Стихоград. Алмаз, графит и уголь
Стихополотно. Алмаз, графит и уголь. Сердце. Память. Сообщества. Связи. Углерод — царь элементов и открытий и пантентов, и корона в сто каратов — сувенир алмазным братьям! (Просто, размышления).
Алмаз, графит и уголь
Сегодня каждый ученик седьмого класса уверенно скажет: алмаз, графит и уголь – это родные братья! Это атомы одного элемента, графита, только сложившиеся в разные кристаллические решетки. В графите они слагают почти не связанные друг с другом чешуйки, которые почти без усилий отделяются одна от другой, легко скользят друг по другу. Поэтому из графита делают мягкие грифели карандашей, его нередко используют для смазки трущихся поверхностей. У алмаза кристаллическая решетка неподатливая, жесткая, компактная, не зря этот камень – чемпион твердости. Уголь долгое время считали аморфной, некристаллической формой углерода. Лишь в последние десятилетия исследования показали, что уголь состоит из крохотных частиц графита и столь же малых частиц углерода, находящегося в сочетании с водородом, кислородом, азотом. Так что, может быть, третьей аллотропической формы – аморфного углерода – в природе вообще не существует. Но это сегодня еще принято немногими учеными.
Однако все это – открытия позднего времени. А в течение многих тысячелетий ни у кого даже не возникало вопроса о том, есть ли что-нибудь общее между этими тремя веществами. Серый, мягкий, жирный на ощупь графит очень непохож на черный уголь. Специфическим блеском он скорее напоминает металл. И конечно, от них обоих очень отличен алмаз – прозрачный, сверкающий, сверхтвердый.
Никаких намеков на их родство не давала и природа. Графит в месторождениях никогда не соседствовал с углем, геолог ни разу в истории не выковырнул из серой его массы или из. сверкающей глыбы антрацита ни одного кристалла алмаза. Что же это за родственники, которые никогда и не живут вместе?!
Истину открыл опыт. Еще в конце XVII века флорентийские ученые сумели сжечь алмаз. К их удивлению, после этого не осталось даже крохотной кучки золы. Через 100 лет английский химик Теннант установил, что при сжигании одинаковых количеств угля, графита и алмаза образуется одинаковое количество углекислого газа. Это и был опыт, установивший истину.
И конечно, сразу же возник вопрос: а есть ли способы осуществлять превращение одной аллотропической формы углерода в другую? И способы эти были найдены. Оказалось, что нагретый в безвоздушном пространстве алмаз при температуре 1800 градусов полностью переходит в графит. Обыкновенный уголь, сквозь который пропускают электрический ток, превращается в специальной печи в графит при температуре 3500 градусов. Труднее далось людям третье превращение – графита или угля в алмаз. Почти сто лет пытались осуществить его ученые.
РАЗМЫШЛЕНИЯ:
Из прессованного угля рождается алмаз, а если души
прошлого спрессовать, то получится ли Алмаз Души?
Интересно, а что такое «алмаз души»?
Перерождённое Слово в поколениях…?
Или его ещё шлифовать надо.
Хранит подарок милой каждый
Влюблённый в сердце ли, в столе,
Его лаская с острой жаждой
В часы надежд иль в горькой мгле.
Один — ах, всё влюбленный смеет, —
Улыбкой светлой ободрён,
Взял прядь волос, что голубеет
Чернее, чем крыла ворон.
Другой отрезал нежный локон,
На шее, что сумел склонить,
Волнистый, мягкий, словно кокон,
Прядущий шёлковую нить.
А третий вспоминает сладко
Про ящик, гроб своей тоски,
Где скрыта белая перчатка,
Для всякой узкая руки.
Тот прячет Пармские фиалки
В благоуханное саше,
Подарок свежий, ныне жалкий,
Чтоб нежность сохранять в душе.
А этот милой Сандрильоной
Потерянную туфлю чтит,
А тот ещё, как встарь влюблённый,
Вздох в маске кружевной хранит.
Нет у меня блестящей пряди,
Цветов, перчатки, башмачка,
Но есть зато в моей тетради
Слеза средь одного листка.
То капелька росы мгновенной,
Как небо голубых очей,
То драгоценность, жемчуг пенный,
Растаявший в любви моей.
И, как сокровища Офира,
Мне блещет тёмное пятно,
Алмазом светлым из сапфира
С бумаги синей взнесено.
Я помню, как упала эта
Слеза, хранительница нег,
На строчку моего сонета
Из глаз, не плакавших вовек.
© Николай Гумилёв
Алмаз души
Елена Вайт
Вдохновение — «Ты был сосудом полным льда..»
(О. Асауляк)
Нашел меня на самом дне,
Среди развалин и обмана,
Где было неизвестно мне,
Что выход есть из балагана.
Была я злобной, как зверек,
В Любви протянутую РУКУ,
Кусала. Но меня извлек,
Ведь ЗНАЛ, души прозябшей муку.
ТЫ мне давал учителей,
Преподававших ту НАУКУ,
Что делала еще больней,
И бравших душу на поруку.
Сопротивлялась, как могла.
Во мне смешались Свет и Мгла.
Но терпеливо ОЖИДАЛ,
Когда пройдет девятый вал.
