Какво е диамантът?
Диамантът е минерал, кубична алотропна форма на въглерод. При нормални условия
Диамантът е полупроводник с широка междина.Той има много нисък коефициент на триене върху метала във въздуха - само 0,1, което е свързано с образуването на тънки слоеве адсорбиран газ върху кристалната повърхност, които играят ролята на своеобразен смазочен материал.
Едно от важните свойства на диамантите елуминесценция. Под въздействието на слънчевата светлина и особено на катодните, ултравиолетовите и рентгеновите лъчи, камъните започват да луминесцират – светят в различни цветове.
Под въздействието на катод и рентгенвсички видове диаманти светят с радиация, а под въздействието на ултравиолетовите лъчи - само няколко. Рентгеновата луминесценция се използва широко на практика за извличане на камъни от скали.
Диамант в родителска скала
Диамантът е подобен на много безцветни минерали -кварц, топаз, циркон, които често се използват като негови имитации. Различава се по твърдост - това е най-твърдият от естествените материали (по скалата на Моос - 10), оптични свойства, прозрачност за рентгеновите лъчи, светимост в рентгеновите лъчи, катод, ултравиолетови лъчи.
Диамантът е рядък, но в същото време доста разпространен минерал. Индустриалните находища са известни на всички континенти с изключение на Антарктида. Известни са няколко вида каменни находища.
Преди няколко хиляди години диаманти вв промишлен мащаб те са добивани от алувиални находища. Едва в края на 19 век, когато за пръв път са открити диамантови кимберлитови тръби, става ясно, че те не се образуват в речните утайки.
Все още няма информация за произхода и възрастта на диамантитеточни научни данни. Учените се придържат към различни хипотези – магмени, мантийни, метеоритни, флуидни и дори има няколко екзотични теории.
Повечето клонят към магматични итеории за мантията, до факта, че въглеродните атоми под високо налягане (обикновено 50 000 атмосфери) и на голяма (около 200 км) дълбочина образуват кубична кристална решетка - самият диамант. Камъните се носят на повърхността от вулканична магма по време на образуването на така наречените експлозионни тръби.
Схематично представяне на кристалната решетка на диамант
Изключителната твърдост намира своето приложение в промишлеността: скъпоценният камък се използва за направата на ножове, свредла, фрези и подобни продукти.
Необходимост от индустриално приложениесили за разширяване на производството на изкуствени диаманти. Наскоро проблемът беше решен чрез клъстерно и йонно-плазмено отлагане на диамантени филми върху режещи повърхности.
Диамантеният прах (както отпадъци от обработката на естествени диаманти, така и тези, получени изкуствено) се използва като абразив за производството на режещи и шлифовъчни дискове, колела и др.
Какво е особеното в диамантите?
Основните отличителни черти на диаманта са най-високисред минералите, твърдост (и в същото време крехкост), най-висока топлопроводимост сред всички твърди вещества 900–2300 W / (m K), висок индекс на пречупване и дисперсия.
Диамантът е широкозонен полупроводник.Има много нисък коефициент на триене за метал във въздуха - само 0,1, което се свързва с образуването на тънки филми от адсорбиран газ върху повърхността на кристала, които действат като вид смазка. Когато такива филми не се образуват, коефициентът на триене се увеличава и достига 0,6–1,0.
Високата твърдост води до изключителнаустойчивост на износване на диаманта. Също така се характеризира с най-високия (в сравнение с други известни материали) модул на еластичност и най-ниския коефициент на компресия.
Точката на топене е около 3 700-4000 ° C при налягане ~ 11 GPa. Във въздуха диамантът изгаря при 850–1000 ° C, а в поток чист кислород той изгаря със слаб син пламък при 720–800 ° C, като напълно се превръща във въглероден диоксид.
Диамантът може да издържи пет пъти по-голямо налягане в ядрото на Земята
В края на януари 2021 г. учените установяват, че диамантът може да издържи на пет пъти по-високо налягане от налягането в земното ядро: структурата на материала се запазва дори когато е компресиран до 2 трилиона паскала.
