Cechy i zastosowania diamentu i grafitu. Grafit i diament: sieć krystaliczna i właściwości

Dla zwykłego człowieka diament i grafit to dwa zupełnie różne pierwiastki i w żaden sposób ze sobą nie powiązane. Diament budzi skojarzenia z opalizującą biżuterią; na myśl przychodzi określenie „błyszczy jak diament”. Grafit to coś szarego, z czego zwykle robi się grafit.

Trudno uwierzyć, że oba minerały to ta sama substancja w różnych formach przetwarzania.

Pojęcie i główne cechy minerałów

Diament to przezroczysty kryształ, który nie ma koloru i ma wysokie właściwości załamania światła. Wyróżnia się następujące główne właściwości minerału:

Natura wytwarza zarówno diamenty w określonych kształtach, jak i w kilku formach krystalicznych, co wynika z ich wewnętrznej struktury. Wyraźne kryształy mają kształt sześcianu lub czworościanu o płaskich krawędziach. Czasami krawędzie wydają się uniesione ze względu na obecność licznych narośli i przekształceń niewidocznych dla oka.

Choć wielu uważa diament za najmocniejszy materiał na świecie, nauka zna substancję, która jest o ponad 11% silniejsza od diamentu – „hiperdiament”.

Grafit jest szaro-czarną substancją krystaliczną o metalicznym połysku. W składzie grafit ma strukturę warstwową; jego kryształy składają się z małych cienkich płytek. Jest to bardzo kruchy minerał, wyglądem przypominający stal lub żeliwo. Grafit ma niską pojemność cieplną, ale wysoką temperaturę topnienia. Ponadto ten minerał:

Grafit jest tłusty w dotyku i pozostawia ślady po przesunięciu po papierze. Dzieje się tak, ponieważ atomy sieci krystalicznej są słabo związane.

Różnica między grafitem a diamentem, cechy strukturalne i proces przejścia jednego minerału w drugi

Diament i grafit są względem siebie minerałami alotropowymi, to znaczy mają różne właściwości, ale są różnymi formami węgla. Ich główna różnica polega jedynie na strukturze chemicznej sieci krystalicznej.

Sieć krystaliczna diamentu ma postać czworościanu, w którym każdy atom jest otoczony przez kolejne 4 atomy i jest wierzchołkiem sąsiedniego czworościanu, tworząc nieskończoną liczbę atomów z silnymi wiązaniami kowalencyjnymi.

Na poziomie atomowym grafit składa się z warstw sześciokątów z atomami na wierzchołkach. Atomy są ze sobą dobrze połączone jedynie na poziomie warstw, jednak warstwy nie mają ze sobą silnego połączenia, co sprawia, że ​​grafit jest miękki i niestabilny na zniszczenie. To właśnie ta cecha umożliwia otrzymanie diamentu z grafitu.

Z tabeli wyraźnie widać właściwości fizyczne i chemiczne diamentu i grafitu.

Wzór chemiczny diamentu i grafitu jest taki sam – węgiel (C), ale proces powstawania w przyrodzie jest inny. Diament występuje pod bardzo wysokim ciśnieniem i natychmiastowym chłodzeniem, podczas gdy grafit, przeciwnie, występuje pod niskim ciśnieniem i wysoką temperaturą.

Wyróżnia się następujące metody pozyskiwania diamentów:

Proces przemiany diamentu w grafit jest podobny. Jedyna różnica dotyczy ciśnienia i temperatury.

Złoże mineralne

Diamenty występują na głębokościach ponad 100 km w temperaturze 1300°C. Z fali uderzeniowej zaczyna działać magma kimberlitowa, tworząc tak zwane rury kimberlitowe, które są głównymi złożami diamentów.

Nazwa fajki kimberlitowej pochodzi od afrykańskiej prowincji Kimberley, gdzie została odkryta po raz pierwszy. Skały zawierające złoża diamentów nazywane są kimberlitami.

Najbardziej znane złoża znajdują się dziś w Indiach, Republice Południowej Afryki i Rosji. Aż 80% wszystkich diamentów wydobywa się ze złóż pierwotnych składających się z rur kimberlitowych i lamproitowych.

Promienie rentgenowskie pomagają znaleźć diamenty w wydobywanej skale. Większość znalezionych kamieni jest wykorzystywana w przemyśle, ponieważ nie mają one wystarczających właściwości jubilerskich. Kamienie przemysłowe dzielą się na 3 typy:

• deska - małe kamienie o ziarnistej strukturze;
• ballas - kamienie okrągłe lub w kształcie gruszki;
• carbonado to czarny kamień, którego nazwa wzięła się od jego podobieństwa do węgla.

Ciekawe, że największe diamenty o wyjątkowych właściwościach otrzymują swoją własną, niepowtarzalną nazwę. Najbardziej znane z nich to „Shah”, „Gwiazda Minas”, „Kohinur”, „Gwiazda Południa”, „Prezydent Vargas”, „Minas Gerais”, „Angielski Diament Drezna” itp.

Grafit powstaje w wyniku modyfikacji skał osadowych. Złoża grafitu w Meksyku, Noginsku i Madagaskarze są bogate w rudę o niskiej jakości grafitu. Rzadziej spotykane są odmiany Botogol i Ceylon, charakteryzujące się rudą bogatą w dużą zawartość grafitu. Największe znane złoża znajdują się na Ukrainie i w obwodzie krasnodarskim.

Zakres zastosowania

Diament i grafit mają zastosowanie znacznie szerzej, niż mogłoby się wydawać na pierwszy rzut oka. Diamenty znalazły zastosowanie w następujących obszarach:

Procent wykorzystania diamentów wygląda następująco:

1. Narzędzia, części maszyn – 60%.
2. Obramowanie ściernic -10%.
3. Recykling drutu - 10%.
4. Wiercenie studni – 10%.
5. Biżuteria, drobne elementy – 10%.

Jeśli chodzi o grafit, praktycznie nie jest on stosowany w czystej postaci, ale podlega wstępnej obróbce, chociaż w różnych obszarach stosuje się grafit o różnej jakości. Do ołówków biurowych wykorzystuje się najwyższej jakości grafit. Jest najczęściej stosowany w odlewniach, zapewniając gładką powierzchnię różnym formom stali. Stosowany jest tutaj prawie nieprzetworzony grafit.

Przemysł elektrowęglowy, obok grafitu naturalnego, wykorzystuje grafit sztucznie wytworzony, który również jest szeroko stosowany ze względu na swoją szczególną czystość i konsystencję składu. Dzięki przewodności elektrycznej grafit stał się materiałem na elektrody w urządzeniach elektrycznych. W metalurgii stosowany jest jako smar.

Diament i grafit mają identyczny skład, ale są na swój sposób wyjątkowe. Korzyści grafitu dla różnych gałęzi przemysłu są znacznie większe niż diamentu.

