Главная arrow Алмазы arrow От Ньютона до наших дней
 
 
Главное меню
Главная
Ювелирные изделия
Алмазы
Немного истории
Словарь ювелира
Архив ювелира
Ювелирная реклама
Блог
Поиск
Контакты
Карта сайта
Ювелирная информация
Ювелирные объявления о ювелирном искусстве

От Ньютона до наших дней PDF Печать E-mail
Рейтинг: / 1
ХудшаяЛучшая 
Оглавление
От Ньютона до наших дней
Страница 2
Страница 3
Страница 4

 

 

 

Графит — прекрасный проводник электрического тока, а алмаз обладает высоким электрическим сопротивлением. Удельное электрическое сопротивление алмаза равно в среднем 1012—1014 Ом-см. Алмаз сияет всеми цветами радуги, а графит тускл и невзрачен.

Пример алмаза и графита лишний раз убеждает ь том, что свойства вещества зависят не только от того, из атомов какого элемента оно состоит, но и от взаимного расположения и связей этих атомов, от его атомной структуры.

Можно  ли   «увидеть»   атомную   структуру   алмаза?

Известно, что размеры атомов, а также межатомные расстояния в кристаллах (как алмаз, так и графит принадлежат к классу кристаллических тел) измеряются в долях нанометра (один нанометр (нм) равен одной миллиардной доле метра). Даже микрометр, с которым в обыденной жизни ассоциируется предел точности, кажется гигантом по сравнению с этой мерой.

Мы видим предмет тогда, когда отраженные от него лучи попадают в сетчатку нашего глаза. Свет является посредником между нами и предметами окружающего нас мира. Чем меньше предмет, тем меньше света он отражает и тем хуже мы его видим. Усиливая отраженный свет с помощью оптических приборов, человек научился различать и такие мельчайшие организмы, как бактерии. Но даже в самый совершенный микроскоп принципиально невозможно разглядеть атом.

Длина видимого света в тысячи раз больше, чем размеры атома. Естественно, что атом не может отразить волну видимого света. Чтобы проникнуть в глубь кристалла, понадобился «инструмент» гораздо более тонкий, чем видимый свет. Наука того времени подобным инструментом не обладала. И прошло еще сто лет, прежде чем был сделан следующий существенный шаг на пути познания природы алмаза.

В конце 1895 года весь мир облетела сенсационная весть. Открыты невидимые лучи, обладающие сказочной способностью проникать сквозь непрозрачные преграды.

Автор этого открытия скромный профессор Вюрц-бургского университета (Германия) Вильгельм Конрад Рентген обрел мировую известность. В 1901 году он стал первым лауреатом Нобелевской премии по физике. Рентгеновские лучи, или Х-лучи, как назвал их первооткрыватель, почти сразу нашли применение в медицине. Легко проникая сквозь мягкие оболочки тканей, они дали возможность впервые увидеть внутренние органы живого человека и потому до сих пор имеют огромное значение.

Но можно ли с помощью рентгеновских лучей проникнуть в глубь неживой материи — кристалла и даже в глубь атома? По свидетельству одного из родоначальников советской физики академика Абрама Федоровича Иоффе, который с 1903 по 1906 год был ассистентом Рентгена и не порывал с ним научных контактов до самой смерти этого выдающегося ученого, Рентген предугадал такую возможность. Вскоре после своего открытия он провел ряд опытов в этом направлении. Они не увенчались успехом, потому что Рентген, который дал исчерпывающее описание свойств Х-лучей, тогда еще ничего не знал об их волновой природе.

В 1912 году немецкий физик Макс Лауэ и его сотрудники открыли явление дифракции (рассеяния) рентгеновских лучей при их прохождении через кристалл. Была неопровержимо доказана волновая природа втих лучей.

Оказалось, что кристалл является созданной самой природой идеальной трехмерной дифракционной решеткой для Х-лучей, так как расстояние между рассеивающими центрами (атомами) в кристалле одного порядка (0,1 нм) с длиной волны рентгеновских лучей.

В 1913 году одновременно и независимо друг от друга молодой английский физик Уильям Лоренс Брэгг и русский кристаллограф (впоследствии член-корреспондент Академии наук СССР) Георгий Викторович Вульф вывели уравнение, связывающее угол отклонения рентгеновских лучей, рассеянных кристаллом без изменения длины волны, с расстояниями между соседними атомными плоскостями. Это уравнение (в науке оно получило название «условие Брэгга — Вульфа») легло в основу метода рентгеновского структурного анализа.

