हीरे और ग्रेफाइट के भौतिक गुणों की तुलनात्मक विशेषताएँ। हीरे और ग्रेफाइट के बीच अंतर

नमस्कार, हमारे प्रिय पाठकों! क्या आपने कभी सोचा है कि हीरे और ग्रेफाइट में क्या समानता हो सकती है? ऐसा प्रतीत होता है कि वे हीरे से बने हैं महंगे आभूषण, सबसे परिष्कृत स्वाद के साथ भी किसी व्यक्ति की आंख को भाता है। कठोर, कठिन और वस्तुतः अविनाशी। और ग्रेफाइट, पेंसिल बनाने का मुख्य तत्व, बहुत नाजुक होता है और आसानी से टूट जाता है। याद रखें कि आपका लेखनी कितनी बार टूट गया?

हालाँकि, दोनों खनिज एक दूसरे से संबंधित हैं। इसके अलावा, मनोरंजन विशेष स्थितिग्रेफाइट से हीरे में और इसके विपरीत परिवर्तन की प्रक्रिया की अनुमति देता है।

लेख को पढ़ने से आपको यह पता लगाने में मदद मिलेगी कि लेख में प्रस्तुत खनिजों में क्या गुण हैं, वे पहली बार पृथ्वी पर कैसे दिखाई दिए, और हीरे की खदान के लिए आपको कहाँ जाना होगा। या, यदि आप कम भाग्यशाली हैं, ग्रेफाइट, और साथ ही, क्या घर पर हीरे और ग्रेफाइट बनाना संभव है?

हम आपके सुखद पढ़ने की कामना करते हैं!

हीरे और ग्रेफाइट की विशेषताएं

मुख्य विशिष्ट सुविधाएंहीरा हैं:

• सूर्य के प्रकाश को अपवर्तित और परावर्तित करने की क्षमता, जो इसे अपनी प्रसिद्ध चमक प्रदान करती है;
• उच्चतम कठोरता (अन्य खनिजों की तुलना में) और नाजुकता;
• मेटास्टेबिलिटी - सामान्य परिस्थितियों में सैकड़ों वर्षों तक इसकी संरचना और स्थिति को न बदलने की क्षमता;
• उच्च तापीय चालकता;
• एसिड और क्षार के प्रति उच्च प्रतिरोध;
• घर्षण का गुणांक कम है;
• ढांकता हुआ, विद्युत धारा का संचालन नहीं करता है।

खनिज के ऐसे गुण इस तथ्य के कारण संभव हो जाते हैं कि इसकी आंतरिक संरचना में एक जटिल क्रिस्टल जाली होती है, जो एक घन या टेट्राहेड्रोन है। इसकी संरचना रासायनिक तत्व कार्बन पर आधारित है।

यदि इसके क्रिस्टल जाली में अशुद्धियाँ हैं, तो यह अपना रंग बदल सकता है, जिससे सभी परिचित हैं। इस प्रकार, संरचना में लोहे की उपस्थिति खनिज देती है भूरा रंग, लिथियम - पीला, एल्यूमीनियम - नीला, मैंगनीज - गुलाबी या लाल (एकाग्रता के आधार पर), बोरान - नीला, क्रोमियम - हरा।

ग्रेफाइट हीरे के बिल्कुल विपरीत है। इसकी संरचना में कई परतें होती हैं जो बाहरी रूप से पतली प्लेटों के समान होती हैं। मुख्य संरचनात्मक तत्व कार्बन है। इसमें धातु की छाप के साथ काला रंग है। छूने पर नरम और थोड़ा तैलीय।

निम्नलिखित विशिष्ट विशेषताएं हैं:

• प्रकाश संचारित या अपवर्तित नहीं करता;
• अच्छी तापीय चालकता;
• अच्छी अग्नि प्रतिरोध क्षमता;
• नाजुकता;
• कम घर्षण गुणांक;
• विद्युत प्रवाह का संचालन करता है;
• अन्य पदार्थों के साथ मिलाया जा सकता है।

इतने भिन्न गुणों के बावजूद, आधुनिक विज्ञान ने यहां प्रस्तुत खनिजों को एक-दूसरे से कृत्रिम रूप से उत्पादित करना सीख लिया है।

हीरा एक खनिज है या नहीं?

इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, आइए जानें कि "खनिज" वास्तव में क्या है। आधुनिक विज्ञान में इसे खनिज माना जाता है ठोसप्राकृतिक उत्पत्ति, एक क्रिस्टलीय संरचना, यानी परमाणुओं की व्यवस्था सख्ती से आदेशित है।

चूँकि हीरे की संरचना एक घन या चतुष्फलकीय होती है और इसमें एक स्पष्ट क्रिस्टल जाली होती है, इसलिए इसे आत्मविश्वास से एक खनिज के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है।

स्थिति ग्रेफाइट के समान है, जिसकी लैमेलर संरचना का भी एक सख्त क्रम है।

हीरे और ग्रेफाइट की उत्पत्ति

ये खनिज कहां से आए, इसका कोई सटीक और विश्वसनीय डेटा नहीं है। केवल कुछ परिकल्पनाएँ हैं, अर्थात्:

1. आग्नेय उत्पत्ति की परिकल्पना
2. मेंटल उत्पत्ति परिकल्पना
3. द्रव उत्पत्ति परिकल्पना

पहले दो सिद्धांत सबसे लोकप्रिय हैं और इस तथ्य पर आते हैं कि उपस्थिति कई लाखों साल पहले हमारी पृथ्वी की गहराई में एक सौ से दो सौ किलोमीटर की गहराई पर हुई थी। विस्फोटों और ज्वालामुखी विस्फोटों के परिणामस्वरूप क्रिस्टल सतह पर आ गए।

बदले में, ग्रेफाइट, तलछटी चट्टानों में परिवर्तन के परिणामस्वरूप भी बन सकता है।

एक दिलचस्प तथ्य उल्कापिंडों में हीरे के चिप्स की मौजूदगी है। इससे पता चलता है कि स्थलीय उत्पत्ति के अलावा, अंतरिक्ष से लाए गए उल्कापिंड उत्पत्ति के क्रिस्टल भी हैं।

उल्कापिंडों में टुकड़े कैसे बन सकते हैं, इसके बारे में कई परिकल्पनाएँ हैं। सबसे लोकप्रिय सिद्धांत यह है कि उल्कापिंड में हीरे के चिप्स "शुद्ध" रूप में नहीं होते हैं, बल्कि केवल कार्बन से समृद्ध होते हैं। पृथ्वी से टकराने पर इनका विकास होता है आदर्श स्थितियाँखनिज को पुनः बनाने के लिए: उच्च तापमान (दो से तीन हजार डिग्री) और दबाव (5 से 10 GPa)। इस विधि से बने हीरे को इम्पेक्टाइट कहा जाता है।