Diament, zaprojektowany tak, aby zachwycać swoim pięknem, jest bezcenny dla gospodarki, przynosząc ogromne zyski z jego wykorzystania w przemyśle jubilerskim.

Witajcie nasi drodzy czytelnicy! Czy zastanawiałeś się kiedyś, co mogą mieć ze sobą wspólnego diament i grafit? Wydawałoby się, że diament jest tym, z czego wykonana jest droga biżuteria, ciesząca oko nawet o najbardziej wyrafinowanym guście. Twardy, wytrzymały i praktycznie niezniszczalny. A grafit, główny składnik do produkcji ołówków, jest bardzo delikatny i łatwo pęka. Pamiętasz, jak często pękał Twój rysik?

Jednak oba minerały są ze sobą powiązane. Ponadto odtworzenie specjalnych warunków umożliwia przeprowadzenie procesu transformacji grafitu w diament i odwrotnie.

Lektura artykułu pozwoli Ci dowiedzieć się, jakie właściwości mają prezentowane w artykule minerały, jak w ogóle pojawiły się na Ziemi oraz gdzie trzeba się udać, aby wydobyć diamenty. Lub, jeśli masz mniej szczęścia, grafit, a także czy można zrobić diamenty i grafit w domu?

Życzymy miłej lektury!

Cechy diamentu i grafitu

Główne cechy charakterystyczne diamentu to:

• zdolność do załamywania i odbijania światła słonecznego, co nadaje mu słynny blask;
• najwyższa twardość (w porównaniu do innych minerałów) i kruchość;
• metastabilność – zdolność do niezmieniania swojej struktury i stanu przez setki lat w normalnych warunkach;
• wysoka przewodność cieplna;
• wysoka odporność na kwasy i zasady;
• ma niski współczynnik tarcia;
• dielektryk, nie przewodzi prądu elektrycznego.

Takie właściwości minerału stają się możliwe dzięki temu, że jego wewnętrzna struktura ma złożoną sieć krystaliczną, którą jest sześcian lub czworościan. Struktura opiera się na pierwiastku chemicznym – węglu.

Jeśli w jego sieci krystalicznej znajdują się zanieczyszczenia, może zmienić swój kolor, który jest wszystkim znany. Zatem obecność żelaza w kompozycji nadaje minerałowi brązowy odcień, lit - żółty, aluminium - niebieski, mangan - różowy lub czerwony (w zależności od stężenia), bor - niebieski, chrom - zielony.

Grafit jest dokładnym przeciwieństwem diamentu. Jego struktura składa się z szeregu warstw, które zewnętrznie przypominają cienkie płyty. Głównym elementem konstrukcyjnym jest węgiel. Ma czarny kolor z nutą metalu. Miękki i lekko tłusty w dotyku.

Posiada następujące cechy charakterystyczne:

• nie przepuszcza ani nie załamuje światła;
• dobra przewodność cieplna;
• dobra odporność ogniowa;
• kruchość;
• niski współczynnik tarcia;
• przewodzi prąd elektryczny;
• można mieszać z innymi substancjami.

Pomimo tak odmiennych właściwości, współczesna nauka nauczyła się sztucznie wytwarzać od siebie prezentowane tutaj minerały.

Czy diament jest minerałem czy nie?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, zastanówmy się, czym właściwie jest „minerał”. We współczesnej nauce za minerał uważa się ciało stałe pochodzenia naturalnego, które ma strukturę krystaliczną, to znaczy układ atomów jest ściśle uporządkowany.

Ponieważ struktura diamentu to sześcian lub czworościan i ma przezroczystą sieć krystaliczną, można go śmiało zaliczyć do minerału.

Podobnie sytuacja wygląda w przypadku grafitu, którego budowa lamelarna również charakteryzuje się ścisłym porządkiem.

Pochodzenie diamentów i grafitu

Nie ma dokładnych i wiarygodnych danych na temat pochodzenia tych minerałów. Istnieją tylko pewne hipotezy, a mianowicie:

1. Hipoteza pochodzenia magmowego
2. Hipoteza pochodzenia płaszcza
3. Hipoteza pochodzenia płynu

Dwie pierwsze teorie są najbardziej popularne i sprowadzają się do tego, że pojawienie się miało miejsce w głębi naszej Ziemi wiele milionów lat temu na głębokości od stu do dwustu kilometrów. Kryształy wydostały się na powierzchnię w wyniku eksplozji i erupcji wulkanów.

Grafit z kolei może powstawać także w wyniku przemian w skałach osadowych.

Ciekawostką jest obecność odłamków diamentu w meteorytach. Sugeruje to, że oprócz pochodzenia ziemskiego istnieją także kryształy pochodzenia meteorytowego przywiezione z kosmosu.

Istnieje wiele hipotez na temat powstawania okruszków w meteorytach. Najpopularniejsza teoria głosi, że sam meteoryt nie zawiera wiórów diamentowych w „czystej” postaci, a jedynie jest wzbogacony węglem. Po zderzeniu z Ziemią powstają idealne warunki do odtworzenia minerału: wysoka temperatura (dwa do trzech tysięcy stopni) i ciśnienie (od 5 do 10 GPa). Diamenty powstałe tą metodą nazywane są impaktami.

Niestety kryształy pochodzenia kosmicznego są zbyt małe, aby można je było wydobyć na skalę przemysłową, dlatego też wszystkie złoża wykorzystywane do wydobycia są wyłącznie pochodzenia naturalnego.

Główne złoża

Największe złoża diamentów znajdują się w Republice Indii, Federacji Rosyjskiej, prowincji Kimberley (80% całej produkcji).

Rosyjskie złoża znajdują się w Republice Sacha (Jakucja), Terytorium Permskim i Obwodzie Archangielskim.

Do wykrywania osadów diamentów wykorzystuje się promienie rentgenowskie. Poszukiwania trwają dziesięciolecia. Bardzo niewielka liczba odkrytych złóż zawiera minerały wysokiej jakości, wystarczające do wykorzystania w przemyśle jubilerskim.

Proces wydobywczy polega na wydobyciu rudy i jej rozdrobnieniu, oddzielając towarzyszące skały. Następnie za pomocą specjalnego sprzętu określa się kategorie i klasy wydobytego materiału.

Największe złoża grafitu znajdują się w regionie Krasnodarskim i na Ukrainie. Złoża materiałów niskiej jakości znajdują się na Madagaskarze, Brazylii, Kanadzie i Meksyku.

Występuje z reguły razem ze skałami wapiennymi, takimi jak apatyt i flogopit, a także w utworach pneumatolitowych, a mianowicie: kwarcu, skaleniu, biotycie, tytanomagnetycie.

Zakres zastosowania

Stosowany w wielu gałęziach przemysłu.

• elektrotechnika;
• elektronika radiowa i energoelektronika;
• platformy wiertnicze;
• produkcja cennej biżuterii i akcesoriów.