Я, словно, на огне сосуд,
Кипя, вершила САМОсуд.
Меня нагрел ТЫ до бела.
Где самость? Испарилась. ВСЯ!
Нет и сосуда. НИ-ЧЕ-ГО.
С ТОБОЮ стали мы ОДНО.
Дошла в себе я до глубин,
В нас Мир ЕДИН и Свет ЕДИН.
Алмаз был крепок, но «сырой».
Его Ты огранил СОБОЙ.
От шлака, праха. до констант.
Играет в гранях БРИЛЛИАНТ.
© Елена Вайт, 2013
Первоисточник http://www.stihi.ru/2013/03/18/2747
«Родина наша – колыбель героев, огромной горы, где плавятся простые души, становясь крепкими, как алмаз и сталь, вечными, как огонь»
© Алексей Толстой
Без памяти — нет истории, без истории – нет культуры, без культуры — нет духовности, без духовности – нет воспитания, без воспитания – нет Человека, без Человека – нет народа! А как же хорошо проверяются качества человека при получении в подарок бриллианта… А шлифуют личность учителя. Или сами? Лучший опыт человечества, наша память. Какие россыпи алмазов переданы в наследство? Идём по ним и режем ноги об острые углы или бриллиант Гения в подарок от судьбы достанется? Как ими распоряжаться? Продолжить шлифовать грани или слёзы. В сказка часто говорится, слёзы, которые падают, превращаются в алмазы и красные розы. текущие в нашей крови и помнящие всю боль прошлого, все зарубки памяти. А может вновь всё жжечь в уголь, чтобы возродится новым Алмазом.
И алмаз, и графит являются модификациями углерода. Как всё взаимосвязано, а люди? Неужели нет связи? Отдельные авторы.
Углерод
Улекса фон Лу
Углерод — царь элементов
и открытий и пантентов,
и корона в сто каратов —
сувенир алмазным братьям!
Основатели материй —
шестигранники гармоний,
и в метаморфозах время —
пламя новых траекторий.
Ринг сражения в науке,
и в торговле — центр стремлений,
аллотропы — это руки
и глаза глубин движенья.
Углеводородов стремя —
нефтегазовое бремя,
Фуллерен,слои графена* —
Бриллиантовое время!
Углерод (С)— химический элемент 4-ой группы главной подгруппы 2-го периода периодической системы Менделеева, порядковый номер 6. Углерод существует во множестве аллотропных модификаций с очень разнообразными физическими свойствами. Аллотропные модификации — графит, алмаз, графен, уголь, сажа, фуллерены, наноуглеродные трубки.
Углеводороды — нефть, газ.
*О создателях графена — http://www.stihi.ru/2010/10/06/2313
«Мир наших недр – царство жара, давлений –
Там возникает красавец алмаз,
В Медной Горе там Хозяйкин Запас.
Может быть, там притаился Сергений?
Неиссякаемый Друг – фантазёр –
Всё продолжает с Природою спор.»
Сергей Таллако, «Пеночка и Сергений. Глава третья»
http://www.stihi.ru/2015/04/17/3291
– Чувствуется Ваша приязнь к геофизическим и геохимическим вопросам, Ирина. Меня в своё время интересовали разные пути возникновения элементов с ядрами от начала Таблицы Менделеева до железа (взрывы сверхновых звёзд) и элементов с массами ядер тяжелее железа — до урана и далее (взрывы при столкновении нейтронных звёзд).
Спасибо за отзыв.
Сергей
Сергей Таллако 23.04.2015 18:04
– Стыдно, конечно, признаться, но из всех предметов есть один, который я совсем не знала и не знаю. В школе на уроке химии мы знали местные сплетни, как-то не до химии было. Больше я химию не изучала.
В Вашем тексте меня больше привлекло слово «фантазёр», оно как-то ближе географии с химией и т.п.
Ирина Петал 23.04.2015 20:02
– Возможно, что от «изучения», да ещё и в школе, проку маловато. Важно увлечься, а автор «Стихополотна — Алмаз. Графит. Уголь» увлеклась. И получилось замечательно. Увлечение и фантазия — близкие родственники.
С улыбкой.
Сергей
Сергей Таллако 24.04.2015 07:44
– . Так много ты хранишь, Земля,
камней –
свидетелей своих.
Так мало вижу я!
Безликости боюсь…
Мечтаю – валуном глазастым стать!
Николай Рустанович 14.12.2015 12:28
Я наклонился и поднял
Бриллиант, прозрачный и огромный,
В руках он ярко засиял,
Хотя и свет был слишком скромный.
Непонимая положил
Его запазуху невинно,
И он, вдруг, как живой ожил
И начал песню петь мне длинно.
Тональности его звеня
Менялись, странный звук слагая,
Пленяли каждый миг меня,
Бриллиант не он — она, нагая.
Нагая в чувствах и щелчках
От сердца, слышимых в биеньи,
От Солнца иногда в очках,
И с соком дивного растенья.
Столь странный этот минерал,
Уже граненный от природы,
И в чем-то хрупкий, как коралл,
Хотя был обработан годы.
Бриллианты в мире берегут,
Столь ценно это достоянье,
К ним и идут, от них бегут,
Держа порой на расстояньи,
Но коль достоинство в руках,
Как долгожданное наследство,
Не говорите «Ох» и «Ах»,
Вся ваша жизнь — бриллианта детство.