दुर्भाग्य से, ब्रह्मांडीय उत्पत्ति के क्रिस्टल औद्योगिक खनन के लिए बहुत छोटे हैं और इसलिए खनन के लिए उपयोग किए जाने वाले सभी जमा केवल प्राकृतिक उत्पत्ति के हैं।

मुख्य जमा

हीरे का सबसे बड़ा भंडार भारतीय गणराज्य में स्थित है, रूसी संघ, किम्बर्ली प्रांत (कुल उत्पादन का 80% हिस्सा)।

रूसी जमा सखा गणराज्य (याकुतिया) में स्थित हैं, पर्म क्षेत्रऔर आर्कान्जेस्क क्षेत्र।

हीरे के भंडार का पता लगाने के लिए एक्स-रे का उपयोग किया जाता है। इस खोज में दशकों लग जाते हैं। बहुत कम संख्या में खोजे गए भंडारों में उच्च गुणवत्ता के खनिज हैं, जो आभूषण उद्योग में उपयोग के लिए पर्याप्त हैं।

खनन प्रक्रिया में अयस्क निकालना और उसे कुचलना, संबंधित चट्टानों को अलग करना शामिल है। इसके बाद विशेष उपकरणों का उपयोग करके निकाली गई सामग्री की श्रेणियां और वर्ग निर्धारित किए जाते हैं।

सबसे बड़ा ग्रेफाइट भंडार क्रास्नोडार क्षेत्र और यूक्रेन में स्थित है। निम्न गुणवत्ता वाली सामग्री वाले भंडार मेडागास्कर, ब्राज़ील, कनाडा और मैक्सिको में स्थित हैं।

एक नियम के रूप में, यह चूना पत्थर की चट्टानों, जैसे कि एपेटाइट और फ़्लोगोपाइट, के साथ-साथ न्यूमेटोलाइट संरचनाओं में भी पाया जाता है, अर्थात्: क्वार्ट्ज, फेल्डस्पार, बायोटाइट, टिटानोमैग्नेटाइट।

आवेदन क्षेत्र

उद्योग के कई क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है।

• विद्युत अभियन्त्रण;
• रेडियो इलेक्ट्रॉनिक्स और पावर इलेक्ट्रॉनिक्स;
• भेदन वाहन;
• कीमती आभूषणों और सहायक उपकरणों का उत्पादन।

ग्रेफाइट अनुप्रयोग का दायरा:

• आग प्रतिरोधी उपकरणों का निर्माण;
• स्नेहक का उत्पादन;
• पेंसिल लीड का उत्पादन;
• परमाणु ऊर्जा (न्यूट्रॉन मॉडरेटर के रूप में);
• हीरे का कृत्रिम उत्पादन.

आवेदन का सबसे लोकप्रिय क्षेत्र आभूषण बनाना है। प्रसंस्कृत खनिज, जिसे हीरा कहा जाता है, का उच्च मूल्य है और यह आभूषण बाजार में बहुत लोकप्रिय है। कई लोगों के लिए वह अभी भी है उत्कृष्ट विकल्पपूंजी निवेश के लिए.

ग्रेफाइट से हीरे बनाने की तकनीक

के लिए आधुनिक विज्ञानकृत्रिम हीरे का क्रिस्टल उगाना एक छोटी सी बात है। मैं फ़िन स्वाभाविक परिस्थितियांइसे बनने में करोड़ों साल लग जाते हैं, लेकिन एक विशेष रूप से सुसज्जित प्रयोगशाला में यह काम बहुत कम समय में पूरा हो जाता है।

अप्राकृतिक उत्पादन का सिद्धांत इष्टतम परिस्थितियों को फिर से बनाना है जो कार्बन के रूप को बदलने के लिए सबसे अनुकूल हैं। उच्च तापमान (1500 से 3000 डिग्री तक) और दबाव (कई जीपीए) दोनों की आवश्यकता होती है। इसे प्राप्त करने का सबसे आसान तरीका ग्रेफाइट ताप को दो हजार डिग्री तक स्पंदित करना है। ख्याल रखते हुए उच्च दबावग्रेफाइट को हीरे में बदलने की प्रक्रिया को अंजाम दिया जाता है। वहीं, दबाव कम होने पर विपरीत प्रक्रिया शुरू हो जाती है, जिसमें एक खनिज दूसरे में बदल जाता है।

इस संबंध में, हीरे का क्रिस्टल प्राप्त करने के लिए, लंबे समय तक उच्च तापमान और दबाव मापदंडों को स्थिर रूप से बनाए रखना आवश्यक है। यह रूपांतरण प्रौद्योगिकी को ऊर्जा-गहन और महंगा बनाता है। इसके अलावा, इस प्रक्रिया से केवल औद्योगिक हीरे का उत्पादन होता है, जो आभूषणों में उपयोग के लिए अनुपयुक्त है।

इन कारणों से, खनन की तुलना में अप्राकृतिक हीरे का उत्पादन लाभहीन माना जाता है।

कृत्रिम ग्रेफाइट का उत्पादन

अस्तित्व निम्नलिखित प्रकारकृत्रिम ग्रेफाइट्स: ब्लास्ट फर्नेस, कोक, रिटॉर्ट, एचेसन।

सबसे लोकप्रिय अप्राकृतिक प्रकार कोक है। उत्पादन विधि में रेत और कोक से सघन कार्बन द्रव्यमान प्राप्त करना, उसे जलाना, कार्बोनाइजेशन से जुड़ा हुआ शामिल है। अंतिम चरण में, क्रिस्टलीकरण (ग्राफिटाइजेशन) होता है। सरंध्रता को कम करने के लिए, परिणामी खनिज को सिंथेटिक रेजिन के साथ संसेचित किया जाता है और भूनने को दोहराया जाता है। प्रत्येक दोहराया गया चक्र सरंध्रता को काफी कम कर देता है। कुल मिलाकर पाँच चक्र तक हो सकते हैं।

कृत्रिम ग्रेफाइट का एक महत्वपूर्ण नुकसान विभिन्न अशुद्धियों की सामग्री है और, तदनुसार, कम "शुद्धता"।

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टीम LyubiKamni

परिचय

हमारे देश का हीरा उद्योग विकास के चरण में है, खनिजों के प्रसंस्करण के लिए नई प्रौद्योगिकियों की शुरूआत हो रही है।