Zakres zastosowania grafitu:

• tworzenie sprzętu ognioodpornego;
• produkcja smarów;
• produkcja grafitów do ołówków;
• energetyka jądrowa (jako moderator neutronów);
• sztuczna produkcja diamentów.

Najpopularniejszym obszarem zastosowań jest tworzenie biżuterii. Przetworzony minerał, zwany diamentem, ma wysoką wartość i jest bardzo popularny na rynku jubilerskim. Dla wielu osób jest to nadal doskonała opcja inwestycyjna.

Technologia otrzymywania diamentów z grafitu

Dla współczesnej nauki wyhodowanie sztucznego kryształu diamentu jest drobnostką. Jeśli w naturalnych warunkach tworzenie się trwa setki milionów lat, w specjalnie wyposażonym laboratorium odbywa się to w znacznie krótszym czasie.

Zasadą nienaturalnej produkcji jest odtworzenie optymalnych warunków, które najkorzystniej sprzyjają zmianie formy węgla. Wymagana jest zarówno wysoka temperatura (od 1500 do 3000 stopni), jak i ciśnienie (kilka GPa). Najłatwiej go uzyskać, podgrzewając grafit impulsowo do dwóch tysięcy stopni. Utrzymując wysokie ciśnienie następuje proces przemiany grafitu w diamenty. Jednocześnie, gdy ciśnienie spada, rozpoczyna się proces odwrotny, w którym jeden minerał zamienia się w drugi.

W związku z tym, aby uzyskać kryształ diamentu, konieczne jest stabilne utrzymanie wysokich parametrów temperatury i ciśnienia przez długi czas. To sprawia, że ​​technologia konwersji jest energochłonna i kosztowna. Ponadto w procesie tym powstają wyłącznie diamenty przemysłowe, które nie nadają się do stosowania w biżuterii.

Z tych powodów produkcja nienaturalnych diamentów jest uważana za nieopłacalną w porównaniu z wydobyciem.

Produkcja sztucznego grafitu

Wyróżnia się następujące rodzaje grafitów sztucznych: wielkopiecowy, koksowy, retortowy, Acheson.

Najpopularniejszym nienaturalnym typem jest koks. Metoda produkcji polega na uzyskaniu gęstej masy węglowej z piasku i koksu, wypaleniu jej, połączonym z karbonizacją. W ostatnim etapie następuje krystalizacja (grafityzacja). Aby zmniejszyć porowatość, powstały minerał impregnuje się żywicami syntetycznymi i powtarza prażenie. Każdy powtarzany cykl znacząco zmniejsza porowatość. Łącznie może być maksymalnie pięć cykli.

Istotną wadą sztucznego grafitu jest zawartość różnych zanieczyszczeń, a co za tym idzie niska „czystość”.

To wszystko! Dziękuję bardzo za zainteresowanie i uwagę! Nie zapomnij polecić tego artykułu swoim znajomym w sieciach społecznościowych!

Zespół LyubiKamni

Diament, grafit i węgiel- składają się z jednorodnych atomów grafitu, ale mają różne sieci krystaliczne.

Krótka charakterystyka: diament, grafit i węgiel

Sieci krystaliczne grafit nie mają mocnych wiązań, są oddzielnymi łuskami i zdają się przesuwać po sobie, łatwo oddzielając się od całkowitej masy. Grafit jest często używany jako smar do powierzchni trących.

Węgiel składa się z najmniejszych cząstek grafitu i tych samych małych cząstek węgla, połączonych z wodorem, tlenem i azotem.

Sieć krystaliczna diament sztywny, zwarty, ma wysoką twardość.

Przez tysiące lat ludzie nawet nie podejrzewali, że te trzy substancje mają ze sobą coś wspólnego. Wszystko to są odkrycia z późniejszego okresu.

Natura nie dała żadnych oznak ich związku. Złoża węgla nigdy nie współistniały z grafitem. Geolodzy nigdy nie odkryli w swoich złożach błyszczących kryształów diamentu.

Ale czas nie stoi w miejscu. Pod koniec XVII wieku florenckim naukowcom udało się spalić diament. Po tym nie pozostała nawet maleńka kupka popiołu. Angielski chemik Tennant 100 lat później odkrył, że spalając równe ilości grafitu, węgla i diamentu, powstaje taka sama ilość dwutlenku węgla. To doświadczenie odsłoniło prawdę.

Interkonwersje diamentu, grafitu i węgla

Naukowcy od razu zainteresowali się pytaniem: czy można przekształcić jedną alotropową formę węgla w inną? I znaleziono odpowiedzi na te pytania.
Okazało się, że diament całkowicie zamienia się w grafit, jeśli zostanie podgrzany w pozbawionej powietrza przestrzeni do temperatury 1800 stopni.

Jeśli przez węgiel przepuszczają prąd elektryczny w specjalnym piecu, w temperaturze 3500 stopni zamienia się w grafit.

Przemiana - grafitu lub węgla w diament

Trzeci był dla ludzi trudniejszy przemiana - grafitu lub węgla w diament. Naukowcy próbują go wdrożyć od prawie stu lat.

Zdobądź diament z grafitu

Pierwsza była najwyraźniej Szkocki naukowiec Gennay. W 1880 roku rozpoczął serię swoich eksperymentów. Wiedział, że gęstość grafitu wynosi 2,5 grama na centymetr sześcienny, a diamentu 3,5 grama na centymetr sześcienny. Oznacza to, że układ atomów musi być zagęszczony i uzyskać diament z grafitu, zdecydował.

Wziął mocną stalową lufę, napełnił ją mieszaniną węglowodorów, szczelnie zamknął oba otwory i podgrzał do czerwoności. W gorących rurach, według ówczesnych koncepcji, gigantyczne, powstało ciśnienie.

Niejednokrotnie rozdzierał lufy ciężkich dział niczym bomby lotnicze. Ale niektóre przetrwały cały cykl grzewczy. Kiedy ostygły, Gennay znalazł w nich kilka ciemnych, bardzo trwałych kryształów.

Mam fałszywe diamenty

Gennay zdecydował.

Sposób wytwarzania sztucznych diamentów

10 lat po Gennai Francuski naukowiec Henri Moisson poddał żeliwo nasycone węglem szybkiemu chłodzeniu. Jej natychmiast zamarznięta skorupa powierzchniowa, zmniejszająca się w miarę ochładzania, poddała wewnętrzne warstwy potwornemu ciśnieniu.

Kiedy Moisson następnie rozpuścił zarodki żeliwa w kwasach, znalazł w nich maleńkie, nieprzezroczyste kryształy.

Znalazłem inny metoda produkcji sztucznych diamentów!

Wynalazca zdecydował.

Problem ze sztucznymi diamentami

Po kolejnych 30 latach problem sztucznych diamentów zaczął studiować Angielski naukowiec Parsons. Miał do dyspozycji gigantyczne prasy z własnych fabryk. Wystrzelił z armaty bezpośrednio w lufę innej broni, ale nie udało mu się zdobyć żadnych diamentów.

