при каком давлении уголь превращается в алмаз
Можно ли сделать алмаз из угля?
Химики шутят: если очень сильно надавить на уголь, то получится алмаз. Эту идею в разные времена эксплуатировали авторы фантастических историй, кинорежиссеры, мультипликаторы и разработчики компьютерных игр, благодаря чему многие люди верят, что кусок угля действительно можно превратить в драгоценный алмаз. Один только Супермэн убедил в этом не одно поколение своих поклонников.
В принципе, понятно, откуда возникла данная идея. Уголь, в своей основе, и алмаз являются формами одного и того же химического элемента – углерода. И, действительно, высокое давление – это ключевой фактор как в процессе превращения разлагающихся углеродных форм жизни (например, растений) в уголь, так и в процессе формирования алмазов. Но в реальности все значительно сложнее.
Химический состав угля сильно отличается от алмаза.
Алмаз представляет собой чистый углерод в хорошо выраженной кристаллической форме. Это прозрачный и чаще всего бесцветный кристалл, хотя бывают и цветные алмазы: желтые, голубые, розовые и даже черные. Такое цветовое отступление от правила связано с особенностями природных условий формирования кристалла и с наличием в нем примесей. К примеру, присутствие в структуре алмаза атомов бора придает кристаллу желтый оттенок, а азот – голубой. Стоит отметить, что речь идет об очень малом количестве примесей – порядка одного атома на миллион.
Основой угля является углерод, однако, назвать его чистым нельзя. В угле содержится множество примесей, включая водород, азот, кислород, серу, мышьяк, селен и ртуть. Кроме того, уголь, в зависимости от своего происхождения и возраста, содержит различные органические соединения.
Чтобы стать алмазом, углероду недостаточно высокого давления. Процесс также требует очень высокой температуры (тысяч градусов). Только в таких условиях может сформироваться особая кристаллическая решетка алмаза. При одновременном воздействии температуры и давления на углерод каждый его атом связывается с четырьмя соседними атомами, образуя очень прочную структуру. Именно строению кристаллической решетки алмаз обязан своей твердостью. Каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших атома. Если бы в составе присутствовали примеси, как в угле, такая связь образоваться бы не могла.
Искусственные алмазы люди все-таки научились создавать. Производят их из графита.
Графит, как и алмаз, является аллотропной формой углерода. С виду он напоминает уголь, но отличается от него свойствами, цветом и наличием кристаллической решетки. Уголь не имеет никакой кристаллической структуры.
Структура графита совсем не похожа на структуру алмаза. Графит образован параллельными слоями, состоящими из атомов углерода, расположенных по углам правильных шестиугольников. Слои отстоят друг от друга на значительном расстоянии и к тому же сдвинуты относительно друг друга. Это строение и объясняет свойство графита расслаиваться на чешуйки, благодаря чему он применяется для изготовления карандашей и в качестве смазочного материала.
Долгие попытки получить искусственный (синтетический) алмаз увенчались успехом в середине двадцатого века. Получение искусственных алмазов из графита при современном уровне развития химии и технологии уже не является проблемой, но требует дорогостоящего оборудования.
То, что природа делает за миллионы лет, человек теперь может сделать за гораздо более короткий срок. Главное – воспроизвести условия, в которых в природе одна форма чистого углерода переходила в другую, то есть создать высокую температуру и очень высокое давление. Существует несколько способов сделать это. Правда, искусственные алмазы получаются довольно мелкими, и объем их производства относительно небольшой. К примеру, московская лаборатория может вырастить до 1 килограмма алмазов в год.
Кстати, существует и искусственный графит. В отличие от алмаза его производят и используют в промышленных масштабах. А получают искусственный графит из угля.
Как самому сделать алмаз и возможно ли это в домашних условиях — лучшие способы
Вопрос, как сделать алмаз своими руками, минуя многовековые природные процессы, приходил в голову тысячам людей. Первым ответ нашел советский физик, положивший начало процессу. Есть способы получения камня дома.
Первые искусственные алмазы
Выращивание алмазов осуществляется с 1953 г. Первой производство синтетических кристаллов наладила Швеция. В СССР разработки велись с 1938 г. ученым Лейпунским, внесшим основной вклад в определение нужных условий, чтобы сделать из графита дорогой самоцвет.