Сметанка
(http://www.stihi.ru/2001/09/12-17)
Выбор II
Михаил Гуськов
В цветных дождях, в звучащих полусферах,
Алмазной беспредельностью пронзит
Взгляд синих глаз, чуть голубых и серых,
Из мира грёз, где света дифицит.
Алмазов россыпь, золотые слитки.
Сам выбирай — ты «против» или «за»?
И льют в тебя тепло в переизбытке —
Черешнево-вишневые глаза.
© Михаил Гуськов, 2018
http://www.stihi.ru/2018/12/24/1444
Стеклянный человек
Автор: Михаил Гуськов
Авторская страница: http://www.stihi.ru/avtor/uluba
Агентом тайным, неразоблачённым зэком
Иль просто мотыльком на пламени свечи,
Я чувствую себя стеклянным человеком,
В которого толпа бросает кирпичи.
Мне нужно сохранить лицо и не разбиться,
Найти достойный путь и жизненную цель,
Я должен в женщину стеклянную влюбиться,
Однажды разделив судьбу с ней и постель.
Ведь мне нельзя с людьми быть честным и открытым,
Хоть я прозрачен, но таких не любит власть,
Один неверный шаг — и буду я разбитым,
На тысячи блестящих молний разлетясь.
Я понял главное и не хожу сутуло:
Светлее делать мир — от солнца мне приказ.
Меня — ребёнка, в детстве мама обманула,
Сказав, что я — стекло, но только я — алмаз!
Третий глаз у меня засорился немного.
Михаил Гуськов
Третий Рим — это тайна, которая с нами,
Пилигрим — по Москве я иду меж домами,
Третий глаз у меня засорился немного,
Я — алмаз и меня отгранила дорога.
Высших сфер надо мной письмена золотятся,
За барьер, в облака, надо мне собираться.
Котелок адамантовый — сталь не годится.
Уголёк и живая вода, чтоб напиться.
Золотой ремешок, и в нём звеньев двенадцать,
Расписной поясок, чтобы в нём красоваться,
В зелень-синь надо мной, прежде чем я растаю,
Ты подкинь, и его я на счастье поймаю.
Бриллианты на чёрный день
Михаил Гуськов
Войны, революции. и на чёрный день
Бриллианты прячутся, а выходит хрень:
Ночь, ЧК врывается и выводит всех,
Обыск начинается, под чекистов смех.
Найдено-не найдено, а вам всем — Сибирь,
И без бриллиантов, что повдоль, что вширь.
Черный день сменяется на большую ночь.
Чем тут бриллианты могут вам помочь?
Даже если пара их вшита в рукаве,
С головой простреленной вы уже а траве,
Ворон клюнул, думая, что в прорехе глаз,
И фамильный выпал на землю алмаз.
Русской поэзии Вы Бриллиант!
Михаил Стихоплётов 03.08.2021 16:05
Бриллианту нужна цена, Вы мне её дали. Спасибо!
Михаил Гуськов 04.08.2021 04:05
© Copyright: Ирина Петал, 2014
Свидетельство о публикации №114022408278
В свете диссертационных трудов Президента с его стратиграфических точек зрения сейчас по другому смотрю на образование алмазов: ведь этот Кристалл позволяет иначе функционировать углерод клеток тела. Структурно- стратиграфическое несогласие гармонизируется в теле. Это суть 5-того изобретения.
На это произведение написано 5 рецензий, здесь отображается последняя, остальные — в полном списке.
Портал Стихи.ру предоставляет авторам возможность свободной публикации своих литературных произведений в сети Интернет на основании пользовательского договора. Все авторские права на произведения принадлежат авторам и охраняются законом. Перепечатка произведений возможна только с согласия его автора, к которому вы можете обратиться на его авторской странице. Ответственность за тексты произведений авторы несут самостоятельно на основании правил публикации и законодательства Российской Федерации. Данные пользователей обрабатываются на основании Политики обработки персональных данных. Вы также можете посмотреть более подробную информацию о портале и связаться с администрацией.
Ежедневная аудитория портала Стихи.ру – порядка 200 тысяч посетителей, которые в общей сумме просматривают более двух миллионов страниц по данным счетчика посещаемости, который расположен справа от этого текста. В каждой графе указано по две цифры: количество просмотров и количество посетителей.
© Все права принадлежат авторам, 2000-2024. Портал работает под эгидой Российского союза писателей. 18+
Алмаз, графит и уголь
Алмаз, графит и уголь — состоят из однородных атомов графита, но имеют различные кристаллические решетки.
Алмаз, графит, уголь
Краткая характеристика: алмаз, графит и уголь
Кристаллические решетки графита не имеют прочных связей, они представляют собой отдельные чешуйки и как бы скользят друг по другу, легко отделяясь от общей массы. Графит часто используют в качестве смазки для трущихся поверхностей.
Уголь состоит из мельчайших частиц графита и таких же малых частиц углерода, находящегося в соединении с водородом, кислородом, азотом.
Кристаллическая решетка алмаза жесткая, компактная, обладает высокой твердостью. Тысячелетиями люди даже не подозревали, что эти три вещества имеют что-то общее. Все это — открытия более позднего времени.
