Как в домашних условиях сделать алмаз из графита: что для этого потребуется?
Что может быть общего у самого дорого в мире камня — алмаза — и обычного графита? Оба являются аллотропной формой одного и того же химического элемента — углерода. На этом общность не кончается, ведь из графита в настоящее время получают синтетические алмазы. Если такое превращение можно осуществить в химической лаборатории, то возможно ли воспроизвести данный процесс в домашних условиях и получить искусственные драгоценности?
Графит и алмаз
Графит — это самородный минерал, одна из аллотропных форм углерода. Каждый его атом ковалентно связан с тремя окружающими его атомами. В природе он образуется при высокой температуре в вулканических и магматических породах. Его добывают совместно с пиритами, гранатами, шпинелью. Встречается в кварцевых жилах, метаморфических породах, каменноугольных рудниках.
Изготовление алмазов в домашних условиях
Алмаз также является одним из аллотропов углерода. Однако из-за отличий в кристаллической решетке обладает совершенно другими свойствами. Атомы углерода находятся в состоянии SP3-гибридизации, каждый атом расположен в центре тетраэдра, образуемого окружающими атомами. Такая структура объясняет высокую твердость элемента.
Точной версии происхождения алмазов пока нет. Ученые выдвигают разные версии образования самого твердого минерала — магматическая, метеоритная, мантийная. Нередко алмазы образуются при столкновении метеоритов с земной корой. Также их находят в ассоциациях со сверхвысоким давлением.
В таблице представлены сравнительные физико-химические характеристики алмаза и графита:
| Характеристика | Графит | Алмаз |
| Твердость по шкале Мооса | 1 — один из самых мягких материалов. | 10 — эталон наивысшей твердости. |
| Плотность | 2,08-2,23 г/м³ | 3,47-3,55 г/м³ |
| Теплопроводность | 100-354,1 Вт/м*К | 900-2300 Вт/м*К, самое высокое значение среди всех твердых тел |
| Температура плавления | 300-3000 К | 1000-1200 К |
| Прозрачность | Непрозрачный | Прозрачный |
| Цвет черты | Черная | Отсутствует |
| Блеск | Металловидный | Алмазный |
| Сингония | Гексагональная | Кубическая |
Алмаз обладает высоким показателем преломления. Благодаря этому свойству, а также прозрачности и дисперсии кристалл образует уникальную игру света, что делает его самым дорогим драгоценным камнем в мире. Обычно он полностью прозрачный, однако в природе встречаются желтые, голубые и даже черные кристаллы, что объясняется присутствием примесей.
Можно ли получить алмаз из графита в домашних условиях?
Как сделать алмаз самостоятельно? Этот вопрос волнует многих начинающих любителей химии, которые узнают о том, что между графитом и алмазом есть много общего.
Если графит и алмаз — это форма одного химического элемента, значит есть возможность преобразовать один в другой. Однако как бы ни старались химики-любители, сделать это в домашних условиях невозможно. Дома нельзя создать необходимые условия для синтеза алмазов, ведь для этого потребуются высокие температуры, давление и вакуум.
Что же делать, если юному химику хочется вырастить кристалл самостоятельно? Драгоценный камень получить дома невозможно, зато можно вырастить соляной кристалл. Для этого в литре воды растворяют несколько столовых ложек соли. В раствор добавляют немного красителя, чтобы выращенный минерал был цветным. Затем в воду окунается скрепка, подвешенная на веревочке.
Через несколько дней скрепка полностью скроется под слоем соли. В течение всего периода времени маленькому экспериментатору будет интересно наблюдать за оседанием кристалликов соли на металлической скрепке.
Современные методы синтеза
Первые эксперименты по синтезу искусственных алмазов начались в середине XIX в. Однако впервые в мире создать синтетический алмаз удалось только в 1953 г. шведскому ученому Балтазару Платену.
Существует несколько технологий синтеза алмазов:
- Высокое давление и высокая температура — метод НРНТ. Это исторически первый способ искусственного получения алмазов. Затравку помещают в капсулу, которую загружают под пресс. В прессе поднимается температура до 1400°С, под воздействием температур и высокого давления изменяется кристаллическая структура углеродного элемента. Прессы бывают ленточными и кубическими, в них создается давление до 5 ГПА.