Первый советский лабораторный камень был получен в 1961-м.
Далее много стран (Бельгия, США, Англия, Япония и др.) наладили производство искусственных алмазов. Для этого использовались иные методы:
Можно ли из графита получить алмаз
300 лет назад уголь, графит и алмаз и относились к совершенно разным веществам. В 17-м веке появились первые исследования, подтверждающие родство непохожих друг на друга предметов.
В Англии Теннант, занимавшийся химией, смог сделать опыт, выявивший, что все они состоят из углерода. Действительно, внешне ни о каком сходстве не может быть и речи.
В 1955 году эксперимент увенчался успехом – путем воздействия температуры и давления слоистая кристаллическая решетка графита перестроилась до тетраэдрической алмазной.
Условия превращения графита в алмаз:
Современные методы синтеза алмазов из графита
Искусственный алмаз можно сделать из богатых углеродом веществ (сажи, графита, сахарного угля и др.) при высоком давлении (более 50 тысяч атмосфер) и температуре выше 1200 °С с добавлением катализаторов. Кристаллы нарастают в метане.
Выпускаемые синтетические камни отличаются по прочности:
Сделать синтетический алмаз из графита можно путем соблюдения этапов сложного технологического процесса.
Самостоятельное получение алмаза из графита
Есть 2 основных способа, позволяющих вырастить довольно крупный алмаз в домашних условиях.
1-й способ
Чтобы своими руками быстро сделать алмаз из графита, потребуется:
Суть процесса такова:
После прохождения электрического заряда графит преобразуется в алмаз. Нужно соблюдать меры предосторожности при работе с электроприборами. При пропускании тока емкость может представлять опасность.
По теме видеоролик:
2-й способ
Настоящий алмаз можно сделать из графита более безопасным способом. Для него необходимы:
Вначале нужно смешать сухие компоненты, затем залить дистиллятом и оставить на сутки. Далее образовавшийся раствор сливается в другую емкость, лучше – с узким горлом, но не выливается совсем, он еще пригодится.
На дне тары обнаруживаются кристаллы – основа будущего камня. Самый крупный привязывается к одному концу нити и опускается в слитый раствор. Второй конец привязывается на зубочистку, карандаш или любую деревянную палочку, расположенную сверху посуды с раствором.
При испарении воды на кристаллической основе будут оседать новые составляющие будущего камня. Если раствора много, то можно сделать несколько точек наращивания самоцвета одновременно. Для получения крупного камня раствор готовится повторно. Новая порция подливается по мере испарения предыдущей.
Для повторного получения жидкости можно растворить в теплой воде маленькие кристаллы, образовавшиеся на дне тары.
Чтобы сделать минерал успешно, нужно соблюдать условия:
Смотрите как на практике можно самому вырастить кристалл:
Можно ли из угля получить алмаз
Вырастить бриллиант в домашних условиях из угля вполне реально. Для этого будут нужны:
Для отслеживания процесса пригодится микроскоп, но и без него осуществится рост самоцвета. Этапы выращивания:
Процесс идет очень медленно – за год нарастает 0,01 карата. Поэтому чем больше кристалл для затравки, тем скорее пойдет рост.
В дополнение к теме видео, как происходит процесс изготовления алмаза из стекла:
Сделать алмаз своими руками и без существенных затрат – это реально. Полученные камни можно использовать для создания декора, украшения интерьера. Главное, что нужно при выращивании самоцвета, – это терпение.
Хотите сделать алмаз сами? Имеете опыт выращивания? Расскажите в комментариях. Поделитесь информацией с друзьями и знакомыми – она будет им интересна.
Могу ли я сделать бриллианты дома?
Кроме того, становится ли уголь алмазом?
Таким образом, можно ли приготовить из камня кристаллы в микроволновой печи? к do Итак, небольшой рок помещается в чашку с водой и помещается в микроволновая печь в течение трех минут. Внутри каждого из камни могут видно, что они кристаллизовались в результате воздействия тепла, в результате чего кристаллов сформировать в горные породы пузырьки газа.
Сколько времени нужно, чтобы уголь превратился в алмаз?