Графит серый, мягкий, жирный на ощупь совсем не похож на черный уголь. Внешне он скорее напоминает металл. Алмаз — сверхтвердый, прозрачный, сверкающий, по внешнему виду совсем отличен от графита и угля, (подробнее: Как используют минералы). Никаких признаков их родства не давала и природа. Месторождения угля никогда не соседствовали с графитом.
В их залежах никогда геологи не обнаруживали сверкающих кристаллов алмаза. Но время не стоит на месте. В конце XVII века флорентийским ученым удалось сжечь алмаз. После этого не осталось даже крохотной кучки золы. Английский химик Теннант через 100 лет после этого установил, что при сжигании одинаковых количеств графита, угля, и алмаза образуется одинаковое количество углекислого газа. Этот опыт открыл истину.
Взаимопревращения алмаза, графита и угля
Сразу же ученых заинтересовал вопрос: а возможно ли превращение одной аллотропической формы углерода в другую? И ответы на эти вопросы были найдены. Оказалось, что алмаз полностью переходит в графит, если его нагреть в безвоздушном пространстве до температуры 1800 градусов . Если через уголь пропускают электрический ток в специальной печи, то он превращается в графит при температуре 3500 градусов.
Превращение — графита или угля в алмаз
Труднее далось людям третье превращение — графита или угля в алмаз. Почти сто лет пытались осуществить его ученые.
Получить из графита алмаз
Первым был, видимо, шотландский ученый Генней. В 1880 году он начал серию своих опытов. Он знал, что плотность графита — 2,5 грамма на кубический сантиметр, а алмаза — 3,5 грамма на кубический сантиметр. Значит, надо уплотнить укладку атомов и получить из графита алмаз, решил он.
Он брал прочный стальной орудийный ствол, наполнял его смесью углеводородов, прочно закрывал оба отверстия и накаливал до красного каления. В раскаленных трубах возникало гигантское, по понятиям того времени, давление. Не раз оно разрывало сверхпрочные орудийные стволы, как авиационные бомбы.
Но все-таки некоторые выдержали весь цикл нагреваний. Когда они остыли, Генней нашел в них несколько темных, очень прочных кристаллов.
Я получил искусственные алмазы,
Способ получения искусственных алмазов
Через 10 лет после Геннея французский ученый Анри Муассонподверг стремительному охлаждению насыщенный углеродом чугун. Мгновенно застывшая поверхностная корка его, при остывании уменьшаясь в размерах, подвергала внутренние слои чудовищному давлению. Когда затем Муассон растворял в кислотах чугунные ядрышки, он находил в них крохотные непрозрачные кристаллики.
Я нашел еще один способ получения искусственных алмазов!
Проблема искусственных алмазов
Спустя еще 30 лет, проблемой искусственных алмазов стал заниматься английский ученый Парсонс. В его распоряжении были гигантские прессы принадлежавших ему заводов. Он стрелял из пушки прямо в дуло другого оружия, но алмазов ему получить не удалось. Впрочем, уже во многих развитых странах мира лежали в музеях искусственные алмазыразных изобретателей.
И было выдано не мало патентов на их получение. Но в 1943 году английские физики подвергли скрупулезной проверке полученные искусственным путем алмазы. И оказалось, что все они не имеют ничего общего с настоящими алмазами, кроме только алмазов Геннея. Они оказались настоящими. Это сразу же стало загадкой, остается загадкой и сегодня.
Превращение графита в алмаз
Наступление продолжалось. Во главе его встал лауреат Нобелевской премии американский физик Перси Бриджмен. Почти полвека занимался он усовершенствованием техники сверхвысоких давлений. И в 1940 году, когда в его распоряжении оказались прессы, могущие создавать давление до 450 тысяч атмосфер, он начал опыты по превращению графита в алмаз.
Но осуществить это превращение он не смог. Графит, подвергнутый чудовищному давлению, остался графитом. Бриджмен понимал, чего не хватает его установке: высокой температуры. Видимо, в подземных лабораториях, где создавались алмазы, играла роль и высокая температура. Он изменил направление опытов.
Ему удалось обеспечить нагрев графита до 3 тысяч градусов и давление до 30 тысяч атмосфер. Это было уже почти то, что, как мы знаем теперь, необходимо для алмазного превращения. Но и недостающее «почти» не позволило Бриджмену достичь успеха. Честь создания искусственных алмазов досталась не ему.
Первые искусственные алмазы
Первые искусственные алмазы были получены английскими учеными Бэнди, Холлом, Стронгом и Вентроппомв 1955 году. Они создавали давление в 100 тысяч атмосфер и температуру в 5000 градусов. В графит добавляли катализаторы — железо, ром, марганец и т. д. И на границе графита и катализаторов возникли желто-серые непрозрачные кристаллы технических искусственных алмазов.
Что ж, алмаз идет не только на брилианты, он используется и на заводах, и на фабриках. Впрочем, несколько позже американские ученые нашли способ получать и прозрачные кристаллы алмаза. Для этого грант подвергают давлению в 200 тысяч атмосфер, а затем электрическим разрядом нагреванию до температуры 5 тысяч градусов.