Jednak w wielu rozwiniętych krajach świata znajdowały się już w muzeach. sztuczne diamenty różnych wynalazców. Aby je uzyskać, wydano sporo patentów. Jednak w 1943 roku brytyjscy fizycy poddali sztucznie uzyskane diamenty skrupulatnemu testowi.

I okazało się, że wszystkie z prawdziwymi diamentami nie mają nic wspólnego, poza diamentami Genneya. Okazały się prawdziwe. Od razu stało się to tajemnicą i pozostaje tajemnicą do dziś.

Przekształcenie grafitu w diament

Ofensywa była kontynuowana. Na jego czele stał laureat Nagrody Nobla Amerykański fizyk Percy Bridgman. Przez prawie pół wieku zajmował się udoskonalaniem technologii ultrawysokich ciśnień.

A już w 1940 roku, mając do dyspozycji prasy mogące wytworzyć ciśnienie do 450 tysięcy atmosfer, rozpoczął eksperymenty nad zamieniając grafit w diament.

Ale nie był w stanie przeprowadzić tej transformacji. Grafit poddany potwornemu naciskowi pozostaje grafitem. Bridgman wiedział, czego brakuje jego konfiguracji: wysokiej temperatury.

Podobno w podziemnych laboratoriach, w których wytwarzano diamenty, dużą rolę odgrywała także wysoka temperatura. Zmienił kierunek eksperymentów. Udało mu się zapewnić ogrzewanie grafitu do 3 tysięcy stopni i ciśnienie do 30 tysięcy atmosfer. To było prawie to, co, jak obecnie wiemy, jest konieczne do transformacji diamentu.

Ale brakujące „prawie” nie pozwoliło Bridgmanowi osiągnąć sukcesu. Zaszczyt tworzenia sztucznych diamentów nie przypadł mu.

Pierwsze sztuczne diamenty

Pierwsze sztuczne diamenty zostały odebrane Angielscy naukowcy Bandy, Hall, Strong i Wentropp w 1955 r. Wytworzyli ciśnienie 100 tysięcy atmosfer i temperaturę 5000 stopni.

Do grafitu dodano katalizatory - żelazo, rum, mangan itp. A na granicy grafitu i katalizatorów pojawiły się żółtoszare, nieprzezroczyste kryształy technicznych sztucznych diamentów. Cóż, diament służy nie tylko do polerowania, ale jest również używany w fabrykach i fabrykach.

Jednak nieco później amerykańscy naukowcy znaleźli sposób na uzyskanie przezroczystych kryształów diamentu. W tym celu dotację poddaje się ciśnieniu 200 tysięcy atmosfer, a następnie podgrzewa do temperatury 5 tysięcy stopni za pomocą wyładowania elektrycznego.

Krótki czas wyładowania – trwający tysięczne sekundy – pozostawia instalację zimną, a diamenty są czyste i przezroczyste.

Tworzenie sztucznych diamentów

Przybyli radzieccy naukowcy tworzenie sztucznych diamentów na swój sposób. radziecki fizyk O.I. Leypunsky'ego przeprowadzili badania teoretyczne i ustalili z góry temperatury i ciśnienia, przy których możliwa jest diamentowa przemiana grafitu.

Liczby te w tamtych latach - to było w 1939 r. - wydawały się niesamowite, wykraczające poza granice tego, co było możliwe do osiągnięcia dla współczesnej technologii: ciśnienie co najmniej 50 tysięcy atmosfer i temperatura 2 tysięcy stopni. A jednak po etapie obliczeń teoretycznych przyszedł czas na stworzenie konstrukcji eksperymentalnych, a następnie instalacji przemysłowych. A dziś istnieje wiele urządzeń wytwarzających sztuczne diamenty i inne, jeszcze twardsze substancje. Najwyższe osiągnięcie natury w twardości materiału nie tylko zostało osiągnięte, ale zostało już przekroczone.

Oto historia odkrycia trzeciej przemiany węgla, najważniejszej dla współczesnej technologii.

Jak diament pojawił się w naturze?

Ale co jest najbardziej niesamowitą rzeczą w przemianie diamentu w węgiel? Naukowcy wciąż nie rozumieją, w jaki sposób diament pochodzi z natury!

Wiadomo, że jedynymi pierwotnymi złożami diamentów są złoża diamentów rury kimberlitowe. Są to głębokie, cylindryczne studnie o średnicy kilkuset metrów, wypełnione niebieską glinką – kimberlitem, za pomocą której wydobywano na powierzchnię ziemi cenne kamienie.

Hipoteza głębokich narodzin diamentu

Najwcześniej było hipoteza głębokich narodzin diamentu. Zgodnie z tą hipotezą, na głębokości około 100 kilometrów ze stopionej magmy wyłoniły się błyszczące kryształy, a następnie wraz z magmą powoli wypływały na powierzchnię wzdłuż pęknięć i uskoków.

Otóż ​​z głębokości 2-3 kilometrów magma przedarła się i wypłynęła na powierzchnię, tworząc rurę kimberlitową.

Wybuchowa hipoteza

Hipotezę tę zastąpiono inną, którą chyba należy tzw hipoteza wybuchowa. Została nominowana L. I. Leontyev, A. A. Kademekiy, V. S. Trofimov. Ich zdaniem diamenty powstają na głębokości zaledwie 4-6 kilometrów od powierzchni ziemi.

Ciśnienie potrzebne do powstania diamentów powstaje w wyniku eksplozji spowodowanej przez pewne materiały wybuchowe, które przedostały się do wnęk zajmowanych przez magmę z otaczających skał osadowych. Może to być olej, bitum, gazy łatwopalne. Autorzy hipotezy zaproponowali kilka wariantów reakcji chemicznych, w wyniku których powstają mieszaniny wybuchowe i pojawia się wolny węgiel.

Hipoteza ta wyjaśniała zarówno wysoką temperaturę wymaganą do przemiany diamentu, jak i ogromne ciśnienie. Nie wyjaśniało to jednak wszystkich cech fajek kimberlitowych. Bardzo łatwo było wykazać, że skały rury kimberlitowej powstały przy ciśnieniu nieprzekraczającym 20 tysięcy atmosfer, natomiast nie da się udowodnić, że powstały one przy wyższym ciśnieniu.

Dziś geofizycy ustalili dość dokładnie, które skały wymagają określonych ciśnień i temperatur powstawania. Powiedzmy, że stały towarzysz diamentu - pirop mineralny - wymaga 20 tysięcy atmosfer, diament - 50 tysięcy. Koezyt, stiszowit i piezolit wymagają większego ciśnienia niż w przypadku piropu i mniejszego niż w przypadku diamentu.

