Węgiel — odmiany alotropowe

Diament

Odmiany alotropowe węgla
Alotropia – zdolność pierwiastka do występowania w różnych odmianach krystalograficznych, to znaczy, że odmiana składa się z takich samych atomów lecz są w różny sposób ze sobą połączone.
Węgiel występuje w kilku odmianach alotropowych, do najbardziej znanych należą diament i grafit oraz trzecia odmiana fulereny.
Diament – Tworzy zazwyczaj niewielkie kryształy przyjmujące postać ośmiościanu, rzadziej sześcianu. Duża część kryształów ma zaokrąglone kształty oraz wykazuje zbliźniaczenia. W przyrodzie stanowi jedną z trzech, obok grafitu i fulerenów, odmian alotropowych węgla.
Jest kruchy (rozpryskuje się pod wpływem uderzenia), przezroczysty; zwykle zawiera śladowe ilości azotu, glinu, boru, manganu, krzemu, magnezu, chromu.
Są w nim spotykane różne wrostki mineralne reprezentowane przez: oliwin, granat, pirop, pirotyn, ilmenit, rutyl, grafit, diopsyd, spinel oraz wcześniej wykrystalizowane diamenty. Rodzaj tych inkluzji pozwala na precyzyjne określenie miejsca pochodzenia danego kamienia. Minerał bardzo rzadki.

Struktura diamentu
Ze względu na cechy zewnętrzne wyróżnia się kilka typów diamentów:bort - występuje w postaci nieregularnych zrostów ziarnistych, drobnokrystalicznych skupień.
ballas - promieniste skupienia kryształów diamentu.
  • Karbonado - zwany też czarnym diamentem, występuje w postaci drobnoziarnistych, porowatych skupień zabarwionych na czarno, szaro lub ciemnozielono o różnej wielkości aż do wielkości jaja, przypominające z wyglądu kokos - spotykane przede wszystkim w Brazylii.

  • Grafit

    Grafit 
    Struktura grafitu składa się z warstw, w których występują sprzężone, sześcioczłonowe aromatyczne układy cykliczne, podobne do benzenu (C6H6). Podobnie jak to jest w benzenie, każde wiązanie C-C w warstwie ma charakter zdelokalizowanego, „1.5 krotnego” wiązania aromatycznego. Wiązania te tworzą obszary zdelokalizowanych orbitali π, które, podobnie jak to się dzieje w metalach umożliwiają swobodny ruch elektronów równolegle do warstw, dzięki czemu grafit wykazuje stosunkowo wysokie przewodnictwo elektryczne.
    Między warstwami występują jedynie słabe oddziaływania Van der Waalsa, nie występuje tam wiązanie chemiczne. Odległości między sąsiednimi atomami węgla w jednej warstwie wynoszą 1.42 Å (czyli 0,142 nm), zaś między warstwami 3,35 Å (0,335 nm). Powoduje to, że grafit wykazuje znaczną anizotropię (czyli kierunkowość) różnych własności fizycznych. Np: Monokryształy grafitu przewodzą dobrze prąd elektryczny w kierunku równoległym do warstw i znacznie gorzej w kierunku prostopadłym.
    Ze względu na to, że grafit techniczny jest zlepkiem niewielkich monokryształów, wykazuje on wysoką odporność mechaniczną na ściskanie i niewielką na rozciąganie i ścinanie. Jest więc jednocześnie twardy, łupliwy i podatny na ścieranie.
    Te szczególne własności mechaniczne powodują, że grafit posiada wyjątkowe dobre własności smarujące. Podczas poddawania go siłom ścinającym jakie występują między obracającymi się zębatkami, lub zębatkami i łańcuchem, ulega on rozdrobnieniu do postaci proszku, o mikrometrycznych rozmiarach drobin. Każda z tych drobin zachowuje jednak dużą odporność na ściskanie co prowadzi do zjawiska supersmarowania.
    Mikrokryształki grafitu są głównym składnikiem sadzy. Również w strukturze węgla kamiennego występują grafitopodobne struktury przedzielone fazą amorficzną.
    Cullinan
    największy znany diament znaleziony 25 czerwca 1905 w Premier Mine w Pretorii w Republice Południowej Afryki przez Fredericka Wellsa. Miał wymiary 10x6x5 cm i ważył 3106 karatów, tzn. 621,2 g. Był on pierwotnie najprawdopodobniej jeszcze większy - wskazuje na to jego postać: nieregularny ośmiościan z widoczną płaszczyzną odłupania. Miejsce znajdowania się drugiej części nie jest znane.