पाए गए हीरे के भंडार केवल क्षरण प्रक्रियाओं से प्रकट होते हैं। एक खोजकर्ता के लिए, इसका मतलब है कि कई "अंधा" जमाव हैं जो सतह तक नहीं पहुंचते हैं। उनकी उपस्थिति को स्थानीय चुंबकीय विसंगतियों द्वारा पहचाना जा सकता है, जिसका ऊपरी किनारा सैकड़ों की गहराई पर स्थित है, और यदि आप भाग्यशाली हैं, तो दसियों मीटर। (ए. पोर्टनोव)।

उपरोक्त के आधार पर, मैं हीरा उद्योग के विकास की संभावनाओं का आकलन कर सकता हूं। इसीलिए मैंने विषय चुना - "हीरा और ग्रेफाइट: गुण, उत्पत्ति और अर्थ।"

अपने काम में, मैंने ग्रेफाइट और हीरे के बीच संबंध का विश्लेषण करने की कोशिश की। ऐसा करने के लिए, मैंने कई दृष्टिकोणों से इन पदार्थों की तुलना की। मैंने विचार किया है सामान्य विशेषताएँइन खनिजों के, उनके निक्षेपों के औद्योगिक प्रकार, प्राकृतिक और तकनीकी प्रकार, निक्षेपों का विकास, अनुप्रयोग के क्षेत्र, इन खनिजों का महत्व।

इस तथ्य के बावजूद कि ग्रेफाइट और हीरा अपने गुणों में ध्रुवीय हैं, वे एक ही रासायनिक तत्व - कार्बन के बहुरूपी संशोधन हैं। बहुरूपी, या बहुरूपी, ऐसे पदार्थ होते हैं जिनकी रासायनिक संरचना समान होती है लेकिन क्रिस्टल संरचना भिन्न होती है। संश्लेषण की शुरुआत के साथ कृत्रिम हीरेकार्बन के बहुरूपी संशोधनों के अध्ययन और खोज में रुचि तेजी से बढ़ी है। वर्तमान में, हीरे और ग्रेफाइट के अलावा, लोन्सडेलाइट और चाओटाइट को विश्वसनीय रूप से स्थापित माना जा सकता है। सभी मामलों में पहला केवल हीरे के साथ निकट अंतरवृद्धि में पाया गया था और इसलिए इसे हेक्सागोनल हीरा भी कहा जाता है, और दूसरा ग्रेफाइट के साथ बारी-बारी से प्लेटों के रूप में पाया जाता है, लेकिन इसके विमान के लंबवत स्थित होता है।

कार्बन बहुरूपी: हीरा और ग्रेफाइट

हीरे और ग्रेफाइट का एकमात्र खनिज बनाने वाला तत्व कार्बन है। कार्बन (सी) डी.आई. मेंडेलीव के रासायनिक तत्वों की आवधिक प्रणाली के समूह IV का एक रासायनिक तत्व है, परमाणु संख्या - 6, सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान - 12.011 (1)। कार्बन अम्ल और क्षार में स्थिर होता है और केवल पोटेशियम या सोडियम डाइक्रोमेट, फेरिक क्लोराइड या एल्यूमीनियम द्वारा ऑक्सीकृत होता है। कार्बन के दो स्थिर समस्थानिक C (99.89%) और C (0.11%) हैं। डेटा समस्थानिक रचनाकार्बन से पता चलता है कि यह विभिन्न मूल में आता है: बायोजेनिक, गैर-बायोजेनिक और उल्कापिंड। कार्बन यौगिकों की विविधता, इसके परमाणुओं की एक दूसरे के साथ और अन्य तत्वों के परमाणुओं के साथ विभिन्न तरीकों से जुड़ने की क्षमता से समझाई जाती है, अन्य तत्वों के बीच कार्बन की विशेष स्थिति निर्धारित करती है।

हीरे की सामान्य विशेषताएँ

"हीरा" शब्द तुरंत दिमाग में आता है गुप्त कहानियाँ,खजाने की खोज के बारे में बता रहे हैं। एक समय की बात है, जो लोग हीरे का शिकार करते थे उन्हें इस बात का अंदाजा नहीं था कि उनके जुनून का उद्देश्य क्रिस्टलीय कार्बन था, जो कालिख, कालिख और कोयला बनाता है। यह बात सबसे पहले लवॉज़ियर ने सिद्ध की थी। उन्होंने इस उद्देश्य के लिए विशेष रूप से इकट्ठी की गई एक आग लगाने वाली मशीन का उपयोग करके हीरे जलाने का प्रयोग किया। यह पता चला कि हीरा हवा में लगभग 850-1000*C के तापमान पर जलता है, सामान्य कोयले की तरह कोई ठोस अवशेष नहीं छोड़ता है, और शुद्ध ऑक्सीजन की धारा में यह 720-800*C के तापमान पर जलता है। जब ऑक्सीजन तक पहुंच के बिना 2000-3000*C तक गर्म किया जाता है, तो यह ग्रेफाइट में बदल जाता है (यह इस तथ्य से समझाया गया है कि हीरे में कार्बन परमाणुओं के बीच होमोपोलर बंधन बहुत मजबूत होते हैं, जो बहुत उच्च पिघलने बिंदु का कारण बनता है।

हीरा एक रंगहीन, पारदर्शी क्रिस्टलीय पदार्थ है जो प्रकाश किरणों को अत्यधिक तीव्रता से अपवर्तित करता है।

हीरे में कार्बन परमाणु sp3 संकरण की स्थिति में होते हैं। उत्तेजित अवस्था में, कार्बन परमाणुओं में संयोजकता इलेक्ट्रॉन युग्मित हो जाते हैं और चार अयुग्मित इलेक्ट्रॉन बनते हैं।

हीरे में प्रत्येक कार्बन परमाणु चार अन्य से घिरा हुआ है, जो टेट्राहेड्रोन के शीर्ष पर केंद्र से दूर स्थित है।

टेट्राहेड्रा में परमाणुओं के बीच की दूरी 0.154 एनएम है।

सभी कनेक्शनों की ताकत एक समान है.