Ale ani te, ani inne skały, które wymagają tak wysokiego ciśnienia do powstania, nie występują w kimberlicie. Jedynym wyjątkiem jest tutaj diament. Dlaczego tak jest? Doktor nauk geologicznych i mineralogicznych postanowił odpowiedzieć na to pytanie E. M. Galymow.

Dlaczego, zadawał sobie pytanie, ciśnienie 50 tysięcy atmosfer miałoby koniecznie być charakterystyczne dla całej masy magmy, w której powstają diamenty? W końcu magma jest przepływem. Może zawierać wiry, bystrza, wstrząsy hydrauliczne i pęcherzyki kawitacyjne, które występują miejscami.

Hipoteza narodzin diamentu w trybie kawitacyjnym

Tak, dokładnie kawitacja! Jest to zaskakująco nieprzyjemne zjawisko, które sprawia hydraulice wiele kłopotów! Kawitacja może wystąpić na łopatkach turbiny hydraulicznej, jeśli nawet nieznacznie przekroczy granice modu obliczeniowego. To samo nieszczęście może spotkać noże hydrauliczne, które przełączają się w tryb wymuszony.

Kawitacja może również zniszczyć łopatki śmigła statku parowego, tak jakby nadwyrężyły się w walce o prędkość. Niszczy, niszczy, koroduje. Tak, to jest najdokładniejsze: koroduje! Ultrawytrzymałe stale, lśniące lustrzanymi powierzchniami, zamieniają się w luźną porowatą gąbkę.

To było tak, jakby tysiące maleńkich, bezlitosnych i zachłannych ust rozdzierało metal kawałek po kawałku w miejscu, w którym kawitacja go przeżuła. Co więcej, istnieją usta, które nie radzą sobie ze stopem metalu, od którego odbija się pilnik! Sporo wypadków turbin i pomp, strat parowców i statków motorowych miało miejsce z powodu obecności kawitacji. Minęło niecałe sto lat, zanim odkryliśmy, co to jest – kawitacja.

Ale tak naprawdę, co to jest? Wyobraźmy sobie przepływ płynu poruszający się w rurze o zmiennym przekroju. Miejscami, w zwężonych obszarach, prędkość przepływu wzrasta, w miejscach, gdzie przepływ się rozszerza, prędkość przepływu maleje. Jednocześnie, ale zgodnie z odwrotnym prawem, zmienia się ciśnienie wewnątrz cieczy: gdy prędkość wzrasta, ciśnienie gwałtownie spada, a gdy prędkość maleje, ciśnienie wzrasta.

To prawo jest obowiązkowe dla wszystkich poruszających się płynów. Można sobie wyobrazić, że przy pewnych prędkościach ciśnienie spada do punktu, w którym ciecz wrze i pojawiają się w niej pęcherzyki pary. Z zewnątrz wydaje się, że ciecz w miejscu kawitacji zaczęła wrzeć, wypełnia ją biała masa drobnych pęcherzyków i staje się nieprzezroczysta.

Te pęcherzyki są głównym problemem kawitacji. Sposób powstawania i obumierania pęcherzyków kawitacyjnych nie został jeszcze dostatecznie zbadany. Nie wiadomo, czy ich wewnętrzne powierzchnie są naładowane. Nie wiadomo, jak zachowuje się substancja w postaci pary cieczy w bańce. Galymow początkowo nie wiedział, czy w magmie wypełniającej rurę kimberlitową mogą w ogóle powstać pęcherzyki kawitacyjne.

Naukowiec dokonał obliczeń. Okazało się, że kawitacja jest możliwa przy prędkości przepływu magmy przekraczającej 300 metrów na sekundę. Takie prędkości są łatwe do uzyskania dla wody, ale czy ciężka, gęsta i lepka magma może płynąć z tą samą prędkością? Znowu obliczenia, obliczenia i długo oczekiwana odpowiedź: tak, można! Możliwe są do osiągnięcia prędkości 500 metrów na sekundę.

Dalsze obliczenia miały na celu ustalenie, czy w pęcherzykach zostaną osiągnięte wymagane temperatury i ciśnienia - ciśnienie 50 tysięcy atmosfer i temperatura 1500 stopni. I te obliczenia dały pozytywne rezultaty.

Średnie ciśnienie w bańce w momencie zapadnięcia się osiągnęło milion atmosfer! A maksymalne ciśnienie może być dziesięć razy większe. Temperatura w tej bańce wynosi 10 tysięcy stopni. Nie trzeba dodawać, że warunki znacznie przekroczyły granice transformacji diamentu.

Powiedzmy od razu, że warunki, jakie tworzy pęcherzyk kawitacyjny do zarodkowania diamentu, są bardzo wyjątkowe. Oprócz temperatur i ciśnień, które czasami powstają w maleńkich objętościach tych bąbelków, przepływają przez nie fale uderzeniowe, błyskają pioruny i błyskają iskry elektryczne.

Dźwięki wydobywają się z wąskiego obszaru cieczy objętego kawitacją. Po połączeniu odbierane są jako rodzaj szumu, podobnego do tego, jaki wydobywa się z wrzącego czajnika. Ale to są dokładnie warunki idealne dla rodzącego się kryształu diamentu. Zaprawdę, jego narodziny odbywają się wśród grzmotów i błyskawic.

Można sobie wyobrazić w uproszczony sposób i pomijając wiele szczegółów, co dzieje się wewnątrz bańki kawitacyjnej. Teraz ciśnienie płynu wzrosło, a pęcherzyk kawitacyjny zaczyna znikać. Przesunęli się w stronę środka jego ścian i natychmiast oderwały się od nich fale uderzeniowe. Poruszają się w tym samym kierunku, w kierunku centrum.

Nie możemy zapominać o ich cechach. Po pierwsze, poruszają się z prędkością naddźwiękową, po drugie, za nimi pozostaje niezwykle wzbudzony gaz, w którym gwałtownie wzrosło zarówno ciśnienie, jak i temperatura.

Tak, to ta sama fala uderzeniowa, która przemieszcza się wzdłuż kawałka płonącej smoły i zamienia spokojne spalanie w wściekłą, niszczycielską eksplozję. W środku bańki zbiegają się fale uderzeniowe z różnych kierunków. Co więcej, gęstość substancji w tym punkcie zbieżności przekracza gęstość diamentu.

Trudno powiedzieć, jaką formę przybiera tam substancja, ale zaczyna się ona rozszerzać. Jednocześnie musi pokonać przeciwciśnienie mierzone w milionach atmosfer. W wyniku tego rozszerzania substancja w środku bańki schładza się z kilkudziesięciu tysięcy stopni do zaledwie tysiąca stopni.

Poznając właściwości fizyczne diamentu i grafitu, naukowcy zauważyli, że są to różne formy węgla. Pierwszy to cenny minerał, jeden z najtwardszych na świecie. Według przyjętej przez gemmologów skali Mohsa, diament ma najwyższy wynik twardości - 10. Według tego systemu grafit nie osiąga nawet 2. Błyszczący klejnot i grafit ołówka wykonane są z węgla. Różnica między tymi minerałami determinuje rodzaj sieci krystalicznej. Ale ich właściwości bardzo się od siebie różnią. Przeczytaj o tym poniżej.