Кратковременность разряда — он длится тысячные доли секунды — оставляет установку холодной, и алмазы получаются чистыми и прозрачными.
Создание искусственных алмазов
Советские ученые пришли к созданию искусственных алмазов своим путем. Советский физик О.И. Лейпунский провел теоретические исследования и заранее установил те температуры и давления, при которых возможно алмазное превращение графита.
Цифры эти в те годы — это было в 1939 году — показались удивительными, стоящими за границами достижимого для современной техники: давление не менее 50 тысяч атмосфер и температура 2 тысячи градусов. И все-таки, за стадией теоретических расчетов пришла пора создания опытных конструкций, а затем и промышленных установок.
И сегодня работают многочисленные устройства, выпускающие искусственные алмазы и другие, еще более твердые вещества. Высшее достижение природы в твердости материала не только достигнуто, но уже и перекрыто. Такова история открытия третьего превращения углерода, самого важного для современной техники.
Как алмаз возник в природе
Но что осталось самого удивительного в алмазном превращении углерода? То, что ученые до сих пор не понимают, как алмаз возник в природе! Известно, что единственным коренным месторождением алмазов являются кимберлитовые трубки.
Это глубокие цилиндрические колодцы диаметром в несколько сот метров, заполненные синей глиной — кимберлитом, с которой вместе и были вынесены на поверхность земли драгоценные камни.
Гипотеза глубинного рождения алмазов
Наиболее ранней была гипотеза глубинного рождения алмазов. Согласно этой гипотезе, сверкающие кристаллы выделились из расплавленной магмы на глубине около 100 километров, а затем вместе с магмой по трещинам и разломам медленно поднимались к поверхности. Ну а с глубины в 2-3 километра магма прорывала земную коруи вырывалась на поверхность, образуя кимберлитовую трубку.
Взрывная гипотеза
На смену этой гипотезе пришла другая, вероятно, ее следует назвать взрывной гипотезой. Ее выдвинули Л. И. Леонтьев, А. А. Кадемекий, В. С. Трофимов. По их мнению, алмазы возникают на глубине всего 4-6 километров от земной поверхности. А требующееся для возникновения алмазов давление создается взрывом, вызванным некоторыми взрывчатыми веществами, проникшими в занимаемые магмой полости из окружающих осадочных пород.
Это могут быть нефть, битумы, горючие газы. Авторы гипотезы предложили несколько вариантов химических реакций, в результате которых образуются взрывчатые смеси и возникает свободный углерод. Эта гипотеза объясняла и высокую температуру, требующуюся для алмазного превращения, и гигантское давление. Но не все особенности кимберлитовых трубок она объясняла.
Очень легко было доказать, что породы кимберлитовой трубки образовались при давлении, не превышающем 20 тысяч атмосфер, но невозможно доказать, что они возникли при более высоком давлении. Сегодня геофизики достаточно точно установили, для каких пород требуются те или иные давления и температуры образования.
Скажем, постоянный спутник алмаза — минерал пироп — требует 20 тысяч атмосфер, алмаз — 50 тысяч. Большее, чем для пиропа, и меньшее, чем для алмаза, давление требуют коэсит, стишовит, пьезолит. Но ни этих, ни других пород, требующих для своего образования столь высоких давлений, в кимберлите нет. Единственное исключение здесь — алмаз.
Почему это так? Ответить на этот вопрос решил доктор геолого-минералогических наук Э. М. Галымов. Почему, спросил он себя, давление в 50 тысяч атмосфер должно быть обязательно свойственно всей массе магмы, в которой творятся алмазы? Ведь магма — поток. В ней возможны и вихри, и быстрины, и гидравлические удары, и пузырьки возникающей местами кавитации.
Гипотеза рождения алмаза в режиме кавитации
Да, именно кавитация! Это удивительно неприятное явление, несущее не мало бед гидравликам! Кавитация может возникнуть на лопастях гидравлической турбины, если она хоть чуть-чуть вышла за границы рассчитанного режима. Такая же беда может постичь и лопасти гидравлического насоса, перешедшего на форсированный режим.
Кавитация может разрушить и лопасти пароходного винта, словно бы надорвавшегося в борьбе за скорость. Она губит, разрушает, разъедает. Да, это точнее всего: разъедает! Сверхпрочные стали, блиставшие зеркальной полировкой поверхностей, превращаются в рыхлую пористую губку.
Словно тысячи крохотных беспощадных и жадных ртов рвали по крохам металл в том месте, где его изгрызла кавитация. Да еще ртов, которым «по зубам» легированный металл, от которого отскакивает напильник! Не мало аварий турбин и насосов, гибели пароходов и теплоходов произошло из-за наличия кавитации. И ста лет не прошло, как разобрались, что же это такое — кавитация. А действительно, что же это такое?
Представим поток жидкости, движущейся в трубе переменного сечения. Местами, в сужениях, скорость течения растет, местами, там, где поток расширяется, скорость течения падает. Одновременно, но по обратному закону изменяется давление внутри жидкости: там, где вырастает скорость, резко падает давление, а там, где скорость уменьшается — давление растет.
Этот закон обязателен для всех движущихся жидкостей. Можно представить, что при некоторых скоростях давление падает до той величины, при которой жидкость закипает, и в ней возникают пузырьки пара. Со стороны кажется, что жидкость в месте кавитации начала кипеть, ее заполняет белая масса крохотных пузырьков, она становится непрозрачной.
