石墨粉里“飞”出金刚石
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:2016-12-16
提起
,人们就会联想到光彩夺目
、闪烁耀眼的情景
,它随着拥有者的活动而光芒四射
。但因它的昂贵价格
,大多数人只能望而却步
。尽管如此
,人们对钻石还是很向往的
。
你知道钻石是什么吗
?它的化学成分是碳(C)
,天然的钻石是由经过琢磨后才能称之谓“钻石”
。天然的钻石是非常稀少的
,世界上重量大于1000克拉(1克=5克拉)的钻石只有2粒
,400克拉以上的钻石只有多粒
,我国迄今为止发现的最大的金刚石重158.786克拉
,这就是“常林钻石”
。物以稀为贵
,正因为可做“钻石“用的天然金刚石很 罕见
,人们就想“人造“金刚石来代替它
,这就自然地想到了金刚石的“孪生“兄弟--了
。
金刚石和石墨的化学成分都是碳(C)
,科学家们称之为“同质多像变体”
,也有人称“同素异形体”
。从这种称呼可以知道它们具有相同的“质”
,但“形”或“性”却不同,且有天壤之别
,金刚石是目前最硬的物质
,而石墨却是最软的物质之一
。大家都知道铅笔芯就是用石墨粉和粘土配比而制成的
,石墨粉多则软
,用“B“表示
,粘土掺多了则硬
,用“H”表示
。矿物学家用摩氏硬度来表示相对硬度
,金刚石为10
,而石墨的摩氏硬度只有1
。它们的硬度差别那么大
,关键在于它们的内部结构有很大的差异
。
石墨内部的碳原子呈层状排列
,一个碳原子周围只有3个碳原子与其相连
,碳与碳组成了六边形的环状
,无限多的六边形组成了一层
。层与层之间联系力非常弱
,而层内三个碳原子联系很牢
,因此受力后层间就很容易滑动
,这就是石墨很软能写字的原因
。
金刚石内部的碳原子呈“骨架”状三维空间排列
,一个碳原子周围有4个碳原子相连
,因此在三维空间形成了一个骨架状
,这种结构在各个方向联系力均匀
,联结力很强
,因此使金刚石具有高硬度的特性
。
石墨和金刚石的硬度差别如此之大
,但人们还是希望能用人工合成方法来获取金刚石
,因为自然界中石墨(碳)藏量是很丰富的
。但是要使石墨中的碳变成金刚石那样排列的碳
,不是那么容易的
。十八世纪后期
,人们就开始寻找合成的途径
,直至本世纪中叶
。1938年学者罗西尼通过热力学计算,奠定了合成金刚石的理论基础
,算出要使石墨变成金刚石
,至少要在15000个大气压
、摄氏1500度的高温条件下才可以
,到50-60年代建成了能达到上述条件的仪器装置
。石墨在5-6万大气压((5-6)103MPa)及摄氏1000至2000度高温下
,再用金属铁
、钴
、镍等做催化剂
,可使石墨转变成金刚石
。
目前世界上已有十几个国家(包括我国)均合成出了金刚石
。但这种金刚石因为颗粒很细
,主要用途是做磨料
,用于切削和地质
、石油的钻井用的钻头
。当前
,世界金刚石的消费中
,80%的人造金刚石主要是用于工业
,它的产量也远远超过天然金刚石的产量
。
最初合成的金刚石颗粒呈黑色
,0.5mm大小,重约0.1克拉(用于宝石的金刚石一般最小不能小于0.1克拉)
。现在我国研制的大颗粒金刚石达3mm以上
,美国
、日本等已制成6.1克拉多的金刚石
。盈彩说金刚石已从石墨中“飞”出
,宝石级的人造金刚石也会在不久的将来供应于市场
。
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