В том же 1913 году У. Л. Брэгг и его отец, видный английский физик Уильям Генри Брэгг, используя этот метод, расшифровали структуру алмаза.

Как же выглядит «портрет» царя камней? Идеальный кристалл представляет собой тело, атомы которого расположены в строгом порядке и определенной последовательности. Поэтому, чтобы получить представление о строении (структуре) того или иного кристалла, достаточно рассмотреть только очень маленькую его часть, характерную для кристалла в целом. Такую часть принято называть элементарной ячейкой.

Элементарная ячейка структуры алмаза имеет форму куба. В каждой вершине этого куба расположено по атому. По одному атому находится также в центре каждой грани. Еще четыре атома размещаются внутри куба. Если мысленно разделить куб объему на восемь равных частей, то эти четыре атома располагаются в центрах таких восьмушек, причем восьмушки, содержащие по одному атому, чередуются с пустыми восьмушками.

Для того чтобы мысленно построить структуру алмаза, необходимо как бы уложить большое количество таких кубов вплотную друг к другу, чтобы они заполнили пространство без промежутков. Образуется пространственная решетка, в узлах которой находятся атомы. Она называется кристаллической решеткой. При подсчете количества атомов в элементарной кубической ячейке структуры алмаза следует учесть, что только четыре атома, находящиеся внутри куба, принадлежат ему безраздельно. Каждый из атомов, расположенных в центрах граней, является общим для двух ячеек, а каждый из атомов, находящихся в вершинах куба, общий для восьми ячеек. Следовательно, в каждом кубе содержится 8 атомов.

Средствами современной техники удалось с большой точностью измерить межатомные расстояния в кристалле алмаза. Оказалось, что расстояние между ближайшими атомами равно 0,154 нанометра. Величина ребра элементарной кубической решетки (постоянная решетки) равна 0,357 нанометра, а следовательно, ее объем равен 0,0454 кубического нанометра.

Так как на одну элементарную ячейку приходится восемь атомов, то легко подсчитать, что в одном кубическом сантиметре кристалла алмаза содержится 1,764х10 в 28 степени атомов. Это в несколько сот триллионов раз больше, чем численность населения всего земного шара.

Что же удерживает атомы в такой тесноте?

В атоме электроны движутся вокруг ядра по эдлипти» ческим орбитам. Наиболее близкие к ядру электроны вутренних орбит атома Ввстолько сильно связаны с ядром, что как бы составляют с ним единое целое. Относительно слабее связаны с ядром электроны внешней орбиты, так называемые валентные электроны. Они-то участвуют в образовании межатомных связей.

Каждый атом углерода в структуре алмаза имеет четыре валентных электрона. Он связан по четырем направлениям с четырьмя ближайшими соседними атомами. По этому электрону от каждого атома осуществляют связь в каждом из четырех направлений. Эти павы электронов можно сравнить с двумя маленькими магнитиками, оси которых устанавливаются параллельно друг другу, а одноименные полюсы направлены в противоположные стороны. Такая связь, она носит название ковалентной, обеспечивает очень прочное соединение атомов. Вот чем объясняется уникальная твердость алмаза и ряд других его свойств, в том числе устойчивость по отношению к кислотам, щелочам и неизменность при изменениях температуры и давления.

Рентгеновские лучи помогли также обрисовать «портрет» графита. Оказалось, что в нем нельзя усмотреть даже отдаленного сходства с его именитым братом.

В алмазе атомы «упакованы» достаточно плотно и расположены в идеальном порядке: каждый атом окружен четырьмя ближайшими соседними атомами, находящимися в вершинах правильного тетраэдра.  Атомы графита группируются по плоскостям, расположенным друг от друга на расстоянии 0,339 нанометра. Атомы в слое образуют правильные шестиугольники со стороной 0,142 нанометра. Слои ориентированы так, что три вершины шестиугольников одного слоя находятся под центрами шестиугольников другого слоя. Поэтому полная повторяемость структуры графита равна удвоенному расстоянию между слоями. Из-за своей слоистой структуры графит легко расщепляется на чешуйки. Поэтому его твердость значительно меньше твердости алмаза. Он легко поддается воздействию химических реактивов.



 
« Пред.   След. »