संपूर्ण क्रिस्टल एक एकल त्रि-आयामी फ़्रेम है।

20*C पर हीरे का घनत्व 3.1515 ग्राम/सेमी होता है। यह इसकी असाधारण कठोरता की व्याख्या करता है, जो किनारों के साथ बदलती रहती है और क्रम में घटती जाती है: ऑक्टाहेड्रोन - रोम्बिक डोडेकाहेड्रोन - क्यूब। साथ ही, हीरे में पूर्ण दरार (ऑक्टाहेड्रोन के साथ) होती है, और इसकी झुकने और संपीड़न शक्ति अन्य सामग्रियों की तुलना में कम होती है, इसलिए हीरा नाजुक होता है, तेज प्रभाव के अधीन होने पर टूट जाता है और कुचलने पर पाउडर में बदल जाता है। अपेक्षाकृत आसानी से. हीरे में सबसे अधिक कठोरता होती है. इन दो गुणों का संयोजन इसे अपघर्षक और महत्वपूर्ण विशिष्ट दबाव के तहत काम करने वाले अन्य उपकरणों के लिए उपयोग करने की अनुमति देता है।

हीरे का अपवर्तनांक (2.42) और फैलाव (0.063) अन्य पारदर्शी खनिजों से कहीं अधिक है, जो अधिकतम कठोरता के साथ मिलकर एक रत्न के रूप में इसकी गुणवत्ता निर्धारित करता है।

नाइट्रोजन, ऑक्सीजन, सोडियम, मैग्नीशियम, एल्यूमीनियम, सिलिकॉन, लोहा, तांबा और अन्य की अशुद्धियाँ हीरे में पाई जाती हैं, आमतौर पर एक प्रतिशत के हजारवें हिस्से में।

हीरा एसिड और क्षार के प्रति बेहद प्रतिरोधी है, पानी से गीला नहीं होता है, लेकिन इसमें कुछ वसा मिश्रणों का पालन करने की क्षमता होती है।

हीरे प्रकृति में अच्छी तरह से परिभाषित व्यक्तिगत क्रिस्टल और पॉलीक्रिस्टलाइन समुच्चय दोनों के रूप में पाए जाते हैं। सही ढंग से बने क्रिस्टल सपाट चेहरों वाले पॉलीहेड्रा की तरह दिखते हैं: ऑक्टाहेड्रोन, रोम्बिक डोडेकाहेड्रोन, क्यूब और इन आकृतियों का संयोजन। अक्सर हीरे के पहलुओं पर विकास और विघटन के कई चरण होते हैं; यदि वे आंखों से दिखाई नहीं देते हैं, तो किनारे घुमावदार, गोलाकार, अष्टफलक, षट्कोण, घनाकार और उनके संयोजन के आकार में दिखाई देते हैं। क्रिस्टल के विभिन्न आकार उनकी आंतरिक संरचना, दोषों के वितरण की उपस्थिति और प्रकृति के साथ-साथ क्रिस्टल के आसपास के वातावरण के साथ भौतिक-रासायनिक संपर्क के कारण होते हैं।

पॉलीक्रिस्टलाइन संरचनाओं में बल्लास, कार्बोनेडो और बोर्ड प्रमुख हैं।

बल्लास एक रेडियल संरचना के साथ गोलाकार संरचनाएं हैं। कार्बोनाडो - 0.5-50 माइक्रोन के व्यक्तिगत क्रिस्टल के आकार के साथ क्रिप्टोक्रिस्टलाइन समुच्चय। बोर्ड स्पष्ट दानेदार समुच्चय है। बल्ला और विशेषकर कार्बोनेडो में सभी प्रकार के हीरों की तुलना में सबसे अधिक कठोरता होती है।

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अंक 2

ग्रेफाइट की सामान्य विशेषताएँ

ग्रेफाइट एक धात्विक चमक वाला धूसर-काला क्रिस्टलीय पदार्थ है, जो छूने में चिकना होता है और कठोरता में कागज से भी कम होता है।

ग्रेफाइट की संरचना स्तरित होती है, परत के अंदर परमाणु मिश्रित आयनिक-सहसंयोजक बंधों द्वारा जुड़े होते हैं, और परतों के बीच अनिवार्य रूप से धात्विक बंधों द्वारा जुड़े होते हैं।

ग्रेफाइट क्रिस्टल में कार्बन परमाणु sp2 संकरण में होते हैं। बांड की दिशाओं के बीच का कोण 120* के बराबर होता है। परिणाम नियमित षट्भुजों से युक्त एक ग्रिड है।

हवा की पहुंच के बिना गर्म करने पर, ग्रेफाइट में 3700*C तक कोई परिवर्तन नहीं होता है। निर्दिष्ट तापमान पर इसे बिना पिघले बाहर निकाल दिया जाता है।

ग्रेफाइट क्रिस्टल आमतौर पर पतली प्लेटें होती हैं।

अपनी कम कठोरता और बहुत उत्तम दरार के कारण, ग्रेफाइट स्पर्श करने पर चिकने कागज पर आसानी से निशान छोड़ देता है। ग्रेफाइट के ये गुण परमाणु परतों के बीच कमजोर बंधन के कारण होते हैं। इन बांडों की ताकत विशेषताओं को ग्रेफाइट की कम विशिष्ट गर्मी और इसके उच्च पिघलने बिंदु की विशेषता है। इसके कारण, ग्रेफाइट में अत्यधिक उच्च अग्नि प्रतिरोध होता है। इसके अलावा, यह बिजली और गर्मी को अच्छी तरह से संचालित करता है, कई एसिड और अन्य रसायनों के प्रति प्रतिरोधी है, आसानी से अन्य पदार्थों के साथ मिल जाता है, इसमें घर्षण का गुणांक कम होता है, और उच्च चिकनाई और कवर करने की क्षमता होती है। यह सब एक खनिज में महत्वपूर्ण गुणों के एक अद्वितीय संयोजन का कारण बना। इसलिए, उद्योग में ग्रेफाइट का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।

खनिज समुच्चय में कार्बन सामग्री और ग्रेफाइट की संरचना मुख्य विशेषताएं हैं जो गुणवत्ता निर्धारित करती हैं। ग्रेफाइट को अक्सर एक ऐसी सामग्री कहा जाता है, जो एक नियम के रूप में, न केवल मोनोक्रिस्टलाइन है, बल्कि मोनोमिनरल भी है। उनका तात्पर्य मुख्य रूप से ग्रेफाइट पदार्थ, ग्रेफाइट और ग्रेफाइट युक्त चट्टानों और संवर्धन उत्पादों के समग्र रूपों से है। ग्रेफाइट के अलावा, उनमें हमेशा अशुद्धियाँ (सिलिकेट्स, क्वार्ट्ज, पाइराइट, आदि) होती हैं। ऐसी ग्रेफाइट सामग्रियों के गुण न केवल ग्रेफाइटिक कार्बन की सामग्री पर निर्भर करते हैं, बल्कि आकार, आकार आदि पर भी निर्भर करते हैं आपसी संबंधग्रेफाइट क्रिस्टल यानी प्रयुक्त सामग्री की बनावट और संरचनात्मक विशेषताओं पर। इसलिए, ग्रेफाइट सामग्री के गुणों का आकलन करने के लिए, ग्रेफाइट की क्रिस्टलीय संरचना की विशेषताओं और उनके अन्य घटकों की बनावट और संरचनात्मक विशेषताओं दोनों को ध्यान में रखना आवश्यक है।

चित्र 3.