Как уголь превращается в алмаз?
когда уголь добывается, майнеры идут прямо к источнику, где уголь сформирован. бриллиантыс другой стороны, они приближаются к поверхности достаточно близко, чтобы их можно было заминировать в результате извержений вулканов. Кроме того, углерод, образующий бриллианты намного чище, чем то, что образует уголь.
Можете ли вы сжать уголь в алмаз?
Можете ли вы превратить грифель карандаша в алмаз?
In графит, атомы углерода расположены в плоских листах, которые может легко скользят друг относительно друга. Такая структура делает материал очень мягким и может использоваться в таких продуктах, как карандашный грифель. один способ превратить графит в алмаз это путем приложения давления.
Сколько времени нужно, чтобы уголь стал бриллиантом?
Можем ли мы делать бриллианты?
Сколько времени нужно, чтобы сделать бриллиант?
Из-за огромного давления, которое присутствует в этой части земли, а также из-за экстремальных температур, постепенно начинает формироваться алмаз. Весь процесс занимает от 1 миллиарда до 3.3 миллиард лет, что составляет примерно от 25% до 75% возраста нашей Земли.
Можно ли сделать алмаз в скороварке?
Можем ли мы сделать искусственный уголь?
Какое давление необходимо для изготовления бриллиантов?
Под давлением примерно 725,000 фунтов на квадратный дюйм и при температуре 2000-2200 градусов по Фаренгейту алмаз начнет формироваться. Атомы углерода соединяются вместе, образуя кристаллы под этим высоким давление и температура.
Как сделать древесный уголь?
Как сделать бриллианты из арахисового масла и угля?
Для начала вам понадобится всего несколько вещей. Возьмите банку арахисовое масло, кусок горячего уголь (сделать конечно вы используете уголь и не древесный уголь) и лед. С помощью щипцов замочите горячий кусок уголь в арахисовое масло и сделать обязательно покрыть весь кусок. Затем поместите арахис маслянистый уголь в миске со льдом.
В чем разница между углем и древесным углем?
Coal это минерал, и древесный уголь не является. На производство уголь, в то время как древесный уголь может быть легко произведен. Уголь производит больше тепла и чище, чем уголь. Coal в основном является результатом ископаемого топлива, которое формировалось в течение многих лет, в то время как источник древесный уголь медленно горящая углеродистая древесина.
Почему арахисовое масло превращает древесный уголь в кристалл?
Там is видео, показывающее, как кто-то кладет горячий уголь в арахисовое масло, и это превращаться в алмаз или кристалл. Кажется слишком хорошо в будь настоящим. Высокое давление мантийной силы углерод диоксид из горных пород в богатые железом минералы, которые удаляют кислород, оставляя углерод к сформировать ромб.
Потому что все продукты питания (и все живое) содержать углерод, исследователи успешно сделали бриллианты из всеми любимого ингредиента для сэндвичей: арахисовое масло. Однако водород, связанный с углерод in арахисовое масло по всей видимости делает сделать процесс более беспорядочным.
Как делают настоящие бриллианты?
бриллианты сформировались в мантии Земли где-то от 1 до 3 миллиардов лет назад. Образуется под воздействием тепла и давления, бриллианты затем доставляются на поверхность Земли в результате извержений вулканов из глубинных источников или движения зон субдукции, которые приносят бриллианты до дна океана.
Какой камень у алмазов?
Из чего сделаны бриллианты?
натуральный бриллианты образуются очень глубоко под земной корой, в верхней каминной полке, которая сделанный из расплавленная порода, металлы и другие материалы. Они состоят из чистого углерода, который миллионы лет подвергался воздействию огромных температур.
Где в мире находят алмазы?
Где в мире находят алмазы?
Ты не можешь превратить древесный уголь or уголь и арахисовое масло в a кристалл дома, нагревая древесный уголь or уголь и вставив это в арахисовое масло и лед. Однако ученые могут очередь много богатых углеродом веществ в кристалл в лаборатории.
Как сделать бриллиант в маленькой алхимии?
Coal. Coal не является минералом, потому что не может быть выражен химической формулой и, следовательно, не имеет определенного кристаллического состав. Coal преимущественно углерод. Образец на фото битумный. Coal, с содержанием углерода около 90% и рейтингом БТЕ более 13,000 БТЕ / фунт.