- Химическое осаждение из газовой фазы. Этот метод был открыт в 1980-х гг, и он не требует высокого давления. Рабочая камера заполняется специальными газами, которые способствуют росту алмазов.
- Детонация углеродсодержащей взрывчатки. Металлическая капсула заполняется графитовым порошком и помещается в камеру со взрывчаткой. Во время взрыва под высоким давлением и температурой получаются алмазные нанокристаллы.
- Ультразвуковая кавитация. Суспензию графита подвергают воздействию ультразвука. Это дешевый и простой способ получения алмазов, однако камни получаются невысокого качества.
Применение алмаза и графита
Где используется графит? Кроме изготовления грифелей карандашей, его применяют в следующих сферах и отраслях промышленности:
- создание электродов и нагревательных элементов;
- замедление нейтронов в ядерных реакторах;
- изготовление плавильных тиглей;
- создание деталей для атомно-силового и туннельного микроскопа;
- тепловая защита космических аппаратов;
- создание синтетических алмазов.
Натуральные алмазы подвергают обработке и получают из них прекрасные ювелирные камни — бриллианты. Бриллианты считаются самыми дорогими среди драгоценных камней.
Синтетические алмазы также имеют широкую сферу применения:
- Сверхтвердые режущие элементы. Поскольку алмазы являются самым твердым веществом, этим свойством пользуются при создании абразивных и режущих инструментов. Их даже используют для огранки натуральных, природных алмазов.
- Оптические элементы. Синтетические кристаллы применяются в лазерах и гиротронах.
- Топлопроводник. Благодаря высокой теплопроводности и низкой электропроводности алмазы используют как теплоотвод для лазерных диодов.
- Электроника. В лабораторных условиях создают транзисторы на основе искусственных камней, однако широкого коммерческого применения эта разработка пока не получила.
Синтетические алмазы используют и в ювелирной промышленности, они составляют 2% рынка. Самый большой ювелирный искусственный бриллиант весит 10,02 карат. Он был выращен в течение 300 часов. Синтетические камни стоят дешевле натуральных минералов, путем добавки различных примесей или радиоактивного воздействия им можно придать разные оттенки — голубой, желтый, розовый или зеленый.
Источник
Как вырастить алмаз в домашних условиях
Кристаллы – это твердые тела, молекулы или атомы, которые образуют кристаллическую решетку. Вырастить их можно с помощью процесса кристаллизации растворов, паров или расплавов, который начинается при определенных условиях, например, перенасыщении пара, переохлаждении жидкости.
- Как вырастить алмаз в домашних условиях
- Можно ли из графита сделать алмаз
- Как обработать алмаз
- — дистиллированная или кипяченая вода;
- — химическая посуда для приготовления раствора;
- — лабораторный фильтр, который можно заменить промокашкой или ватой;
- — чистый лист бумаги.
Для выращивания красивого кристалла правильной формы, необходим чистый раствор. Чтобы его приготовить потребуются: дистиллированная или кипяченая вода, химическая посуда для приготовления раствора, лабораторный фильтр, который можно заменить промокашкой или ватой, чистый лист бумаги.
Чтобы кристалл вырос большим и красивым, требуется много времени. Это сложный и длительный процесс, который требует осторожности и терпения. Сначала надо приготовить маленький кристаллик – затравку. Как только появятся первые кристаллики необходимо выбрать из них те, которые имеют наиболее правильную форму или которые больше всего нравятся.
Химический стакан наполните наполовину теплой водой и добавьте малыми порциями соль. Раствор перемешайте после каждой порции вещества. Как только оно перестает растворяться, все еще раз тщательно размешайте. Приготовленный раствор отфильтруйте в другой стакан, где будет расти кристалл, и накройте его бумагой. Уже через неделю кристалл заметно подрастет.
Следует присматривать за тем, чтобы при испарении раствора верхняя часть кристалла не оказалась на воздухе. Это его испортит. Чтобы такого не произошло, добавляйте раствор в емкость по мере необходимости.
Источник