Изследванията показват, че камъкът еметастабилен при високи налягания: той запазва структурата си, въпреки факта, че при такива условия се очаква доминиране на други, по-стабилни структури. Изучаването на странностите на диаманта под екстремно налягане може да разкрие вътрешната работа на богатите на въглерод екзопланети.
Богатите на въглерод планети могат да бъдат направени от диаманти
Може да има много планети, направени от диаманти извън нашата слънчева система. Така твърдят учени от Държавния университет на Аризона и Чикагския университет.
Те предположиха, че богатите на въглерод екзопланети могат да се състоят от диаманти и силициев диоксид. На Земята силициевият диоксид се намира предимно под формата на пясък и кварц.
Звездите и планетите се образуват от газови облаци и космически прах. И именно съставът на газовете определя как изглежда определена звезда и планета.
Планета с ниско съотношение въглерод към кислородподобно на Земята, тя ще бъде съставена от силикати (соли и естери) и оксиди и ще съдържа малко диаманти. Делът на диамантите на Земята е само 0,001% от състава му.
За разлика от нашето Слънце, други звезди може да имат по-високо съотношение на въглерод към кислород. И когато се комбинира с вода, богатите на въглерод планети могат да се образуват в тази среда.
За да проверите тази хипотеза, проучетеГрупата проведе експеримент, симулиращ химичния произход на тези въглеродни екзопланети, използвайки високи температури и налягания. Резултатите от работата в лабораторията показаха, че при висока температура и налягане силициевият карбид реагира с вода и се превръща в диаманти и силициев диоксид.
Какво знаем за планетите с въглерод?
Въглеродната планета е теоретичен тип екзопланета, подобна на Земята, която беше предсказана от американския астрофизик Марк Кюхнер.
Условие за формиране на планети от този типе високо съдържание на въглерод в протопланетния диск и ниско съдържание на кислород. По отношение на химичните свойства такава планета ще бъде доста по-различна от земните планети като Земята, Марс и Венера, които са изградени предимно на основата на силиций и кислород и в състава им няма много въглерод.
Планетата се очаква да имажелязосъдържащо ядро, подобно на други земни планети. Основата на повърхността ще бъде предимно силициев и титанов карбид, както и чист въглерод.
Възможно е също така да има зони, изцяло покрити откилометри диаманти. Атмосферата ще бъде съставена от въглеводороди и въглероден диоксид. Животът на планета от този клас е потенциално възможен, ако планетата има вода, но формите на живот ще се различават рязко от земните поради малкото количество кислород, което няма да е достатъчно за образуване на органична материя от сухоземен тип.
Pulsar PSR 1257+12 може да има въглеродпланети, образувани след експлозия на свръхнова от въглеродния слой на бивша звезда. Планети от този тип може да са разположени близо до галактическото ядро, където звездите съдържат много въглерод.
Диаметърът и масата на въглеродните планети не се различават от обикновените планети, съдържащи предимно вода и силициеви съединения, така че все още не е възможно да се разделят в случай на откриване.
През 2014 г. астрономи от Йейлския университетВодени от Джон Мориарти, те разработиха модел за оценка на състава на екзопланетите въз основа на промените през годините в състава на газовите дискове, в които се формират планетите.
Според техните открития, в дисковете, където съотношениетонивата на въглерод и кислород надхвърлят 0,8, богатите на въглерод планети могат да се образуват по-далеч от центъра на диска. Освен това учените смятат, че въглеродните планети могат да се образуват в дискове, където съотношението на въглерод към кислород е доста ниско (0,65), но в този случай такива планети се образуват близо до звездата си.
Съответно богатите на въглерод планети може да са много по-често срещани, отколкото се смяташе досега.
Художествено изображение на въглеродна планета. Цветът на планетата е тъмен и червеникав поради наличието на въглеводороди.
Прочетете още
Аборт и наука: какво ще се случи с децата, които ще раждат
Радарите са намерили последния форт Tlingit в Аляска. Търсят го повече от 100 години
Една трета от оздравелите от COVID-19 се завръщат в болницата. Всеки осми - умира