Czym jest diament i grafit

Diament jest najtwardszym minerałem. Zewnętrznie jest to kamień przezroczysty, którego krystaliczna forma jest wyraźnie widoczna. Diamenty są bezbarwne, ale występują w różnych odcieniach, w tym nawet czarnym. Kolor zależy od naturalnych warunków, w jakich kamień powstał, a także od różnych zanieczyszczeń w jego strukturze.

Grafit jest substancją kruchą, tłustą w dotyku, o metalicznym połysku, składającą się z cząsteczek węgla ułożonych warstwami i tworzących małe, cienkie płytki. Po naciśnięciu na arkuszu pozostaje ślad.

Skład mineralny

Pierwszą rzeczą, od której zaczynamy, rozważając cechy diamentu i grafitu, jest skład minerałów. Obydwa są wykonane z węgla, szóstego elementu układu okresowego.

Ponieważ diament i grafit składają się z cząstek węgla, rodzaj ich substancji jest indywidualny, a ich skład jakościowy tworzą związki atomów węgla. Wzór chemiczny diamentu i grafitu jest prosty – C, węgiel. Ten pierwiastek chemiczny jest bezwonny, dlatego nie ma zapachu ani diamentu, ani grafitu.

Chociaż wzór chemiczny diamentu jest podobny do wzoru grafitu, istnieją różnice w strukturach, w których atomy węgla łączą się, tworząc sieć krystaliczną.

Kiedy minerały mają różne sieci krystaliczne, ale mają identyczny skład chemiczny, nazywa się je polimorfami. Rozważane minerały to różne rodzaje polimorficznych modyfikacji węgla.

Jak i gdzie znajdują się minerały węglowe?

Podobieństwo elementarnego składu chemicznego nie przesądza o podobnych właściwościach substancji. Różnice wyjaśnia złożoność pochodzenia dwóch różnych skał węglowych. Diamenty powstają pod dużym ciśnieniem po ultraszybkim schłodzeniu. A jeśli ciśnienie atmosferyczne jest zbyt niskie, grafit tworzy się w dość wysokiej temperaturze.

Potwierdzeniem, że diament i grafit nie powstały w ten sam sposób, jest ich obecność w przyrodzie. Około 80% wszystkich diamentów wydobywa się w rurach kimberlitowych – głębokich kraterach utworzonych przez magmę uwolnioną w wyniku eksplozji i uwolnienia podziemnego gazu.

W skałach osadowych i warstwach utworzonych przez magmę występuje wiele złóż grafitu.

Wiązania chemiczne w minerałach węglowych

Cząsteczki tworzące ciała stałe są połączone w sieci krystaliczne. Nauka zna 4 rodzaje takich sieci - jonowe, molekularne, atomowe i metaliczne.

Zewnętrznie cenny kryształ jest podobny do kryształów soli, ale sole mają jonową sieć krystaliczną.

Rodzaj sieci krystalicznej diamentu, podobnie jak jego grafitu polimorficznego, jest atomowy. Jego węzły zawierają atomy węgla. Stan skupienia – ciało stałe. Ale nadal polimorfy węgla różnią się twardością.

Właściwość diamentu, aby być tak mocnym, wynika z siły wiązań chemicznych atomów. Struktura diamentu jest trójwymiarowa, atomy węgla w nim są ułożone w kształcie piramidy trójściennej, czworościanu. Każda cząstka atomowa jest równie mocno połączona ze wszystkimi czterema sąsiadującymi cząsteczkami; odbywa się to poprzez wiązanie kowalencyjne.

Z atomu grafit to zbiór warstw o ​​sześciokątnych kształtach, których każdy wierzchołek zawiera atom węgla. Jego warstwowa struktura jest dwuwymiarowa. Wiązanie kowalencyjne w warstwach jest mocne, a pomiędzy warstwami znacznie słabsze, jak w substancjach o molekularnej sieci krystalicznej. Warstwy nie są ze sobą ściśle powiązane. Dlatego twardość grafitu jest mniejsza w porównaniu do diamentu.

Związek budowy atomu z fizyką minerałów

Zastanówmy się, jak geometria atomów wygląda na zewnątrz. Różnica we właściwościach diamentu i grafitu jest bezpośrednio związana z rodzajem struktury sieci krystalicznej. Sieć krystaliczna diamentu składa się z 4 dobrze połączonych atomów węgla. Utworzyły super mocne kowalencyjne wiązania sigma. Właściwości optyczne związków międzyatomowych pochłaniają światło, dzięki czemu kryształ jest przezroczysty. A silne wiązanie ujemnie naładowanych cząstek elementarnych w wiązaniach o jednakowej wytrzymałości nadaje im twardość i właściwości dielektryczne.

Kowalencyjne związki pi utworzone w sześciokątnej sieci krystalicznej grafitu wiążą atomy węgla w warstwy. Przy takim wiązaniu kilka elektronów pozostaje wolnych, więc warstwy są ze sobą tylko nieznacznie powiązane. Ruch niezlokalizowanych cząstek elementarnych ze znakiem minus daje grafitowi przewodność elektryczną. Brakuje im przewodności światła, co pozbawia substancję przezroczystości, dlatego grafit ma kolor czarny.

Alotropowe modyfikacje węgla

Alotropia to zdolność pierwiastków chemicznych do istnienia w dwóch lub więcej postaciach fizycznych (alotropach). Najszerszą ze wszystkich odkrytych jest alotropia węgla.

Jeśli wymienisz główne alotropy węgla, będą to:

• diament;
• grafit;
• karabinek;
• fuleren

Spośród powyższych zsyntetyzowano dwa alotropy węgla. Karbyn i fuleren to sztucznie otrzymywane alotropowe modyfikacje węgla. Carbin to proszek składający się z małych czarnych kryształków. Po odkryciu w laboratorium znaleziono także naturalną substancję. Fuleren to żółty kryształ o średnicy około 5 mm zsyntetyzowany pod koniec ubiegłego wieku w USA.

Alotropowe formy węgla można przekształcić. Przejście diamentu do innego stanu nie nastąpi samo. Ale gdy kryształ zostanie podgrzany w próżni do 1800 stopni, zamieni się w grafit.

Znane są metody umożliwiające przeprowadzenie przekształceń odwrotnych.

Jak zdobyć kamień szlachetny z grafitu

Diament można otrzymać z grafitu. Przy ciśnieniach powyżej 1000 Pa i temperaturach 3000 stopni z dodatkiem metali węgiel w graficie zmienia wiązania kowalencyjne. Powstałe kamienie są mętne i porowate.

Inną metodą jest zastosowanie fali uderzeniowej, po której można podziwiać czyste, przezroczyste kryształy o regularnym geometrycznym kształcie, ale bardzo małych rozmiarach.

