeim soojusjuhtivus. See on hõõrdumiskindel, isegi metalli vastu. See on kõige elastsem mineraal, millel on madalaim surveaste. Teemandi huvitav omadus on luminestsents isegi kunstkiirte mõjul. See helendab kõigi vikerkaarevärvidega ja murrab värvi huvitaval viisil. See kivi näib olevat päikesevärviga küllastunud ja seejärel kiirgab seda. Looduslik teemant on teatavasti kole, lõige annab sellele tõelise ilu. Lõigatud teemandist valmistatud kalliskivi nimetatakse teemandiks.

Eksperimentide ajalugu

17. sajandi Inglismaal õnnestus Boyle'il põletada teemant, valgustades sellele läbi objektiivi päikesekiire. Prantsusmaal aga ei andnud katse teemantide kaltsineerimisega sulatusnõus mingeid tulemusi. Katse läbi viinud Prantsuse juveliir leidis kividelt vaid õhukese tumeda naastu. 17. sajandi lõpus suutsid Itaalia teadlased Averani ja Targioni kahte teemanti kokku sulatada püüdes määrata teemandi põlemistemperatuuri - 720 kuni 1000 ° C.

Teemant ei sula kristallvõre tugeva struktuuri tõttu. Kõik katsed mineraali sulatada lõppesid selle põletamisega.

Suur prantsuse füüsik Antoine Lavoisier läks kaugemale, otsustades asetada teemandid õhukindlasse klaasist anumasse ja täita see hapnikuga. Suure objektiivi abil kuumutas ta kive ja need põlesid täielikult läbi. Uurides õhukeskkonna koostist, leidsid nad, et lisaks hapnikule sisaldab see süsihappegaasi, mis on hapniku ja süsiniku kombinatsioon. Seega saadi vastus: teemandid põlevad, aga ainult siis, kui hapnik on olemas, s.t. õues. Põlemisel muutub teemant süsinikdioksiidiks. Seetõttu ei jää teemandi põlemisel erinevalt kivisöest isegi tuhka alles. Teadlaste katsed kinnitasid veel üht teemandi omadust: hapniku puudumisel teemant ei põle, vaid muutub selle molekulaarstruktuur. Temperatuuril 2000 ° C saab grafiiti saada vaid 15-30 minutiga.

Teemant on vääriskivi, kuid füüsika hindas selle omadusi alles 16. sajandil. Ja seda hoolimata asjaolust, et kivi leiti mitu sajandit varem. Loomulikult kulus mineraali täieliku tähtsuse mõistmiseks palju katseid. Nad andsid teavet kivi kõvaduse, teemandi sulamistemperatuuri ja muude füüsikaliste omaduste kohta. Kuid sellest ajast peale on kivi kasutatud mitte ainult kauni aksessuaarina, vaid ka tööstuslikel eesmärkidel.

Hindamine viidi läbi spetsiaalsetes laborites. Selle tulemusena avastati teemandi keemiline koostis, selle kristallvõre struktuur ja mitmed nähtused.

sulav teemant

Sulamistemperatuuriga seotud katsed

Teatavasti on aine kristallvõre tetraeedri kuju, mille süsinikuaatomite vahel on kovalentsed sidemed. Võimalik, et see struktuur oli mitme teemandi sulatamisega seotud avastuse põhjuseks.

Mineraalide entsüklopeediad annavad teemantide sulamise näitajateks 3700–4000 kraadi Celsiuse järgi. Kuid see pole täiesti täpne teave, kuna need ei allu üldtunnustatud mustritele. Eelkõige avastati sulamise ajal järgmised mõjud:

• Kasutades kõrgeid temperatuure (2000 kraadi Celsiuse järgi ilma hapnikuta) saab teemandist grafiidi. Samal ajal on selle aine edasine käitumine temperatuuri tõusuga vastuolus loogilise seletusega. Kuid protsessi ei saa tagasi pöörata. Äärmuslikel juhtudel võite saada sünteetilise kivi, mille kristallvõre erineb looduslikest teemantidest.
• Kui kivi kuumutada temperatuurini 850-1000 kraadi Celsiuse järgi, muutub see süsihappegaasiks ehk kaob jäljetult. Sellise katse viisid 1694. aastal läbi Itaalia teadlased Targioni ja Averani, püüdes kive sulatada ja ühendada üheks teemandiks.
• Uuringud viidi läbi ka 2010. aastal Californias, kus rühm füüsikuid jõudis järeldusele, et kivi temperatuuri järkjärgulise tõstmise korral on teemandi sulatamine võimatu. Sulamisindeksi väljaselgitamiseks on vaja lisaks temperatuurile mõjutada teemanti rõhuga ja see teeb mõõtmise keeruliseks. Et teemant tõesti vedelaks muuta, pidid teadlased tegema palju pingutusi. Selleks kasutasid nad laserimpulsse, mis mõjusid kivile mitu nanosekundit. Samal ajal saadi vedelal kujul kivi rõhul, mis oli 40 miljonit korda kõrgem kui merepinna atmosfäärirõhk. Lisaks, kui rõhk langes 11 miljoni atmosfäärini ja temperatuur mineraali pinnal oli 50 tuhat Kelvinit, ilmusid kivile kõvad tükid. Ülejäänud vedeliku sisse need ei vajunud ja meenutasid väliselt jäätükke. Rõhuindikaatori edasise langusega tükid kogunesid, moodustades veepinnal "jäämägesid". Teadlased on võrrelnud, et nii käitub süsinik planeetide Neptuuni ja Uraani koostises, nende taevakehade pinnal on ka vedela teemandiga ookeanid. Kuid selle oletuse tõestamiseks on vaja saata planeetidele satelliite, mida praegu ei saa kiiresti rakendada.
• Kui toimite kivile ultraviolettkiirguse vahemikus lühikeste valgusimpulssidega, tekivad mineraalis väikesed lohud. Seega kinnitab katse kivi kadumist võimsa ultraviolettkiirguse toimel, see tähendab teemandi muutumist süsinikdioksiidiks. Seetõttu lagunevad teemandil põhinevad ultraviolettlaserid kiiresti ja muutuvad kasutuskõlbmatuks. Kuid ärge muretsege selle pärast, et ehtel olev teemant aja jooksul kaob: ühe mikrogrammi mineraali eemaldamiseks peate hoidma teemanti ultraviolettvalguse käes umbes 10 miljardit aastat.