बकेवा अनास्तासिया

यह सब एक साधारण पेंसिल से शुरू हुआ! या यों कहें, इसके मूल से। भौतिकी कक्षा में हमने "ठोस, तरल और गैसीय पिंडों की संरचना" विषय को कवर किया और यह पता चला कि कार्बन, ग्रेफाइट और हीरा "रिश्तेदार" हैं। लेकिन यह कैसे हो सकता है, क्योंकि कार्बन एक गैस है, और ग्रेफाइट और हीरा क्रिस्टल जाली वाले ठोस पदार्थ हैं, लेकिन ग्रेफाइट "लिखता है", और हीरा इतना कठोर होता है कि इसका उपयोग कांच और धातुओं को काटने और सजाने के लिए किया जा सकता है जेवर! हमें दिलचस्पी हो गई. यह पता चला है कि एक साधारण पेंसिल का मूल (सीसा) ग्रेफाइट, मिट्टी और मोम का एक विशेष रूप से संसाधित मिश्रण है। जब हम चित्र बनाते हैं, तो ग्रेफाइट क्रिस्टल जाली अलग हो जाती है और इसके परमाणु हेक्सागोनल विमानों में सतह पर स्थित होते हैं, और रंगीन पेंसिलों में ग्रेफाइट शामिल नहीं होता है! केवल संदर्भ के लिए, मैं एक रंगीन पेंसिल की अनुमानित संरचना दूंगा: ऑर्गेनिक डाई प्लास्टिसाइज़र (उदाहरण के लिए, स्टीयरिन, जिससे मोमबत्तियाँ बनाई जाती हैं) टैल्क (वैसे, सबसे अधिक) नरम खनिजमोह्स स्केल) काओलिन ( सफेद चिकनी मिट्टी, इसका उपयोग चीनी मिट्टी के बरतन के उत्पादन और सौंदर्य प्रसाधनों में भी किया जाता है) सीएमसी गोंद (कार्बोक्सिमिथाइल सेलूलोज़) एक बाइंडर है। ओह, बहुत दिलचस्प! हमने पेंसिल के बारे में एक संक्षिप्त संदेश तैयार किया और शिक्षक ने इस विषय का विस्तार करने और इसे एक शोध परियोजना में बदलने का सुझाव दिया।

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पूर्व दर्शन:

नगरपालिका शैक्षणिक संस्थान "माध्यमिक विद्यालय नंबर 2, एर्शोव, सेराटोव क्षेत्र"

अनुसंधान परियोजना

कार्बन, ग्रेफाइट, हीरा

बकेवा अनास्तासिया

8 "ए" वर्ग

प्रमुख: भौतिकी शिक्षक I श्रेणी फ़िलिपोवा ई.वी.

2015

परिचय

यह सब एक साधारण पेंसिल से शुरू हुआ! या यों कहें, इसके मूल से। भौतिकी कक्षा में हमने "ठोस, तरल और गैसीय पिंडों की संरचना" विषय को कवर किया और यह पता चला कि कार्बन, ग्रेफाइट और हीरा "रिश्तेदार" हैं। लेकिन यह कैसे हो सकता है, आख़िरकार, कार्बन एक गैस है, और ग्रेफाइट और हीरा क्रिस्टलीय जाली वाले ठोस पदार्थ हैं, लेकिन ग्रेफाइट "लिखता है", और हीरा इतना कठोर होता है कि यह कांच और धातुओं को काट सकता है, और आभूषणों को सजा सकता है! मुझे दिलचस्पी हो गई. यह पता चला है कि एक साधारण पेंसिल का मूल (सीसा) ग्रेफाइट, मिट्टी और मोम का एक विशेष रूप से संसाधित मिश्रण है। जब हम चित्र बनाते हैं, तो ग्रेफाइट की क्रिस्टल जाली अलग हो जाती है और इसके परमाणु सतह पर हेक्सागोनल विमानों में और अंदर स्थित होते हैंरंगीन पेंसिलों में ग्रेफाइट शामिल नहीं है! केवल संदर्भ के लिए, मैं रंगीन पेंसिल की अनुमानित संरचना दूंगा:

• जैविक डाई
• प्लास्टिसाइज़र (स्टीयरिन, उदाहरण के लिए, जिससे मोमबत्तियाँ बनाई जाती हैं)
• तालक (वैसे, मोह पैमाने पर सबसे नरम खनिज)
  काओलिन (सफेद मिट्टी, इसका उपयोग चीनी मिट्टी के बरतन के उत्पादन और सौंदर्य प्रसाधनों में भी किया जाता है)
• सीएमसी गोंद (कार्बोक्सिमिथाइल सेलूलोज़) यहां बांधने की मशीन है।

ओह, बहुत दिलचस्प!

हमने पेंसिल के बारे में एक संक्षिप्त संदेश तैयार किया और शिक्षक ने इस विषय का विस्तार करने और इसे एक शोध परियोजना में बदलने का सुझाव दिया।

कार्य के लक्ष्य:

कार्बन, ग्रेफाइट और हीरे की संरचना और भौतिक गुणों का अध्ययन करें

प्रौद्योगिकी, उद्योग, आभूषण उत्पादन और विज्ञान में कार्बन, ग्रेफाइट और हीरे के उपयोग के बारे में जानें

कृत्रिम हीरे बनाने के बारे में जानें

कार्य

बनाएं विजुअल एड्सक्रिस्टलीय पिंडों (क्रिस्टल जाली) के अध्ययन के लिए

कॉपर सल्फेट का अपना क्रिस्टल उगाएं (इसमें ग्रेफाइट, हीरा और यहां तक ​​कि नमक और चीनी की तरह एक क्रिस्टल जाली भी होती है...)

ऐतिहासिक सन्दर्भ.

