Що таке алмаз?
Алмаз - мінерал, кубічна алотропна форма вуглецю. За нормальних умов
Алмаз є ширококутного напівпровідник.У нього дуже низький коефіцієнт тертя по металу на повітрі - всього 0,1, що пов'язано з освітою на поверхні кристала тонких плівок адсорбованого газу, що грають роль своєрідного мастила.
Однією з важливих властивостей алмазів єлюмінесценція. Під дією сонячного світла і особливо катодних, ультрафіолетових і рентгенівських променів каміння починає люмінесцувати — світитися різними кольорами.
Під дією катодного і рентгенівськоговипромінювання світяться всі різновиди алмазів, а під дією ультрафіолетового - тільки деякі. Рентгенолюмінесценція широко застосовується на практиці для вилучення каменів з породи.
Алмаз в материнській породі
Алмаз схожий з багатьма безбарвними мінералами -кварцом, топазом, цирконом, які часто використовуються в якості його імітацій. Відрізняється твердістю - це самий твердий з природних матеріалів (за шкалою Мооса - 10), оптичними властивостями, прозорістю для рентгенівських променів, світність в рентгенівських, катодних, ультрафіолетових променях.
Алмаз - рідкісний, але водночас досить поширений мінерал. Промислові родовища відомі всіх континентах, крім Антарктиди. Відомо кілька видів родовищ каменю.
Уже кілька тисяч років тому алмази впромислових масштабах добувалися з розсипних родовищ. Тільки до кінця XIX століття, коли вперше були відкриті алмазоносних кімберлітові трубки, стало ясно, що вони не утворюються в річкових відкладеннях.
Про походження та вік алмазів досі немаєточні наукові дані. Вчені дотримуються різних гіпотез - магматичної, мантійної, метеоритної, флюїдної, є навіть кілька екзотичних теорій.
Більшість схиляється до магматичної імантийной теоріям, до того, що атоми вуглецю під великим тиском (як правило, 50 000 атмосфер) і на великий (приблизно 200 км) глибині формують кубічну кристалічну решітку - власне алмаз. Камені виносяться на поверхню вулканічної магмою під час формування так званих трубок вибуху.
Схематичне зображення кристалічної решітки алмазу
Виняткова твердість знаходить своє застосування в промисловості: дорогоцінний камінь використовують для виготовлення ножів, свердел, різців тощо.
Потреба промислового застосуваннязмушує розширювати виробництво штучних алмазів. Останнім часом проблема вирішується за рахунок кластерного та іонно-плазмового напилення алмазних плівок на ріжучі поверхні.
Алмазний порошок (як відхід при обробці природного алмазу, так і отриманий штучно) використовується як абразив для виготовлення ріжучих і точильних дисків, кіл і т. Д.
У чому особливість алмазів?
Головні відмінні риси алмазу - найвищасеред мінералів твердість (і водночас крихкість), найвища теплопровідність серед усіх твердих тіл 900-2300 Вт/(м·К), великий показник заломлення та дисперсія.
Діамант є широкозонним напівпровідником.У нього дуже низький коефіцієнт тертя по металу на повітрі - всього 0,1, що пов'язано з утворенням на поверхні кристала тонких плівок адсорбованого газу, які грають своєрідне мастило. Коли такі плівки не утворюються, коефіцієнт тертя зростає та сягає 0,6–1,0.
Висока твердість обумовлює винятковузносостійкість алмазу на стирання. Для нього також характерні найвищий (в порівнянні з іншими відомими матеріалами) модуль пружності і найнижчий коефіцієнт стиснення.
Температура плавлення становить приблизно 3 700-4000 ° C при тиску ~ 11 ГПа. На повітрі алмаз згорає при 850-1 000 ° C, а в струмені чистого кисню горить слабо-блакитним полум'ям при 720-800 ° C, повністю перетворюючись на вуглекислий газ.
Діамант може витримати п'ятикратний тиск у ядрі Землі
В кінці січня 2021 року вчені з'ясували, що алмаз витримує тиск, в п'ять разів перевищує тиск в ядрі Землі: структура матеріалу зберігається навіть при стисненні до 2 трлн паскалів.