Niedoskonałości tych metod doprowadziły do ​​wniosku, że najlepiej hoduje się diamenty. Gdy diament podgrzeje się do 1,5 tysiąca stopni, rośnie. Ale to jest drogie, dlatego dziś sztuczna biżuteria jest wykonywana z metanu.

Właściwości fizyczne i chemiczne

Diament nie przewodzi prądu elektrycznego, ale przewodzi ciepło. Dobrze załamuje i odbija światło. Przezroczysty i błyszczący. Topi się w temperaturze 3700-4000 stopni. Lavoisier po raz pierwszy spalił diamenty w XVIII wieku.

Później naukowcy odkryli, że w połączeniu z tlenem diament spala się w temperaturze 721–800 stopni, odparowując, tworząc dwutlenek węgla. Bez powietrza może zamienić się w grafit po podgrzaniu do 2001-3000 stopni. Właściwości chemiczne wskazują na odporność na kwasy.

Grafit przewodzi prąd elektryczny i ciepło, nierozpuszczalny w kwasach i wodzie, jest odporny na ciepło. Temperatura topnienia 2500 - 3000 stopni. Nie pali się do 250-300 stopni, jednak spalony w temperaturach powyżej 300 i do 1000 zamienia się w dwutlenek węgla.

Charakterystyka porównawcza

Porównajmy budowę diamentu i grafitu oraz ich właściwości fizyczne: twardość, przewodność cieplną, przewodność elektryczną, cechy wiązań chemicznych.

Szczegółowa tabela porównawcza powie Ci o charakterystyce minerałów:

Bakajewa Anastazja

Wszystko zaczęło się od prostego ołówka! A raczej od jego rdzenia. Na lekcjach fizyki omawialiśmy temat „Budowa ciał stałych, ciekłych i gazowych” i okazało się, że węgiel, grafit i diament są „krewnymi”. Ale jak to możliwe, skoro węgiel to gaz, a grafit i diament to substancje stałe z sieciami krystalicznymi, ale grafit „pisze”, a diament jest tak twardy, że może ciąć szkło i metale oraz ozdabiać biżuterię! Zainteresowaliśmy się. Okazuje się, że rdzeń (ołówek) prostego ołówka to specjalnie przetworzona mieszanina grafitu, gliny i wosku. Kiedy rysujemy, sieć krystaliczna grafitu oddziela się, a jej atomy układają się na powierzchni w sześciokątnych płaszczyznach, a grafit nie występuje w kredkach! Dla porównania podam przybliżony skład kredki: organiczny plastyfikator barwnikowy (na przykład stearyna, z której robi się świece) talk (swoją drogą najmiększy minerał w skali Mohsa) kaolin (biała glinka, to stosowany jest w produkcji porcelany, a także w kosmetykach) Spoiwem jest tutaj klej CMC (karboksymetyloceluloza). Och, jakie interesujące! Przygotowaliśmy krótką wiadomość na temat ołówka, a nauczyciel zaproponował rozwinięcie tego tematu i przekształcenie go w projekt badawczy.

Pobierać:

Zapowiedź:

Miejska placówka oświatowa „Szkoła średnia nr 2, Erszów, obwód Saratowski”

Projekt badawczy

Węgiel, grafit, diament

Bakajewa Anastazja

8 klasa „A”.

kierownik: nauczyciel fizyki I kategoria Filippova E.V.

2015

Wstęp

Wszystko zaczęło się od prostego ołówka! A raczej od jego rdzenia. Na lekcjach fizyki omawialiśmy temat „Budowa ciał stałych, ciekłych i gazowych” i okazało się, że węgiel, grafit i diament są „krewnymi”. Ale jak to możliwe, skoro węgiel to gaz, a grafit i diament to substancje stałe z sieciami krystalicznymi, ale grafit „pisze”, a diament jest tak twardy, że może ciąć szkło i metale oraz ozdabiać biżuterię! Zainteresowałem się. Okazuje się, że rdzeń (ołówek) prostego ołówka to specjalnie przetworzona mieszanina grafitu, gliny i wosku. Kiedy rysujemy, sieć krystaliczna grafitu rozdziela się, a jej atomy układają się na powierzchni w płaszczyznach sześciokątnych, a wGrafit nie jest zawarty w kredkach! Dla porównania podam przybliżony skład kredki:

• Barwnik organiczny
• plastyfikator (np. stearyna, z której robi się świece)
• talk (swoją drogą najmiększy minerał w skali Mohsa)
  kaolin (biała glinka, wykorzystywana do produkcji porcelany, a także w kosmetyce)
• Spoiwem jest tu klej CMC (karboksymetyloceluloza).

Och, jakie interesujące!

Przygotowaliśmy krótką wiadomość na temat ołówka, a nauczyciel zaproponował rozwinięcie tego tematu i przekształcenie go w projekt badawczy.

Cele pracy:

Zbadaj strukturę i właściwości fizyczne węgla, grafitu i diamentu

Poznaj zastosowanie węgla, grafitu i diamentu w technologii, przemyśle, produkcji biżuterii i nauce

Dowiedz się o tworzeniu sztucznych diamentów

Zadania

Tworzenie pomocy wizualnych do badania ciał stałych krystalicznych (sieci krystalicznych)

Wyhoduj swój własny kryształ siarczanu miedzi (ma on również sieć krystaliczną, jak grafit, diament, a nawet sól i cukier...)

Informacje historyczne.

Grafit, diament i węgiel znane są od czasów starożytnych. Od dawna wiadomo było, że grafitem można znakować inne materiały, a sama nazwa „grafit”, wywodząca się od greckiego słowa oznaczającego „pisać”, zaproponowała w 1789 roku A. Werner. Jednak historia grafitu jest skomplikowany; często mylono z nim substancje o podobnych zewnętrznych właściwościach fizycznych, takie jak molibdenit (siarczek molibdenu), niegdyś uważany za grafit. Inne nazwy grafitu to „czarny ołów”, „węglik żelaza” i „srebrny ołów”. W 1779 r. K. Scheele ustalił, że grafit można utlenić powietrzem, tworząc dwutlenek węgla. Diamenty po raz pierwszy znalazły zastosowanie w Indiach, a w Brazylii klejnoty zyskały znaczenie handlowe w 1725 roku; Złoża w Republice Południowej Afryki odkryto w 1867 r. W XX wieku. Głównymi producentami diamentów są Republika Południowej Afryki, Zair, Botswana, Namibia, Angola, Sierra Leone, Tanzania i Rosja. Diamenty sztuczne, których technologia powstała w 1970 roku, produkowane są do celów przemysłowych.„Węgiel występuje w przyrodzie zarówno w stanie wolnym, jak i związanym, w bardzo różnych formach i typach. W stanie wolnym węgiel występuje w co najmniej trzech postaciach: węgla, grafitu i diamentu. W stanie złożonym węgiel wchodzi w skład tzw. substancji organicznych, tj. wiele substancji znajdujących się w organizmie każdej rośliny i zwierzęcia. Występuje w postaci dwutlenku węgla w wodzie i powietrzu oraz w postaci soli dwutlenku węgla i pozostałości organicznych w glebie i masie skorupy ziemskiej. Różnorodność substancji tworzących organizm zwierząt i roślin jest znana każdemu. Wosk i olej, terpentyna i żywica, papier bawełniany i białko, tkanka komórek roślinnych i tkanka mięśni zwierzęcych, kwas winowy i skrobia - wszystkie te i wiele innych substancji zawartych w tkankach i sokach roślin i zwierząt to związki węgla. Obszar związków węgla jest tak duży, że stanowi specjalną gałąź chemii, tj. chemia węgla lub, lepiej, związków węglowodorowych.”