ग्रेफाइट, हीरा और कार्बन प्राचीन काल से ज्ञात हैं। यह लंबे समय से ज्ञात है कि ग्रेफाइट का उपयोग अन्य सामग्रियों को चिह्नित करने के लिए किया जा सकता है, और "ग्रेफाइट" नाम, जो ग्रीक शब्द से आया है जिसका अर्थ है "लिखना", 1789 में ए वर्नर द्वारा प्रस्तावित किया गया था। हालांकि, ग्रेफाइट का इतिहास जटिल है; समान बाहरी भौतिक गुणों वाले पदार्थों को अक्सर इसके लिए गलत समझा जाता था, जैसे कि मोलिब्डेनाइट (मोलिब्डेनम सल्फाइड), जिसे एक समय में ग्रेफाइट माना जाता था। ग्रेफाइट के अन्य नामों में "ब्लैक लेड," "कार्बाइड आयरन," और "सिल्वर लेड" शामिल हैं। 1779 में, के. शीले ने स्थापित किया कि कार्बन डाइऑक्साइड बनाने के लिए ग्रेफाइट को हवा के साथ ऑक्सीकरण किया जा सकता है। हीरे का उपयोग सबसे पहले भारत में हुआ और 1725 में ब्राजील में रत्न व्यावसायिक रूप से महत्वपूर्ण हो गए; में जमा करता है दक्षिण अफ्रीका 1867 में खोले गए थे। 20वीं सदी में। मुख्य हीरा उत्पादक दक्षिण अफ्रीका, ज़ैरे, बोत्सवाना, नामीबिया, अंगोला, सिएरा लियोन, तंजानिया और रूस हैं। मानव निर्मित हीरे, जिनकी तकनीक 1970 में बनाई गई थी, औद्योगिक उद्देश्यों के लिए उत्पादित किए जाते हैं।“कार्बन प्रकृति में स्वतंत्र और संयुक्त दोनों अवस्थाओं में होता है विभिन्न रूपऔर प्रकार. मुक्त अवस्था में, कार्बन को कम से कम तीन रूपों में जाना जाता है: कोयला, ग्रेफाइट और हीरा। यौगिकों की अवस्था में, कार्बन तथाकथित कार्बनिक पदार्थों का हिस्सा है, अर्थात। प्रत्येक पौधे और जानवर के शरीर में कई पदार्थ पाए जाते हैं। यह पानी और हवा में कार्बन डाइऑक्साइड के रूप में और मिट्टी और द्रव्यमान में कार्बन डाइऑक्साइड लवण और कार्बनिक अवशेषों के रूप में पाया जाता है। भूपर्पटी. जानवरों और पौधों के शरीर को बनाने वाले पदार्थों की विविधता से हर कोई परिचित है। मोम और तेल, तारपीन और राल, कपास कागज और प्रोटीन, पौधे कोशिका ऊतक और पशु मांसपेशी ऊतक, टार्टरिक एसिड और स्टार्च - ये सभी और पौधों और जानवरों के ऊतकों और रस में शामिल कई अन्य पदार्थ कार्बन यौगिक हैं। कार्बन यौगिकों का क्षेत्र इतना बड़ा है कि यह रसायन विज्ञान की एक विशेष शाखा का गठन करता है, अर्थात। कार्बन या, बेहतर, हाइड्रोकार्बन यौगिकों का रसायन।

कार्बन

पौधे वायुमंडल में कार्बन डाइऑक्साइड - कार्बन डाइऑक्साइड - से कार्बन निकालते हैं और इसका उपयोग करते हैं निर्माण सामग्रीजड़ों, तनों और पत्तियों के लिए. जानवर इसे इन पौधों को खाकर प्राप्त करते हैं। और मिट्टी में यह मृत प्राणियों के शरीर के सड़ने के दौरान जमा हो जाता है। शुद्ध कार्बन के सभी रूपों में से, सबसे प्रसिद्ध, और शायद मनुष्यों के लिए सबसे मूल्यवान, कोयला है। यह लगभग 4/5 कार्बन है, शेष हाइड्रोजन और अन्य तत्व हैं। कोयले का मूल्य कार्बन के रासायनिक गुणों से उत्पन्न होता है, मुख्य बात यह है कि यह ऑक्सीजन के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करता है। यह प्रक्रिया तब होती है जब कोयले को हवा में जलाया जाता है और वह बाहर निकलता है एक बड़ी संख्या कीतापीय ऊर्जा, जिसका उपयोग विभिन्न प्रयोजनों के लिए किया जा सकता है। हालाँकि, कार्बन इन निर्जीव प्रकृतिन केवल कोयले के रूप में पाया जा सकता है। उसके अस्तित्व के दो अन्य रूप शुद्ध फ़ॉर्म, एक दूसरे से बिल्कुल अलग - ग्रेफाइट और हीरा। ग्रेफाइट स्पर्श करने पर बहुत नरम और चिकना होता है। यह कई तंत्रों के लिए एक उत्कृष्ट स्नेहक के रूप में कार्य करता है। और, जैसा कि आप जानते हैं, पेंसिल लीड इससे बनाई जाती हैं। इस मामले में, इसकी कोमलता को कम करने के लिए ग्रेफाइट को मिट्टी के साथ मिलाया जाता है। इसके विपरीत, हीरे सबसे मजबूत पदार्थ हैं, मनुष्य को ज्ञात है. इनका उपयोग विशेष रूप से मजबूत कटर बनाने के लिए भी किया जाता है जेवर. कार्बन परमाणु एक दूसरे के साथ और अन्य तत्वों के परमाणुओं के साथ बंधन बना सकते हैं। परिणाम है अनेक प्रकारकार्बन यौगिक. कार्बन पौधों और जानवरों की संरचना में शामिल है (~18%)। प्रकृति में कार्बन चक्र में जैविक चक्र, CO का विमोचन शामिल है 2 दहन के दौरान वायुमंडल मेंजीवाश्म ईंधन, ज्वालामुखीय गैसों से, गर्म खनिज झरनों से, समुद्र के पानी की सतह परतों से, आदि। जैविक चक्र में CO के रूप में कार्बन होता है 2 से अवशोषित होता है क्षोभ मंडल पौधे। फिर सेबीओस्फिअ को वापस आता हैजीओस्फेयर: पौधों के साथ, कार्बन जानवरों और मनुष्यों के शरीर में प्रवेश करता है, और फिर, जानवरों और पौधों की सामग्री के क्षय के दौरान, मिट्टी में और CO के रूप में प्रवेश करता है। 2 -वातावरण में. वाष्प अवस्था में तथा यौगिकों के रूप मेंनाइट्रोजन और हाइड्रोजन वायुमंडल में कार्बन पाया जाता हैसूरज , ग्रह, यह पत्थर और लोहे में पाया जाता हैउल्कापिंड . कार्बन कई तत्वों के साथ प्रतिक्रिया करके कार्बाइड बनाता है (कार्बाइड यौगिक हैं)।धातुओं और गैर धातु साथ कार्बन ). धातु विज्ञान में कार्बन का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। (धातुकर्म परस्पर जुड़े उद्योगों और चरणों का एक समूह है उत्पादन प्रक्रियाउत्पादन सेकच्चा मालतैयार उत्पादों के जारी होने से पहले -काला और अलौह धातुऔर उन्हें मिश्र ). कार्बन की बहुलक शृंखला बनाने की क्षमता के कारण, कार्बन-आधारित यौगिकों का एक विशाल वर्ग है, जो अकार्बनिक यौगिकों की तुलना में बहुत अधिक संख्या में हैं, और जिनका अध्ययन किया जाता है।कार्बनिक रसायन विज्ञान . उनमें से सबसे व्यापक समूह हैं:हाइड्रोकार्बन, गिलहरी , वसाआदि। कार्बन मानव जीवन में बहुत बड़ी भूमिका निभाता है। इसके अनुप्रयोग उतने ही विविध हैं जितना कि यह बहु-पक्षीय तत्व। कार्बन सभी कार्बनिक पदार्थों का आधार है। किसी भी जीवित जीव में बड़े पैमाने पर कार्बन होता है। कार्बन जीवन का आधार है। जीवित जीवों के लिए कार्बन का स्रोत आमतौर पर वायुमंडल या पानी से कार्बन डाइऑक्साइड होता है। प्रकाश संश्लेषण के माध्यम से, यह जैविक खाद्य श्रृंखलाओं में प्रवेश करता है जिसमें जीवित चीजें एक-दूसरे या एक-दूसरे के अवशेषों को खाती हैं और इस तरह अपने शरीर के निर्माण के लिए कार्बन प्राप्त करती हैं। कार्बन का जैविक चक्र या तो ऑक्सीकरण और वायुमंडल में लौटने से, या कोयले या तेल के रूप में दफन होने से समाप्त होता है। जीवाश्म ईंधन के रूप में कार्बन:कोयला और हाइड्रोकार्बन(तेल , प्राकृतिक गैस ) - सबसे महत्वपूर्ण स्रोतों में से एकऊर्जा मानवता के लिए . इस्पात उद्योग में कार्बन मिश्र धातुओं के सबसे महत्वपूर्ण घटकों में से एक हैआयरन-कार्बन (उत्पादन) कच्चा लोहा और बनना ). कार्बन वायुमंडलीय एरोसोल का हिस्सा है, जिसके परिणामस्वरूप क्षेत्रीय जलवायु और मात्रा में परिवर्तन हो सकता है खिली धूप वाले दिन. कार्बन कण अवशोषित करते हैं सौर विकिरण, जिससे पृथ्वी की सतह गर्म हो सकती है। कार्बन प्रवेश करता है पर्यावरणवाहनों की निकास गैसों में कालिख के रूप में, थर्मल पावर प्लांट (थर्मल पावर प्लांट) में कोयला जलाने पर, कोयले के खुले गड्ढे में खनन के दौरान, भूमिगत गैसीकरण, कोयला सांद्रण का उत्पादन आदि। दहन स्रोतों के ऊपर कार्बन सांद्रता 100 है -400 μg/m³, बड़े शहर 2, 4-15.9 µg/m³, ग्रामीण इलाकों 0.5 - 0.8 µg/m³. परमाणु ऊर्जा संयंत्रों से गैस-एयरोसोल उत्सर्जन के साथ, (6-15) 10 वायुमंडल में प्रवेश करते हैं 9 बीकेजी/दिन कार्बन डाइऑक्साइडगैस उच्च सामग्रीवायुमंडलीय एरोसोल में कार्बन विशेष रूप से आबादी के बीच रुग्णता को बढ़ाता हैऊपरी श्वांस नलकीऔर फेफड़े . व्यावसायिक रोग - मुख्य रूप से एन्थ्रेकोसिस और धूलब्रोंकाइटिस. वायुमंडलीय वायु में अधिकतम एक बार की कार्बन सामग्री 0.15 है, दैनिक औसत 0.05 mg/m³ है। कार्बन का विषैला प्रभाव प्रोटीन अणुओं (विशेषकर डीएनए और) में शामिल होता हैशाही सेना ), बीटा कणों और नाइट्रोजन रिकॉइल नाभिक के विकिरण प्रभाव और रूपांतरण प्रभाव से निर्धारित होता है - कार्बन परमाणु के नाइट्रोजन परमाणु में परिवर्तन के परिणामस्वरूप अणु की रासायनिक संरचना में परिवर्तन।