     Kamień został zakupiony przez rząd Transwalu za 150 000 GBF i ofiarowany królowi Edwardowi VII na jego 66. urodziny. Do Londynu Cullinan dotarł zwykłą drogą pocztową, w skromnej paczce ze znaczkiem. Dla odwrócenia uwagi od rzeczywistego diamentu Interpol zorganizował głośną inscenizację rozgrywającą się na pokładzie królewskiego okrętu, na którym w zaplombowanym pudle miał być przewożony diament.
    Na polecenie króla amsterdamska firma braci Asscher dokonała podziału kamienia oraz jego oszlifowania. 10 lutego 1908 r. mistrzowskie cięcie powiodło się. Uzyskano 9 ogromnych kamieni i 96 mniejszych. Kamienie szlifowano wiele miesięcy.
    Bracia Asscher otrzymali od króla tytułem zapłaty 102 ze 105 kamieni.
    W 1910 r. ten bajeczny skarb odkupił od nich premier Afryki Południowej, Louis Botha, który za zgodą Parlamentu podarował go księżnej Walii, przyszłej królowej Mary.
    Dwa największe kamienie Cullinana I i II król Edward kazał umieścić w skarbcu korony.
    W następnym roku podarował królowej Aleksandrze Cullinana VI ważącego 11,5 karata.
    Z Cullinana uzyskano 105 brylantów (9 dużych i 96 mniejszych) o masie 1063,65 karata, co stanowi 34,25% masy początkowej i oznacza stratę sięgającą 65%.
    Największe to:
    Cullinan I (Wielka Gwiazda Afryki) – 530,2 karata,
    ma szlif w kształcie kropli, jest największym bezbarwnym szlifowanym diamentem na świecie. Zdobi berło Skarbu Korony Brytyjskiej i może być odczepiony i noszony jako brosza.
    Cullinan II (Mniejsza Gwiazda Afryki) – 317,4 karata,
    ma stary szlif brylantowy. Jest umieszczony w brytyjskiej koronie królewskiej. Nad nim znajduje się Rubin Czarnego Księcia o masie 317,4 karata (w rzeczywistości jest to spinel ofiarowany w XIV wieku Edwardowi z Woodstock , księciu Walii i Akwitanii zwanemu Czarnym Księciem).
    Cullinan III – 94,4 karata,
    ma szlif w kształcie kropli, początkowo zdobił diadem noszony przez królową Mary w dniu koronacji w 1911 roku.
    Cullinan IV – 63,6 karata,
    Cullinan V – 18,5 karata,
    Cullinan VI – 11,5 karata,
    Cullinan VII – 8,8 karata,
    Cullinan VIII – 6,8 karata,
    Cullinan IX – 4,39 karata.
    Właściwości:
    • Układ krystalograficzny - regularny
    • Twardość w skali Mohsa - 10, najtwardszy ze znanych minerałów
    • Łupliwość – doskonała według ścian ośmiościanu
    • Rysa - biała
    • Przełam - muszlowy
    • Gęstość – 3,47 – 3,56 - najczęściej: 3,52 g/cm3
    • Barwa - bezbarwny lub różne barwy obce
    • Połysk - diamentowy
    • Dyspersja - 0,044
    • ma właściwości półprzewodnikowe
    • dobrze przewodzi ciepło

    Grafit w przyrodzie bardzo rzadko spotyka się dobrze wykształcone kryształy. Najczęściej występuje w postaci agregatów łuseczkowych, blaszkowych lub w formie zbitej masy o szaroczarnej barwie. Jest minerałem giętkim, ale nie jest sprężysty. Jest krajalny i nieprzezroczysty, w dotyku jest tłusty i brudzi ręce.
    Darmowe strony internetowe dla każdego