Węgiel

Rośliny pobierają węgiel z dwutlenku węgla – dwutlenku węgla – w atmosferze i wykorzystują go jako materiał budulcowy korzeni, łodyg i liści. Zwierzęta zarażają się tym, jedząc te rośliny. A w glebie gromadzi się podczas rozkładu ciał martwych stworzeń. Ze wszystkich form czystego węgla najbardziej znaną i być może najcenniejszą dla człowieka jest węgiel. Jest to około 4/5 węgla, a pozostała część to wodór i inne pierwiastki. Wartość węgla wynika z jego właściwości chemicznych, z których najważniejszą jest to, że łatwo reaguje z tlenem. Proces ten zachodzi, gdy węgiel spala się w powietrzu, uwalniając dużą ilość energii cieplnej, którą można wykorzystać do różnych celów. Jednak węgiel w przyrodzie nieożywionej występuje nie tylko w postaci węgla. Dwie inne formy jego istnienia w czystej postaci, znacznie różniące się od siebie, to grafit i diament. Grafit jest bardzo miękki i tłusty w dotyku. Służy jako doskonały smar do wielu mechanizmów. I, jak wiadomo, robi się z niego grafity do ołówków. W tym przypadku grafit miesza się z gliną, aby zmniejszyć jego miękkość. Diamenty natomiast to najtwardsze substancje znane człowiekowi. Służą do tworzenia szczególnie trwałych noży, a także biżuterii. Atomy węgla mogą tworzyć wiązania między sobą oraz z atomami innych pierwiastków. Rezultatem jest ogromna różnorodność związków węgla. Węgiel wchodzi w skład roślin i zwierząt (~18%). Cykl węglowy w przyrodzie obejmuje cykl biologiczny, uwalnianie CO 2 do atmosfery podczas spalaniapaliwo kopalne, z gazów wulkanicznych, gorących źródeł mineralnych, z powierzchniowych warstw wód oceanicznych itp. Cykl biologiczny składa się z węgla w postaci CO 2 jest wchłaniany z troposfera rośliny. Następnie odbiosfera wraca dogeosfera: wraz z roślinami węgiel przedostaje się do organizmu zwierząt i ludzi, a następnie podczas rozkładu materiałów zwierzęcych i roślinnych przedostaje się do gleby i w postaci CO 2 - do atmosfery. W stanie pary i w postaci związków zazot I wodór węgiel występujący w atmosferzeSłoneczny , planety, występuje w kamieniu i żelaziemeteoryty . Węgiel reaguje z wieloma pierwiastkami, tworząc węgliki (węgliki są związkamimetale I niemetale Z węgiel ). Węgiel jest szeroko stosowany w metalurgii. (Hutnictwo to zbiór wzajemnie powiązanych gałęzi przemysłu i etapów procesu produkcyjnego z górnictwasurowceprzed wydaniem gotowych produktów -czarny I metale nieżelazne i oni stopy ). Ze względu na zdolność węgla do tworzenia łańcuchów polimerowych istnieje ogromna klasa związków węglowych, których jest znacznie więcej niż związków nieorganicznych i które są badane przezchemia organiczna . Wśród nich są najbardziej rozbudowane grupy:węglowodory, wiewiórki , tłuszczeitp. Węgiel odgrywa ogromną rolę w życiu człowieka. Jego zastosowania są tak różnorodne, jak sam ten wielostronny element. Węgiel jest podstawą wszystkich substancji organicznych. Każdy żywy organizm składa się głównie z węgla. Węgiel jest podstawą życia. Źródłem węgla dla organizmów żywych jest najczęściej dwutlenek węgla z atmosfery lub woda. Poprzez fotosyntezę wchodzi do biologicznych łańcuchów pokarmowych, w których żywe organizmy pożerają się nawzajem lub swoje szczątki, pozyskując w ten sposób węgiel do budowy własnych ciał. Cykl biologiczny węgla kończy się albo przez utlenienie i powrót do atmosfery, albo przez zakopanie w postaci węgla lub ropy. Węgiel w postaci paliw kopalnych:węgiel I węglowodory(olej , gaz ziemny ) - jedno z najważniejszych źródełenergia dla ludzkości . Węgiel w przemyśle stalowym jest jednym z najważniejszych składników stopówżelazo-węgiel (produkcja lane żelazo I stal ). Węgiel wchodzi w skład aerozoli atmosferycznych, w wyniku czego regionalny klimat może ulec zmianie i może zmniejszyć się liczba dni słonecznych. Cząsteczki węgla pochłaniają promieniowanie słoneczne, które może powodować nagrzewanie się powierzchni Ziemi. Węgiel przedostaje się do środowiska w postaci sadzy w spalinach pojazdów, podczas spalania węgla w elektrowniach cieplnych (elektrowniach cieplnych), podczas odkrywkowej eksploatacji węgla, jego podziemnego zgazowania, produkcji koncentratów węglowych itp. Węgiel stężenie nad źródłami spalania wynosi 100-400 µg/m3, duże miasta 2,4-15,9 µg/m3, obszary wiejskie 0,5 – 0,8 µg/m3. Wraz z emisją gazów i aerozoli z elektrowni jądrowych (6-15) 10 przedostają się do atmosfery 9 Bkg/dzień dwutlenku węglagaz Wysoka zawartość węgla w aerozolach atmosferycznych powoduje zwłaszcza zwiększoną zachorowalność populacjigórne drogi oddechowe I płuca . Choroby zawodowe - głównie antrakoza i pyłyzapalenie oskrzeli. Maksymalna jednorazowa zawartość węgla w powietrzu atmosferycznym wynosi 0,15, średnia dobowa 0,05 mg/m3. Toksyczne działanie węgla zawartego w cząsteczkach białek (szczególnie w DNA iRNA ), determinowany jest efektem radiacyjnym cząstek beta i jąder odrzutu azotu oraz efektem transmutacji - zmianą składu chemicznego cząsteczki w wyniku przemiany atomu węgla w atom azotu.

Grafit

Diament