सीसा

डायमंड

हीरे और ग्रेफाइट के भौतिक गुणों को जानने के बाद, वैज्ञानिकों ने यह नोट किया अलग अलग आकारकार्बन. पहला है बहुमूल्य खनिज, दुनिया में सबसे कठिन में से एक। जेमोलॉजिस्ट द्वारा अपनाए गए मोह्स स्केल के अनुसार, हीरे का कठोरता स्कोर सबसे अधिक है - 10. इस प्रणाली के अनुसार, ग्रेफाइट 2 तक भी नहीं पहुंचता है। एक चमकदार गहना और एक पेंसिल सीसा कार्बन से बने होते हैं। इन खनिजों के बीच का अंतर क्रिस्टल जाली के प्रकार को निर्धारित करता है। लेकिन इनके गुण एक दूसरे से बहुत अलग हैं. इसके बारे में नीचे पढ़ें.

हीरा और ग्रेफाइट क्या हैं?

हीरा सबसे कठोर खनिज है। बाह्य रूप से यह है पारदर्शी पत्थर, जिसका स्पष्ट रूप से दिखाई देने वाला क्रिस्टलीय रूप है। हीरे रंगहीन होते हैं, लेकिन उनके अलग-अलग रंग होते हैं, जिनमें काला भी शामिल है। रंग निर्भर करता है स्वाभाविक परिस्थितियां, जिसमें पत्थर का निर्माण हुआ, साथ ही इसकी संरचना में विभिन्न अशुद्धियों से भी।

ग्रेफाइट एक नाजुक पदार्थ है, स्पर्श करने पर चिकना, धात्विक चमक के साथ, परतों में व्यवस्थित कार्बन अणुओं से बना होता है और छोटी पतली प्लेटों का निर्माण करता है। इसे दबाने पर शीट पर एक निशान रह जाता है।

खनिज संरचना

हीरे और ग्रेफाइट की विशेषताओं पर विचार करते समय सबसे पहले हम खनिजों की संरचना से शुरुआत करेंगे। दोनों आवर्त सारणी के छठे तत्व कार्बन से बने हैं।

चूँकि हीरे और ग्रेफाइट में कार्बन कण होते हैं, उनके पदार्थ का प्रकार व्यक्तिगत होता है, और उनकी गुणात्मक संरचना कार्बन परमाणुओं के यौगिकों से बनती है। हीरे और ग्रेफाइट का रासायनिक सूत्र सरल है - C, कार्बन। यह रासायनिक तत्व गंधहीन होता है, इसलिए न तो हीरे की गंध आती है और न ही ग्रेफाइट की।

हालांकि रासायनिक सूत्रहीरे का सूत्र ग्रेफाइट के समान होता है; संरचनाओं में अंतर होता है जिसमें कार्बन परमाणु मिलकर क्रिस्टल जाली बनाते हैं।

जब खनिजों में अलग-अलग क्रिस्टल जालक होते हैं लेकिन उनकी रासायनिक संरचना समान होती है, तो उन्हें बहुरूप कहा जाता है। प्रश्न में खनिज - अलग - अलग प्रकारकार्बन के बहुरूपी संशोधन।

कार्बन खनिज कैसे और कहाँ पाए जाते हैं?

