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【钻石化学】钻石的碳化学和晶体结构

发布日期:2018-12-26 11:46 来源:活性炭网 作者:活性炭网 浏览数:

钻石这个词来源于希腊语 adamao ,意思是我驯服或我制服或相关词 adamas ,意思是最难的钢铁或最难的物质。 每个人都知道钻石坚硬而美丽,但你知道钻石可能是你可能拥有的最古老的

“钻石”这个词来源于希腊语“ adamao ”,意思是“我驯服”或“我制服”或相关词“ adamas ”,意思是“最难的钢铁”或“最难的物质”。
 
 
每个人都知道钻石坚硬而美丽,但你知道钻石可能是你可能拥有的最古老的材料吗?虽然发现钻石的岩石可能有50到16亿年,但钻石本身约为33 亿岁。这种差异来自这样一个事实:火山岩浆凝固成岩石,钻石被发现并没有创造它们,而只是将钻石从地球的地幔运到地表。钻石也可能在陨石撞击现场的高压和高温下形成。在撞击过程中形成的钻石可能相对“年轻”,但是一些陨石含有星尘 - 一颗恒星死亡的碎片 - 可能包括钻石晶体。众所周知,其中一颗陨石含有超过50亿年的小钻石。这些钻石比我们的太阳系更旧!
 
 
开始
了解钻石的化学成分需要对碳元素的基本了解。中性碳原子在其原子核中有六个质子和六个中子,由六个电子平衡。碳的电子壳构型为1s 2 2s 2 2p 2。碳的化合价为4,因为可以接受四个电子来填充2p轨道。金刚石由通过最强化学键,共价键与四个其他碳原子连接的重复碳原子单元组成。每个碳原子处于刚性四面体网络中,其与相邻的碳原子等距。金刚石的结构单元由八个原子组成,基本上排列在立方体中。这个网络非常稳定和刚性,这就是钻石如此坚硬并具有高熔点的原因。
 
事实上,地球上的所有碳都来自恒星。研究金刚石中碳的同位素比率可以追踪碳的历史。例如,在地球表面,同位素的比例碳-12和碳-13与星尘略有不同。此外,某些生物过程根据质量积极地对碳同位素进行分类,因此生物体中碳的同位素比率与地球或恒星的同位素比率不同。因此,众所周知,大多数天然钻石的碳最近来自地幔,但少数钻石的碳是微生物的再循环碳,通过板块构造由地壳形成钻石。陨石产生的一些微小钻石来自撞击现场的碳; 陨石中的一些钻石晶体仍然是星星新鲜的。
 
 
水晶结构
钻石的晶体结构是面心立方或FCC晶格。每个碳原子在正四面体(三角形棱柱)中连接四个其他碳原子。基于立方体形状及其高度对称的原子排列,金刚石晶体可以发展成几种不同的形状,称为“晶体习性”。最常见的晶体习性是八面八面体或菱形。金刚石晶体也可以形成立方体,十二面体和这些形状的组合。除了两个形状类别,这些结构是立方晶系的表现形式。一个例外是称为macle的扁平形状,它实际上是一种复合晶体,另一个例外是蚀刻晶体的类别,它具有圆形表面并且可以具有细长形状。真正的钻石晶体没有完全光滑的面孔,但可能有三角形的凸起或缩进,称为“三角形”。钻石在四个不同方向上具有完美的解理,这意味着钻石将沿着这些方向整齐地分离,而不是以锯齿状方式断裂。
 
切割线由金刚石晶体产生,该金刚石晶体沿其八面体面的平面具有比其他方向更少的化学键。钻石切割机利用切割线来切割宝石。
 
石墨只比几个电子伏特比金刚石更稳定,但转换的激活屏障需要的能量几乎与破坏整个晶格并重建它一样多。因此,一旦形成金刚石,它就不会再转变回石墨,因为屏障太高。据说钻石是亚稳态的,因为它们是动力学而不是热力学稳定的。在形成金刚石所需的高压和高温条件下,其形状实际上比石墨更稳定,因此在数百万年中,碳质沉积物可以缓慢地结晶成钻石。
(责任编辑:活性炭网)
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