Co to jest diament?
Diament jest minerałem, sześcienną alotropową formą węgla. W normalnych warunkach
Diament to półprzewodnik z szerokimi przerwami.Posiada bardzo niski współczynnik tarcia o metal w powietrzu - tylko 0,1, co wiąże się z tworzeniem się na powierzchni kryształu cienkich warstw zaadsorbowanego gazu, które pełnią rolę swoistego smaru.
Jedną z ważnych właściwości diamentów jest luminescencja.Pod wpływem światła słonecznego, a zwłaszcza promieni katodowych, ultrafioletowych i rentgenowskich, kamienie zaczynają się pojawiaćLuminescencja to świecenie w różnych kolorach.
Pod wpływem katody i promieniowania rentgenowskiegoWszystkie rodzaje diamentów świecą promieniowaniem, a pod wpływem ultrafioletu - tylko nieliczne. Luminescencja rentgenowska jest szeroko stosowana w praktyce do wydobywania kamieni ze skał.
Diament w macierzystej skale
Diament jest podobny do wielu bezbarwnych minerałów -kwarc, topaz, cyrkon, które są często używane jako ich imitacje. Różni się twardością - jest najtwardszym z naturalnych materiałów (w skali Mohsa - 10), właściwościami optycznymi, przezroczystością dla promieni rentgenowskich, jasnością w promieniowaniu rentgenowskim, katodą, promieniami ultrafioletowymi.
Diament jest rzadkim, ale jednocześnie dość rozpowszechnionym minerałem.Złoża przemysłowe znane są na wszystkich kontynentach z wyjątkiem Antarktydy.Znanych jest kilka rodzajów złóż kamiennych.
Już kilka tysięcy lat temu diamentyna skalę przemysłową wydobywano je ze złóż aluwialnych. Dopiero pod koniec XIX wieku, kiedy po raz pierwszy odkryto diamentowe fajki kimberlitowe, stało się jasne, że nie tworzą się one w osadach rzecznych.
Pochodzenie i wiek diamentów są nadal słabo poznane.Naukowcy trzymają się różnych hipotez - magmowy, płaszcz, meteoryt, płyn, istnieje nawet kilka egzotycznych teorii.
Większość skłania się ku magmom iteorie płaszczowe, na to, że atomy węgla pod wysokim ciśnieniem (zwykle 50000 atmosfer) i na dużej (około 200 km) głębokości tworzą sześcienną sieć krystaliczną - sam diament. Kamienie są przenoszone na powierzchnię przez magmę wulkaniczną podczas formowania się tzw. Rur wybuchowych.
Schematyczne przedstawienie sieci krystalicznej diamentu
Wyjątkowa twardość znajduje zastosowanie w przemyśle: kamień szlachetny jest używanydo produkcji noży, wierteł, frezów i podobnych produktów.
Potrzeba zastosowań przemysłowych wymusza ekspansję produkcji sztucznych diamentów.osadzanie warstw diamentowych w plazmie klastrowej i jonowo-plazmowej na powierzchniach tnących.
Proszek diamentowy (zarówno odpad po przeróbce diamentów naturalnych, jak i uzyskany sztucznie) jest stosowany jako materiał ścierny do produkcji tarcz tnących i szlifierskich, ściernic itp.
Co jest specjalnego w diamentach?
Głównymi cechami wyróżniającymi diament są najwyższa twardość wśród minerałów (a jednocześnie kruchość), najwyższa przewodność cieplna spośród wszystkich ciał stałych (900–2300 W/(m·K), wysoki współczynnik załamania światła i dyspersja.
Diament jest półprzewodnikiem o szerokim paśmie wzbronionym o bardzo niskim współczynniku tarcia dla metalu w powietrzu – zaledwie 0,1, co wynika z tworzenia się na powierzchni kryształu cienkich warstw zaadsorbowanego gazu, które pełnią rolę swego rodzaju smaru.Gdy takie folie nie są tworzone, współczynnik tarcia wzrasta i osiąga0,6–1,0.
Wysoka twardość zapewnia wyjątkowośćodporność na ścieranie diamentu. Charakteryzuje się również najwyższym (w porównaniu do innych znanych materiałów) modułem sprężystości i najniższym stopniem ściskania.
Temperatura topnienia wynosi około 3 700-4000 ° C przy ciśnieniu ~ 11 GPa. W powietrzu diament płonie w temperaturze 850–1 000 ° C, aw strumieniu czystego tlenu płonie bladym, niebieskim płomieniem w temperaturze 720–800 ° C, całkowicie przekształcając się w dwutlenek węgla.
Diament może wytrzymać pięciokrotnie większe ciśnienie w jądrze Ziemi
Pod koniec stycznia 2021 r. Naukowcy odkryli, że diament może wytrzymać ciśnienie pięciokrotnie wyższe niż ciśnienie w jądrze Ziemi: struktura materiału jest zachowana nawet po ściśnięciu do 2 bilionów paskali.