Вот эти-то пузырьки и являются главной бедой при кавитации. Как рождаются и как умирают кавитационные пузырьки, еще недостаточно изучено. Неизвестно, заряжены ли внутренние их поверхности. Неизвестно, как ведет себя вещество паров жидкости в пузырьке. А Галымову было поначалу неизвестно, могут ли вообще возникнуть кавитационные пузырьки в магме, заполняющей кимберлитовую трубку.
Ученый произвел расчеты. Оказалось, что кавитация возможна при скоростях течения магмы, превышающих 300 метров в секунду. Такие скорости легко получить для воды, но может ли течь с такой же скоростью тяжелая, густая, вязкая магма? Снова расчеты, расчеты и долгожданный ответ: да, может! Для нее возможны скорости и в 500 метров в секунду.
Дальнейшие расчеты должны были выяснить, будут ли достигаться в пузырьках требующиеся величины температуры и давления — 50 тысяч атмосфер давления и 1500 градусов температуры. И эти расчеты дали положительные результаты.
Средняя величина давления в пузырьке в момент охлопывания достигала миллиона атмосфер! А максимальное давление может быть в десять раз больше. Температура же в этом пузырьке имеет величину в 10 тысяч градусов. Что и говорить, условия далеко перешагнули через предельные для алмазного превращения.
Скажем сразу, условия, которые создает кавитационный пузырек для зарождения алмаза, очень своеобразны. Помимо температур и давлений, по временам возникающих в крохотных объемах этих пузырьков, там проносятся ударные волны, сверкают удары молний — вспыхивают электрические искры. Звуки вырываются за пределы узкого участка жидкости, охваченного кавитацией.
Соединяясь, они воспринимаются как своеобразное гудение, подобное тому, которое доносится из закипающего чайника. Но именно такие условия являются идеальными для зарождающегося алмазного кристалла. Поистине, его рождение происходит в грозе и молниях. Можно упрощенно и опуская многие детали представить происходящее внутри кавитационного пузырька.
Вот повысилось давление жидкости, и кавитационный пузырь начинает исчезать. Двинулись к центру его стенки, и от них сразу же отрываются ударные волны. Они движутся в ту же сторону к центру. Не надо забывать об их особенностях. Во-первых, они движутся со сверхзвуковой скоростью, во-вторых, за ним остается крайне возбужденный газ, у которого резко поднялись и давление, и температура.
Да, это та же самая ударная волна, что движется по куску горящего тола и превращает мирно горение в яростный, всесокрушительный взрыв. В центре пузырька ударные волны, бегущие с разных сторон, сходятся. При этом плотность вещества в этой точке схождения превосходит плотность алмаза. Трудно сказать, какую форму там приобретает вещество, но оно начинает расширяться.
При этом ему приходится преодолевать противодавление, измеряемое миллионами атмосфер. За счет этого расширения оказавшееся в центре пузырька вещество охлаждается с десятков тысяч градусов всего до тысячи градусов. И родившийся в первые мгновения расширения зародыш кристалла алмаза сразу попадает в область температур, при которых ему уже не грозит превращение в графит. Мало того, новорожденный кристаллик начинает расти.
Таково, по Галымову, таинство рождения редчайшего из творений природы и драгоценнейшего для современной техники кристалла, одного из аллотропных состояний того самого элемента, которому обязана своим существованием жизнь на нашей планете. Но это совершенно другая сторона в судьбе углерода, которому обязаны своим существованием алмаз, графит и уголь.
Уголь и графит в чем разница
Алмаз, графит и уголь
Алмаз, графит и уголь – это всё атомы графита, разница у них в кристаллической решётке. У графита она непрочная, а у алмаза она жёсткая, компактная и с высокой твёрдостью.
Уголь, в своей основе, и алмаз являются формами одного и того же химического элемента – углерода. И, действительно, высокое давление – это ключевой фактор как в процессе превращения разлагающихся углеродных форм жизни (например, растений) в уголь, так и в процессе формирования алмазов. Но в реальности все значительно сложнее.
Природа алмаза, графита и угля
Углерод был известен древним народам еще в доисторические времена в виде древесного угля, сажи и каменного угля. По свидетельству римского историка Витрувия, сажа в его время производилась в большом количестве и шла на изготовление краски, применяемой во фресковой живописи, и чернил. Способ получения сажи, по Витрувию, состоял в следующем: смолу, деготь, смолистые щепки, виноградную лозу и подобные материалы сжигали на очаге, а пламя и дым пропускали через отверстия в камеру с мраморными стенками; осевшую сажу снимали и затем растирали с клеем, камедью и купоросом.
С незапамятных времен китайцы пользовались сажей для приготовления туши, которая распространилась затем в Корее, Японии и у народов ближнего Востока (IV в. до н.э.). В Европе тушь стала известна только в XV–XVI вв.
Получение угля также было известно с древнейших времен. Можно считать твердо установленным фактом, что уголь входил в состав употреблявшихся в древности зажигательных веществ.