Coal не классифицируется как минеральный потому что он сделан из органических материалов. Coal образуется из останков мертвых растений и животных, которые
Как сделать жеоды?
Можно ли делать алмазы из угля в Майнкрафте?
Как сделать уголь самостоятельно?
Можно ли сделать бриллианты в скороварке?
Чтобы добиться правильного количества давление, являетесь нужно продолжать ставить скороварки внутри другого скороварки, как матрешки. В давление будет стек, и если вы поместите уголь в самый сокровенный скороварка, являетесь должен получить бриллианты.
Действительно ли арахисовое масло превращает уголь в кристалл?
Сколько времени нужно, чтобы сделать бриллиант, сделанный руками человека?
Может ли натуральное арахисовое масло испортиться?
Ты не можешь превратить древесный уголь or уголь и арахисовое масло в a кристалл дома, нагревая древесный уголь or уголь и вставив это в арахисовое масло и лед. Однако ученые могут очередь много богатых углеродом веществ в кристалл в лаборатории.
Синтез алмаза при высоких давлениях
Для создания высоких давлений нужно либо уменьшить объем исследуемого образца при постоянной температуре, либо нагреть его при постоянном объеме. Еще лучше, если удается уменьшить объем вещества при повышении его температуры. Все это может обеспечить специальная аппаратура.
Статические давления создают мощные прессы, усилия которых передаются камере высокого давления. Гидравлический пресс развивает усилие до десятков тысяч тонн на определенной площади. Рабочая камера концентрирует это усилие на площадке в несколько квадратных сантиметров. Аппарат, соединяющий пресс, создающий усилие, и камеру, концентрирующую усилие в рабочем объеме, называют мультипликатором. Отношение удельного давления, получаемого в рабочем объеме, к давлению, создаваемому прессом, называется коэффициентом мультипликации. Естественно, чем больше коэффициент мультипликации, тем большее давление в рабочей зоне камеры высокого давления. С мультипликацией давления мы сталкиваемся и в повседневной жизни: рука вместе с иглой представляет собой мультипликатор. Если интересно, подсчитайте, каково давление на острие иглы диаметром 0,1 мм, если вы прикладываете усилие в 1 кг (а если хотите, можете приложить и больше).
Значительно уменьшать площадь рабочего пространства камеры нельзя. Это объясняется тем, что, во-первых, с рабочей зоной малого объема очень трудно работать, а во-вторых, самые лучшие материалы не выдерживают больших нагрузок. Если приложенное усилие превышает предел прочности материала, он разрушается, ограничивая тем самым увеличение давления.
Позже было предложено много различных конструкций камер высокого давления: сферическая пресс-форма, тетраэдрическая камера с направляющими конусами и др. За рубежом широкое распространение получила камера типа «белт» (пояс), сконструированная Холлом и Банди. Ряд оригинальных конструкций создали ученые и инженеры Советского Союза. Бутузов с сотрудниками разработал шестипуансонную камеру. Широко применяется камера совместной конструкции специалистов Института физики высоких давлений АН СССР и Института сверхтвердых материалов АН УССР. Она напоминает чашеобразные наковальни, в которые закладывается реакционный контейнер, по форме близкий к чечевице. Такая установка позволяет получать давления до 200 кбар и температуры до 3000 °К.
Реакционную зону нагревают, пропуская через нее электрический ток, причем контактами служат сами наковальни. Сейчас при синтезе сжимают и нагревают не сам образец, а реакционный контейнер. Он выполняет целый ряд функций: во-первых, передает давление от наковальни к образцу; во-вторых, образовывает запирающее кольцо между пуансонами. При сжатии материал контейнера вытекает между пуансонами и образует запирающее кольцо. В рабочей камере устанавливается равновесие между силой трения, препятствующей вытеканию, и силой, выталкивающей материал контейнера.
Материал контейнера должен хорошо передавать гидростатическое давление, иметь низкие теплопроводность и электропроводность, высокую температуру плавления, малую сжимаемость, по возможности не вступать в химическую реакцию с используемыми образцами. Чаще всего контейнер делается из пирофилита, литографского камня (известняк с примесью высокодисперсной глинистой составляющей> талька (водный силикат магния).