Badania sugerują, że kamień jestmetastabilny przy wysokich ciśnieniach: zachowuje swoją strukturę, mimo że w takich warunkach spodziewana jest dominacja innych, bardziej stabilnych struktur. Badanie dziwactw diamentu pod ekstremalnym ciśnieniem może ujawnić wewnętrzne działanie egzoplanet bogatych w węgiel.
Planety bogate w węgiel mogą być wykonane z diamentów
Poza naszym Układem Słonecznym może istnieć wiele planet zbudowanych z diamentów.Takiego zdania są naukowcy z Arizona State University i University of Chicago.
Postawili hipotezę, że egzoplanety bogate w węgiel mogą składać się z diamentów i dwutlenku krzemu. Na Ziemi dwutlenek krzemu występuje głównie w postaci piasku i kwarcu.
Gwiazdy i planety powstają z obłoków gazu i pyłu kosmicznego.To właśnie skład gazów decyduje o tym, jak wygląda gwiazda lub planeta.
Planeta o niskim stosunku węgla do tlenupodobnie jak Ziemia, będzie składał się z krzemianów (soli i estrów) oraz tlenków i będzie zawierał niewiele diamentów. Udział diamentów na Ziemi to zaledwie 0,001% jej składu.
W przeciwieństwie do naszego Słońca, inne gwiazdy mogą mieć wyższy stosunek węgla do tlenu.A w połączeniu z wodą w tym środowisku mogą powstawać planety bogate w węgiel.
Aby przetestować tę hipotezę, badaniaGrupa przeprowadziła eksperyment symulujący chemiczne pochodzenie tych egzoplanet zawierających węgiel przy użyciu wysokich temperatur i ciśnień. Wyniki prac laboratoryjnych wykazały, że przy wysokiej temperaturze i ciśnieniu węglik krzemu reagował z wodą i przekształcił się w diamenty i krzemionkę.
Co wiemy o planetach węglowych?
Planeta węglowa to teoretyczny typ planety podobnej do egzoplanety, który został przewidziany przez amerykańskiego astrofizyka Marka Küchnera.
Warunek powstania planet tego typuto wysoka zawartość węgla w dysku protoplanetarnym i niska zawartość tlenu. Pod względem właściwości chemicznych taka planeta będzie się znacznie różniła od planet ziemskich, takich jak Ziemia, Mars i Wenus, które zbudowane są głównie na bazie krzemu i tlenu, aw ich składzie jest niewiele węgla.
Oczekuje się, że planeta będzie miała jądro zawierające żelazo, podobnie jak inne planety skaliste.Powierzchnia będzie oparta głównie na węglikach krzemu i tytanu, a także czystym węglu.
Możliwe jest również, że są obszary całkowicie pokrytekilometrów diamentów. Atmosfera będzie się składać z węglowodorów i dwutlenku węgla. Życie na planecie tej klasy jest potencjalnie możliwe, jeśli planeta ma wodę, ale formy życia będą się znacznie różnić od ziemskich ze względu na niewielką ilość tlenu, który nie wystarczy do wytworzenia materii organicznej typu ziemskiego.
PulsarPSR 1257 12 może posiadać planety węglowe, które powstały po wybuchu supernowej z warstwy węgla poprzedniej gwiazdy.Planety tego typu mogą leżeć w pobliżu jądra galaktyki, gdzie znajdują się gwiazdydużo węgla.
Średnica i masa planet węglowych nie różni się od zwykłych planet, zawierających głównie wodę i związki krzemu, więc nie jest jeszcze możliwe ich oddzielenie w przypadku wykrycia.
W 2014 roku astronomowie z Uniwersytetu Yale, kierowani przez Johna Moriarty'ego, opracowali model do oszacowania składu egzoplanet na podstawie zmian na przestrzeni lat w składzie dysków gazowych, w których powstają planety.
Zgodnie z ich odkryciami, w dyskach, w których stosunek węgla do tlenu przekracza0,8, planety bogate w węgiel mogą powstawać dalej od środka dysku.Ponadto naukowcy uważają, że planety węglowe mogą powstawać w dyskach, w których stosunek węgla do tlenu jest dość niski (0,65), ale w tym przypadku takie planety tworzą się blisko swojej gwiazdy.
W związku z tym planety bogate w węgiel mogą być znacznie bardziej powszechne niż wcześniej sądzono.
Artystyczne przedstawienie planety węglowej. Kolor planety jest ciemny i czerwonawy ze względu na obecność węglowodorów.
Czytaj więcej
Aborcja i nauka: co stanie się z dziećmi, które będą rodzić
Radary znalazły ostatni fort Tlingit na Alasce. Szukali go od ponad 100 lat
Jedna trzecia osób, które wyzdrowiały po COVID-19, wraca do szpitala. Co ósma - umiera