Алмаз в качестве украшений появился в начале нашей эры и, по всей вероятности, привозился из Индии или с острова Борнео, где имеются его месторождения. Крупные, красиво ограненные экземпляры алмаза считались лучшим украшением сокровищниц властителей и часто добывались путем насилия и крови. Таковы знаменитые алмазы «Регент», «Кох-и-Нур», «Великий могол», «Южная звезда», «Хоуп», «Шах». Последним алмазом персидский шах заплатил царю Николаю I за кровь предательски убитого в Тегеране русского посла А.С.Грибоедова – автора комедии «Горе от ума». Вся история алмаза «Шах» связана с насилием и преступлениями.
Самый большой из всех известных алмазов, «Куллинан», найден в 1905 г. в Южной Африке. Его масса 621 г, а размер 10х6х5 см. В Алмазном фонде нашей страны хранится один из самых больших и красивых алмазов в мире – «Орлов» (37,92 г).
Алмазы давно привлекали к себе внимание и из-за других качеств. Еще в древней Индии алмаз служил для обработки драгоценных камней. С той же целью применяли его греки и римляне.
Алхимики не могли пройти мимо этого наивысшего по своей твердости минерала, нерастворимого в кислотах, несгораемого на обычном огне: они и в алмазе искали разгадки «философского камня».
В 1781 г. А.Л.Лавуазье доказал, что при горении угля получается «углекислота» (углекислый газ), которая представляет не что иное, как соединение «химического начала угля» (т.е. элемента углерода) с кислородом.
Истинная природа алмаза была выяснена только в 70-х гг. XVIII столетия, т.е. на пороге великой химической революции. До этого времени никому и в голову не могло прийти, что блестящий минерал, играющий всеми цветами радуги, имеет что-то общее с аморфным и черным углем.
В кратком изложении история установления истинной химической природы алмаза такова.
В XVII в. Аксель де Бут, а затем И.Ньютон высказали предположение, основываясь на сходстве показателей лучепреломления скипидара, камфоры и алмаза, что последний должен гореть.
В 1694 г. флорентийские академики провели опыт сжигания алмаза в фокусе вогнутого зеркала. Они убедились, что алмаз в этих условиях сначала тлеет, как уголь, а потом полностью сгорает. Ф.Лоренц установил затем, что алмаз сгорает без остатка в пламени кузнечного горна.
Все эти опыты вызывали, однако, крайнее недоверие, т.к. общее мнение ювелиров и минералогов сводилось к тому, что алмаз является разновидностью кварца. С выводами о том, что алмаз может гореть, были не согласны и многие крупные химики того времени. Так, например, Г.Руэль (учитель Лавуазье) и некоторые другие химики, проводившие опыты с алмазами, пришли к заключению, что при действии высокой температуры они испаряются.
В 1772 г. Лавуазье совместно с другими учеными провел серию экспериментов по изучению отношения различных тел к нагреванию в фокусе солнечных лучей, собираемых с помощью огромной линзы (около 1,5 м в диаметре).
По результатам исследований он опубликовал два труда «О разрушении алмаза огнем», в которых окончательно доказал, что при сжигании алмаза, как и при сжигании древесного угля, кроме «связывающего воздуха» (углекислого газа), ничего иного не получается и что при горении алмаза также поглощается часть воздуха, как это наблюдалось при горении фосфора или угля.
В 1797 г. английский химик С.Теннант после ряда экспериментов пришел к убеждению, что алмаз – чистейший углерод. Он сжег одинаковые количества алмаза и угля и убедился, что при этом образуются совершенно одинаковые объемы оксида углерода. Этим было доказано, что алмаз – некое видоизменение углерода.
Несколько ранее в 1779 г. шведский химик К.Шееле высказал предположение, что и графит является минеральным углем. Ему удалось позднее, в 1789 г., доказать, что графит хорошо горит в струе водорода, а в 1792 г. он пришел к окончательному выводу, что графит и уголь являются видоизменениями одного и того же элемента.
В 1799 г. Гитон де Морво наблюдал переход алмаза в графит при нагревании первого в сосудах без доступа воздуха. Одновременно он обнаружил, что графит и некоторые другие тела, например кокс, при сгорании дают лишь углекислый газ.
Повторив опыт Теннанта, но дополнив список сжигаемых веществ графитом, де Морво установил важный факт: если подвергать сжиганию равные по весу количества графита, алмаза и угля, то получаются одинаковые количества углекислого газа.
Й.Я.Берцелиус в 1841 г. впервые описал уголь (сажу), алмаз и графит как видоизменения одного и того же элемента и ввел в химию новое понятие «аллотропия».
Латинское название «carboneum» углерод получил от слова «carbo» – уголь, берущего в свою очередь начало от санскритского cra – гореть. Название «графит» (от греч. grapho – пишу) было дано минералогом А.Г.Вернером в 1789 г. после опытов Шееле. В русской литературе графит в начале XVIII в. назывался «карандаш» (от монгольского «кара» – черный, «таш» – камень), а углерод – «углетвором».
Слово «алмаз» и западноевропейское «diamant» – арабского происхождения и означает твердейший. Греки и римляне называли этот минерал adamas. В более или менее измененном виде это слово перешло во все европейские языки. В переводе оно означает неизменный, неукротимый, недоступный, поскольку алмаз не поддавался руке шлифовальщика. Только в XIII в. голландец Ван Беркем догадался шлифовать эти камни друг о друга и таким образом переоткрыл способ шлифовки алмазов, который давно уже был известен в Индии.