Seega on sulamisindeks teemandi huvitav omadus. See on endiselt õppeaine. Tehnoloogia tulekuga leiavad teadlased uusi viise selle omaduse testimiseks. Selle põhjal saab teha järeldusi kivi päritolu kohta, avastada uusi võimalusi teemandi kasutamiseks.

Seda, et teemandid põlevad, tõestati juba 17. sajandil. Kuid täna on see teema uue hooga lahvatanud, pälvides mitte ainult teadlaste, vaid ka tavaliste inimeste tähelepanu. Peamiseks uurimisobjektiks sai "vastupandamatu" kivi. Seda seetõttu, et tehnoloogia arenguga on vajadus teemantide järele kasvanud. Lugege artiklit ja saate teada, kuidas inimkond õppis tundma mineraali süttivust, millist rolli mängis Lavoisier selle ajaloos ja mida need katsed meile andsid.

Läbi ajaloo lainete...

Uudishimulikud meeled esitavad alati kõige hullumeelsemaid teooriaid. Pole ime, et neid teemant ja selle omadused huvitasid. Kivi pole mitte ainult üks vastupidavamaid maailmas, vaid ka kõige kallim. Alles 17. sajandil suudeti kindlaks teha, et teemant põleb.

Tunnustus kuulub inglise füüsikule Boyle'ile. Tal õnnestus teemant läbi objektiivi põletada, valgustades sellele päikesekiirt. Kuid Prantsuse teadlaste katsed katset korrata ebaõnnestusid. Nad panid kivi sulatusnõusse ja kõik, mida nad said, oli kristallidele tume kate.

Antoine Lavoisier’ panus kristalli uurimisse

Suure panuse mineraali uurimisse andis prantsuse füüsik Antoine Lavoisier. Ta tõestas, et teemandid põlevad õhu käes. Oma katse jaoks tegi ta:

• asetas kivi klaasnõusse;
• täitis selle hapnikuga;
• ummistunud.

Objektiivi kasutades soojendas ta teemante, misjärel need põlesid täielikult nõrga sinise leegiga. Kuid kolvist tuhka ei leitud. Pärast kolvis oleva õhu uurimist avastas ta, et sinna paistis süsihappegaasi.

Huvitaval kombel ei püüdnud Lavoisier oma katsetega tõestada, et teemanti võib põletada – see juhtus kogemata. Tema katsete põhiolemus oli flogistoni teooria ümberlükkamine.

Tehes katseid suletud kapslites ainete põlemisel, ei suutnud Lavoisier neile "teadusringkonna" tähelepanu juhtida. Selle parandamiseks teatas ta, et põletab tüki teemanti. Selline samm tõestas tema töö tõhusust ja paljastas maailmale teemandi ühe saladuse.

Avastus, mis muutis maailma

Kõik, mida me nüüd tuttavaks peame, sõltus sellest, kas teemant süttis või mitte. Esiteks lükati flogistoni teooria tänu Lavoisier' katsele tagasi. Tema sõnul on reaktsiooniks alati vaja kahte ainet. Üks on võimeline andma, teine ​​​​on võimeline vastu võtma. See asendati energia jäävuse seadusega: midagi ei võeta kuskilt ega kao kuhugi.

Tänu sellele seadusele oli võimalik teada saada, et teemant muutub põletamisel süsinikuks. Ja see andis meile teiseks, kui teemandist saab süsinikku, siis peab toimuma vastupidine reaktsioon.

Seda teooriat arendades on teadlased leidnud, et teemanti on võimalik sünteesida. Avastus oli laia kõlapinnaga, sest mineraali kasutatakse paljudes eluvaldkondades. Võimalus seda kunstlikult hankida on hindamatu ressursi piiramatu pakkumine.

Looduse nali: kameeleonid kalliskivide seas

Nagu me ütlesime, hakkavad teemandid põlema temperatuuril üle 720 kraadi. Mõne kiviga katseid tehes märkasid teadlased, et saavutades 120–150 g märgi, muudab mineraal värvi. See viis nad huvitava avastuseni.

Kameeleoni teemandid on looduses olemas. Tavaliselt on neil oliivne toon. Kuid kui neid kuumutada, muutub värv rikas pruuniks või oranžikaskollaseks. Mõju on lühiajaline. Kui jätkate kividega töötamist, põlevad need läbi.

Kameeleonteemant võib oma värvi muuta ka pimedas, kui ta seal kaua püsib. Teadlased ei suuda siiani seda mõistatust lahendada. Pärast 39 testi samaaegset läbiviimist ei suutnud nad arvamuses kokku leppida. Mõned arvavad, et põhjuseks on vesiniku segunemine, teised - et kivi omandab luminestseeruvad omadused.

Rääkige sellest oma sõpradele uuesti postitades.