Дослідження передбачає, що камінь єметастабільним при високому тиску: він зберігає свою структуру, не дивлячись на те, що в таких умовах очікується домінування інших, більш стабільних структур. Вивчення примх алмаза при екстремальному тиску може допомогти виявити внутрішню роботу багатих на вуглець екзопланет.
Багаті вуглецем планети можуть складатися з алмазів
За межами нашої Сонячної системи може існувати безліч планет, що складаються з діамантів. Так вважають науковці з Університету штату Арізона та університету Чикаго.
Вони висунули припущення, що багаті вуглецем екзопланети можуть складатися з алмазів і двоокису кремнію. На Землі діоксид кремнію зустрічається в основному у вигляді піску і кварцу.
Зірки та планети утворюються з газових хмар та космічного пилу. І саме склад газів визначає те, як виглядає та чи інша зірка та планета.
Планета з низьким відношенням вуглецю до кисню,як Земля, буде складатися з силікатів (солей і складних ефірів) та оксидів і буде містити мало алмазів. Частка алмазів на Землі становить всього 0,001% від її складу.
На відміну від нашого Сонця, в інших зірок може бути вище співвідношення вуглецю та кисню. І в поєднанні з водою в цьому середовищі можуть утворюватися планети, багаті на вуглецю.
Щоб перевірити цю гіпотезу, дослідницькагрупа провела експеримент, симітіровав хімічне зародження цих вуглецевих екзопланет за допомогою високих температур і тиску. Результати роботи в лабораторії показали, що при високій температурі і тиску карбід кремнію вступав в реакцію з водою і перетворювався в алмази і кремнезем.
Що ми знаємо про вуглецевих планетах?
Вуглецева планета — теоретичний різновид екзопланет земного типу, який був передбачений американським астрофізиком Марком Кюхнером.
Умовою для формування планет такого типує великий вміст вуглецю в протопланетному диску і малий вміст кисню. За хімічним властивості така планета буде досить сильно відрізнятися від планет земного типу, таких як Земля, Марс і Венера, які побудовані переважно на базі кремнію і кисню, і вуглецю в їх складі міститься не так багато.
Планета, ймовірно, матимезалізовмісне ядро, подібно до інших планет земної групи. Основу поверхні складатимуть переважно карбіди кремнію та титану, а також чистий вуглець.
Також можлива наявність областей, суцільно покритихкілометрами алмазів. Атмосфера буде складатися з вуглеводнів і діоксиду вуглецю. Життя на планеті цього класу потенційно можлива, якщо на планеті є вода, однак форми життя будуть різко відрізнятися від земної в зв'язку з малою кількістю кисню, якого буде недостатньо для формування органічних речовин земного типу.
Пульсар PSR 1257+12, можливо, має вуглецевіпланети, які сформувалися після вибуху наднової із вуглецевого шару колишньої зірки. Планети цього типу можуть бути біля галактичного ядра, де зірки містять багато вуглецю.
Діаметр і маса вуглецевих планет не відрізняються від звичайних планет, що містять переважно воду і з'єднання кремнію, тому розділити їх поки в разі виявлення не представляється можливим.
У 2014 році астрономи з Єльського університетупід керівництвом Джона Моріарті (John Moriarty) розробили модель, що дозволяє оцінювати склад екзопланет, засновану на змінах із роками у складі газоподібних дисків, у яких формуються планети.
Згідно з їхніми висновками, у дисках, де співвідношеннявуглецю і кисню перевищує 0,8, багаті на вуглецю планети можуть утворюватися далі від центру диска. Крім того, вчені вважають, що вуглецеві планети можуть формуватися в дисках, де співвідношення вуглецю і кисню є досить низьким (0,65), але в цьому випадку такі планети утворюються близько до своєї зірки.
Відповідно, багаті вуглецем планети можуть виявитися набагато поширенішим явищем, ніж вважалося раніше.
Художнє зображення вуглецевої планети. Колір планети темний і червонуватий внаслідок наявності вуглеводнів.
Читати далі
Аборти і наука: що буде з дітьми, яких народять
Радари виявили останній форт тлінкітов на Алясці. Його шукали понад 100 років
Третина перехворіли COVID-19 повертаються в лікарню. Кожен восьмий - вмирає