Давление в реакционном объеме измеряется методом фиксирования фазовых переходов, использующим тот факт, что при фазовом переходе резко меняются многие свойства веществ. Основу метода заложили исследования Бриджмена, установившего соотношение между электрическим сопротивлением и давлением для многих элементов и соединений. В этом методе широко используется висмут, образующий при различных приложенных к нему давлениях целый ряд полиморфных модификаций. Так, висмут I переходит в висмут II при 25 кбар, причем сопротивление его уменьшается на 83%; висмут II, в свою очередь,- в висмут III при 27 кбар с увеличением сопротивления вдвое. Наконец, когда висмут V переходит в висмут VII с уменьшением сопротивления, давление в реакционной камере составляет 89 кбар.
Температура в реакционной камере измеряется разными методами. Ее можно грубо оценить по потребляемой мощности. Используют и наблюдения плавления некоторых металлов (вводя, естественно, поправку на влияние давления). Но наиболее распространено измерение температуры термопарами, вводимыми непосредственно в реакционную камеру.
Разумеется, во всех методах измерения давлений и температур есть много особенностей и экспериментальных тонкостей, которые следует учитывать исследователю.
Схема устройства для синтеза алмазов при высоких давлениях. Статическое давление создают мощные прессы, усилия которых передаются камере высокого давления. Гидравлический пресс развивает усилие до десятков тысяч тонн на определенной площади
‘Наковальня Бриджмена’- первый вариант камеры, способной долго держать высокие давления и температуру. Два симметричных сердечника из твердого сплава заделаны в обойму из твердой стали
Мы говорим об атомах углерода, растворенного в металле, в действительности же металл может образовывать различные соединения с углеродом, например карбиды, в том числе и метастабильные. Возможно, именно эти карбиды являются переносчиками углерода к растущему алмазу. Во всяком случае, металл или сплав, применяемый при синтезе алмаза, должен хорошо смачивать алмаз и графит, растворять углерод, а также обладать достаточно низкой температурой плавления (иначе температура синтеза, а следовательно, и прилагаемое давление будут очень высоки).
Существенное влияние на скорость синтеза и на выход алмаза в одном пресс-спекании (т. е. в одном опыте) оказывает род используемого углеродистого материала и его дисперсность. Известный исследователь углеграфитовых материалов В. И. Косаточкин показал, что на переход в алмаз влияет способность углеродных материалов графитироваться, т. е. образовывать характерную для графита структуру. Если исходный материал графитируется, то синтез заканчивается быстрее и выход алмаза больше, чем в случае неграфитирующегося углеродного материала.
Комбинаций металлов, сплавов и различных углеродистых материалов великое множество. Вот, например, состав смеси для выращивания алмазов, предложенный в Японии фирмой К. К. Комацу Сэйсакусе: «Смесь представляет собой агломерат тонкого порошка каталитического металла и углеродистого порошка неалмазной структуры, например графита, в которой содержание углеродистого компонента составляет менее 6-40% от величины, необходимой для насыщения углеродом в условиях выращивания кристаллов алмаза.
Зона расплавленного катализатора перемещается по углеродсодержащей заготовке, причем положение задается с помощью местного температурного градиента, наложенного на заготовку и движущегося по ее длине. Зону плавления получают в обычном аппарате давления с помощью спирального нагревательного элемента, имеющего набор секционных соединений. Ток каждой секции регулируют таким образом, чтобы образовать нужный температурный профиль с локальным пиком температуры для создания зоны плавления и чтобы обеспечить перемещение этого пика вдоль заготовки».
Шестипуансонная камера для создания высоких давлений, сконструированная советскими учеными
Сопоставлять экспериментально найденное после синтеза число кристаллов алмаза со скоростью зарождения следует с большой осторожностью. Обычно это делается так. После пресс-спекания и последующей химической очистки алмаза от металла и не-прореагировавшего графита подсчитывается число кристаллов алмаза. Однако при выделении алмаза после синтеза неизбежно теряется самая мелкая фракция алмазов: она не улавливается даже лучшими центрифугами. Поэтому подсчет числа кристаллов после синтеза показывает лишь качественную картину: при каких параметрах достигается большая скорость образования кристаллов алмаза, но не дает количественной (численной) зависимости: сколько именно алмазов может получиться при данных параметрах.