Очень любопытна проблема получения искусственного алмаза. Интерес к ней вызывается не только промышленным и экономическим значением этого материала, но и заманчивостью разрешения чисто научной задачи.
Попытки получения алмазов искусственным путем начались сразу после того, как было выяснено, что он является чистейшим углеродом. Они были очень многочисленны. Не будем подробно останавливаться на их описании и назовем лишь некоторые из них.
В 1880 г. английский химик Дж.Хенней получил несколько кристаллов при продолжительном нагревании в железной заваренной трубе легких углеводородов с металлическим литием. Эти кристаллы по своим свойствам могли бы быть отнесены к типу алмаза, в природе, однако, не встречающегося. Эти алмазы и до сих пор хранятся в Британском музее. Проведенное в 1943 г. их рентгенографическое исследование подтвердило, что это действительные алмазы.
Наибольшую популярность получили опыты французского ученого А.Муассана, проведенные им в 1893–1896 гг. Муассан плавил при температуре 2000–3500 °C и высоком давлении железо, к которому он добавлял чистый угольный порошок. Расплавленное железо затем выливалось в полый медный сосуд, охлаждаемый снаружи водой. Застывшая масса обрабатывалась кислотами с целью удаления железа, силикатов, карбида и графита. После этой сложной обработки сплава оставались черные прозрачные кристаллики, царапавшие рубин и сгоравшие в кислороде. Самые крупные из них были в диаметре не более 5 мм. Муассан принял их за алмазы.
Его опыты были повторены многими учеными и всегда приводили к малоубедительным или противоречивым результатам.
По поводу всех попыток получения искусственного алмаза немецкий химик Отто Руфф сделал вывод: «Кроме Муассана никому не удавалось получить искусственный алмаз. Возможно, что Муассан получил его, но это не доказано…».
Однако путь к разрешению проблемы не был закрыт. Дело в том, что большинство опытов производили в то время, когда еще не был решен вопрос о сравнительной устойчивости в земных условиях обеих модификаций углерода – алмаза и графита.
Сотрудник Института химической физики АН СССР О.И.Лейпунский в статье «Об искусственных алмазах» (1939 г.) объяснил, что главная причина неудач исследователей заключалась в том, что «…все попытки изготовления алмаза были сделаны в условиях, при которых графит является более устойчивой твердой фазой, чем алмаз». Ученый рассчитал, что для успешного получения алмаза «во-первых, надо нагреть графит не менее чем до 2000 К», чтобы атомы углерода могли переходить с места на место. Во-вторых, его надо при этом сжать чудовищным давлением, не меньше чем 60 тыс. атмосфер. Тогда он обязательно перейдет в алмаз, подобно тому, как камень, подброшенный рукой, обязательно поднимется в воздух».
Эти теоретические расчеты блестяще подтвердились в 1955 г., когда американским ученым Ф.П.Бэнди, Г.Т.Холлу, Г.М.Стронгу и Р.Г.Венторфу после восьмилетних экспериментов удалось осуществить синтез настоящих алмазов в условиях, близких к названным выше. И все же за один опыт исследователи получали не больше 20 мг алмазов, а самый большой из них имел длину всего 1,2 мм.
В отличие от алмаза искусственный графит получается и используется в промышленности в больших масштабах. Его получают при нагревании угля до температуры 2200–2500 °С в электрической печи. Стоимость производства искусственного графита не превышает стоимости получения естественного графита высокой степени чистоты.
В чем же причина образования из атомов одного и того же элемента столь различных по своим физическим свойствам веществ – твердейшего, блестящего алмаза и мягкого, легко истирающегося черного графита?
Наука дает ныне на этот вопрос точный ответ. В настоящее время твердо установлено, что резкое различие в свойствах алмаза и графита объясняется различием их внутреннего строения.
В кристаллах алмаза все атомы углерода расположены на одинаковых расстояниях друг от друга (1,54 ): каждый атом в алмазе находится в центре правильного тетраэдра, в вершинах которого расположены другие атомы. Такое строение придает алмазу необычайную твердость. Это наиболее твердое из всех известных в природе веществ.
Расположение атомов углерода в алмазе
Структура графита совсем иная: он образован параллельными слоями, состоящими из атомов углерода, расположенных по углам правильных шестиугольников на расстоянии 1,42 ; слои же отстоят друг от друга на значительно большем расстоянии – 3,39 и к тому же сдвинуты относительно друг друга. Это строение и обусловливает свойство графита расслаиваться на чешуйки, благодаря чему он применяется для изготовления карандашей и в качестве смазочного материала.
Расположение атомов углерода в графите
Уголь (копоть или сажа, древесный, костяной, кокс и другие его разновидности) отличается от алмаза и графита тем, что не имеет никакой кристаллической структуры. Угольный порошок, как и кусковой уголь, обладает многими ценными свойствами, из которых наиболее важным является его способность адсорбировать различные газообразные и твердые вещества. Это свойство было обнаружено в 1785 г. русским химиком, академиком Т.Е.Ловицем и сразу же нашло широкое применение в лабораторной, фармацевтической и промышленной практике.