石墨在什么情況下轉(zhuǎn)變成金剛石?
來源:新能源網(wǎng)
時(shí)間:2024-08-17 13:06:35
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石墨在什么情況下轉(zhuǎn)變成金剛石?【專家解說】:金剛石和石墨的化學(xué)成分都是碳(C),科學(xué)家們稱之為“同質(zhì)多像變體”,也有人稱“同素異形體”。從這種稱呼可以知道它們具有相同的“質(zhì)”,但“
【專家解說】:金剛石和石墨的化學(xué)成分都是碳(C),科學(xué)家們稱之為“同質(zhì)多像變體”,也有人稱“同素異形體”。從這種稱呼可以知道它們具有相同的“質(zhì)”,但“形”或“性”卻不同,且有天壤之別,金剛石是目前最硬的物質(zhì),而石墨卻是最軟的物質(zhì)之一。大家都知道鉛筆芯就是用石墨粉和粘土配比而制成的,石墨粉多則軟,用“B“表示,粘土摻多了則硬,用“H”表示。礦物學(xué)家用摩氏硬度來表示相對(duì)硬度,金剛石為10,而石墨的摩氏硬度只有 1。它們的硬度差別那么大,關(guān)鍵在于它們的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有很大的差異。
石墨內(nèi)部的碳原子呈層狀排列,一個(gè)碳原子周圍只有3個(gè)碳原子與其相連,碳與碳組成了六邊形的環(huán)狀,無限多的六邊形組成了一層。層與層之間聯(lián)系力非常弱,而層內(nèi)三個(gè)碳原子聯(lián)系很牢,因此受力后層間就很容易{TodayHot}滑動(dòng),這就是石墨很軟能寫字的原因。
金剛石內(nèi)部的碳原子呈“骨架”狀三維空間排列,一個(gè)碳原子周圍有4個(gè)碳原子相連,因此在三維空間形成了一個(gè)骨架狀,這種結(jié)構(gòu)在各個(gè)方向聯(lián)系力均勻,聯(lián)結(jié)力很強(qiáng),因此使金剛石具有高硬度的特性。
石墨和金剛石的硬度差別如此之大,但人們還是希望能用人工合成方法來獲取金剛石,因?yàn)樽匀唤缰惺?碳)藏量是很豐富的。但是要使石墨中的碳變成金剛石那樣排列的碳,不是那么容易的。十八世紀(jì)后期,人們就開始尋找合成的途徑,直至本世紀(jì)中葉。1938年學(xué)者羅西尼通過熱力學(xué)計(jì)算,奠定了合成金剛石的理論基礎(chǔ),算出要使石墨變成金剛石,至少要在15000個(gè)大氣壓、攝氏1500度的高溫條件下才可以,到50-60年代建成了能達(dá)到上述條件的儀器裝置。石墨在 5-6萬大氣壓((5-6)×103MPa)及攝氏1000至2000度高溫下,再用金屬鐵、鈷、鎳等做催化劑,可使石墨轉(zhuǎn)變成金剛石。
目前世界上已有十幾個(gè)國家(包括我國)均合成出了金剛石。但這種金剛石因?yàn)轭w粒很細(xì),主要用途是做磨料,用于切削和地質(zhì)、石油的鉆井用的鉆頭。當(dāng)前,世界金剛石的消費(fèi)中,80%的人造金剛石主要是用于工業(yè),它的產(chǎn)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過天然金剛石的產(chǎn)量。
最初合成的金剛石顆粒呈黑色,0.5mm大小,重約0.1克拉(用于寶石的金剛石一般最小不能小于0.1克拉)?,F(xiàn)在我國研制的大顆粒金剛石達(dá)3mm以上,美國、日本等已制成6.1克拉多的金剛石。我們說金剛石已從石墨中“飛”出,寶石級(jí)的人造金剛石也會(huì)在不久的將來供應(yīng)于市場(chǎng)。
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