Образование зародышей и рост алмаза. Рост алмаза можно разбить на две основные стадии: зародышеобразования (стадию нуклеации) и роста появившегося кристалла.
Образование и рост кристаллов алмаза в расплавленном металле при статическом давлении
Давайте теперь сравним эти два случая нуклеации.
Оценки скорости гетерогенной нуклеации дают более привлекательные величины, следовательно, алмаз начинает кристаллизоваться на каких-то инородных поверхностях. Действительно, во многих синтетических алмазах наблюдаются включения графита и карбидов металлов. Природные алмазы также часто содержат включения сопутствующих минералов.
Калашников далее делает предположение о том, что атомы металлов проходят (диффундируют) между сетчатыми (толщиной в один атом) плоскостями в графите, разрушают графитовые типы связей и превращают их в алмазные. Иначе говоря, имеется своеобразная иголка, соединяющая сетчатые плоскости графита в алмазный кристалл.
Однако это не единственно возможный механизм превращения. Авторами настоящей книги было показано, что частицы графита определенной формы могут перейти в алмаз сами по себе, поскольку их существование в виде алмаза термодинамически более выгодно, т. е. состояние в виде алмаза имеет меньшую энергию. Поэтому механизм самой начальной стадии образования алмаза при высоких давлениях можно представить себе следующим образом. В раствор металла переходят различной формы частицы графита.
Для некоторых из них возможен переход в алмаз, что и происходит. Эти зародыши алмаза растут дальше, а не перешедшие в алмаз частицы графита растворяются.
Растворенный углерод идет на подпитку растущего алмаза. Такая теория объясняет роль металлов, используемых при синтезе алмаза, как растворителей и своеобразных катализаторов (ускорителей химического процесса). Действительно, для того чтобы образовался зародыш алмаза, частицы графита должны перейти в раствор. Это делает металл растворителем. Причем перспективнее для синтеза те металлы, на границе с которыми поверхностная энергия алмаза наименьшая. Это облегчает образование алмаза, и такое действие металла условно можно назвать каталитическим.
Одновременно такой подход позволяет указать на необходимые свойства графитовых материалов, применяемых при синтезе алмаза. Очевидно, графитовый материал должен уже в себе содержать те частицы, которые способны перейти далее в алмаз, т. е. он должен обладать определенной структурой. Имеется целый ряд углеграфитовых материалов, которые легко растворяются в расплавленных металлах, но, не обладая кристаллической структурой, не способны давать алмаз при синтезе. К таким материалам относятся в первую очередь некоторые виды стеклоуглерода и сажа.
Пусть тем или иным способом образовался критический зародыш алмаза, способный (были бы условия!) расти дальше. Маленький кристаллик будет расти в пересыщенной по отношению к алмазу среде, присоединяя атомы (возможно, и целые блоки) углерода графита. Исследования показали, что в начальный момент скорость роста алмаза очень велика и может достигать 60 микрон в секунду. Затем скорость роста уменьшается. Кристаллы алмаза разных форм при одних и тех же условиях имеют разные скорости роста. Наибольшая начальная линейная скорость роста наблюдается для кубоэктаэдров.
Весь процесс роста кристалла алмаза можно грубо представить следующим образом. Графит и алмаз разделены слоем металла. В области стабильности алмаза концентрация углерода в жидком металле в равновесии с графитом выше, чем в равновесии с алмазом. Поэтому в этой области графит может растворяться, а алмаз расти. Атомы углерода графита диффундируют через слой металла и высаживаются на алмазе.
При росте алмаза действует общий закон: чем выше температура, тем быстрее завершается синтез, мельче, дефектнее и хуже огранены кристаллы алмаза. Однако при прочих равных условиях выход алмаза на одно пресс-спекание повышается.
Промышленности требуются алмазы самые различные, поэтому алмазы и синтезируются в самых разных условиях.
Теперь мы знаем, как получают алмаз при высоких давлениях, т. е. в области его стабильности. А возможен ли синтез алмаза в области стабильности графита?