प्राथमिक रासायनिक संरचना की समानता पदार्थों के समान गुणों को निर्धारित नहीं करती है। अंतर को दो अलग-अलग कार्बन चट्टानों की उत्पत्ति की जटिलताओं द्वारा समझाया गया है। हीरे अत्यंत तीव्र शीतलन के बाद तीव्र दबाव में बनते हैं। और यदि वायुमंडलीय दबाव बहुत कम है, तो ग्रेफाइट काफी उच्च तापमान पर बनता है।

इस बात की पुष्टि कि हीरा और ग्रेफाइट एक ही तरह से नहीं बने थे, प्रकृति में उनकी उपस्थिति है। सभी हीरों का लगभग 80% किम्बरलाइट पाइपों में खनन किया जाता है - विस्फोट के बाद निकलने वाले मैग्मा और भूमिगत गैस के निकलने से बने गहरे गड्ढे।

तलछटी चट्टानों और मैग्मा द्वारा निर्मित परतों में कई ग्रेफाइट जमा हैं।

कार्बन खनिजों में रासायनिक बंधन

ठोस बनाने वाले कण क्रिस्टल जाली में जुड़े होते हैं। विज्ञान ऐसी जाली के 4 प्रकार जानता है - आयनिक, आणविक, परमाणु और धात्विक।

बाह्य रूप से, कीमती क्रिस्टल नमक क्रिस्टल के समान होता है, लेकिन नमक में एक आयनिक क्रिस्टल जाली होती है।

हीरे की क्रिस्टल जाली का प्रकार, उसके बहुरूप ग्रेफाइट की तरह, परमाणु है।इसके नोड्स में कार्बन परमाणु होते हैं। भौतिक अवस्था- ठोस शरीर। लेकिन फिर भी, कार्बन बहुरूपता कठोरता में भिन्न होती है।

हीरे का इतना मजबूत होने का गुण परमाणुओं के रासायनिक बंधन की ताकत के कारण होता है। हीरे की संरचना त्रि-आयामी होती है, इसमें कार्बन परमाणु एक त्रिफलकीय पिरामिड, एक चतुष्फलक के आकार में व्यवस्थित होते हैं। प्रत्येक परमाणु कण सभी चार पड़ोसी कणों से समान रूप से मजबूती से जुड़ा हुआ है; यह एक सहसंयोजक बंधन के माध्यम से पूरा किया जाता है।

परमाणु रूप से, ग्रेफाइट हेक्सागोनल आकृतियों की परतों का एक समूह है, जिसके प्रत्येक शीर्ष पर एक कार्बन परमाणु होता है। इसकी स्तरित संरचना द्वि-आयामी है। परतों में सहसंयोजक बंधन मजबूत होता है, और परतों के बीच बहुत कमजोर होता है, जैसे आणविक क्रिस्टल जाली वाले पदार्थों में। परतें मजबूती से जुड़ी नहीं हैं. इसलिए ग्रेफाइट की कठोरता हीरे की तुलना में कम होती है।

परमाणु संरचना और खनिज भौतिकी के बीच संबंध

आइए विचार करें कि परमाणुओं की ज्यामिति बाह्य रूप से कैसी दिखाई देती है। हीरे और ग्रेफाइट के गुणों में अंतर सीधे क्रिस्टल जाली की संरचना के प्रकार से संबंधित है। हीरे की क्रिस्टल जाली में 4 अच्छी तरह से जुड़े कार्बन परमाणुओं की इकाइयाँ होती हैं। उन्होंने अत्यधिक मजबूत सहसंयोजक सिग्मा बंधन बनाए। अंतरपरमाण्विक यौगिकों के ऑप्टिकल गुण प्रकाश को अवशोषित करते हैं, जिससे क्रिस्टल पारदर्शी हो जाता है। और समान शक्ति के बंधनों में नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए प्राथमिक कणों का मजबूत निर्धारण इसे कठोरता और ढांकता हुआ गुण देता है।

ग्रेफाइट के हेक्सागोनल क्रिस्टल जाली में बने सहसंयोजक पाई यौगिक कार्बन परमाणुओं को परतों में एक साथ बांधते हैं। ऐसे बंधन के साथ, कई इलेक्ट्रॉन मुक्त रहते हैं, इसलिए परतें एक-दूसरे से केवल थोड़ी सी बंधी होती हैं। शून्य चिह्न के साथ गैर-स्थानीयकृत प्राथमिक कणों की गति ग्रेफाइट विद्युत चालकता प्रदान करती है। उनमें प्रकाश चालकता की कमी होती है, जो पदार्थ को पारदर्शिता से वंचित कर देती है, यही कारण है कि ग्रेफाइट का रंग काला होता है।

कार्बन का एलोट्रोपिक संशोधन

एलोट्रॉपी रासायनिक तत्वों की दो या दो से अधिक में मौजूद रहने की क्षमता है भौतिक रूप(अलोट्रोपेस)। अब तक खोजी गई सभी खोजों में सबसे व्यापक कार्बन की अपरूपता है।

यदि आप मुख्य कार्बन अपरूपों को सूचीबद्ध करें, तो वे होंगे:

• हीरा;
• ग्रेफाइट;
• कार्बाइन;
• फुलरीन

उपरोक्त से, दो कार्बन अपरूपों को संश्लेषित किया गया है। कार्बाइन और फुलरीन कार्बन के कृत्रिम रूप से प्राप्त एलोट्रोपिक संशोधन हैं। कार्बिन छोटे काले क्रिस्टल का एक पाउडर है। खोज के बाद प्रयोगशाला में एक प्राकृतिक पदार्थ भी पाया गया। फुलरीन लगभग 5 मिमी व्यास का एक पीला क्रिस्टल है जिसे संयुक्त राज्य अमेरिका में पिछली शताब्दी के अंत में संश्लेषित किया गया था।

कार्बन के एलोट्रोपिक रूपों को रूपांतरित किया जा सकता है। हीरे का दूसरे राज्य में स्थानांतरण अपने आप नहीं होगा। लेकिन जब क्रिस्टल को निर्वात में 1800 डिग्री तक गर्म किया जाता है, तो यह ग्रेफाइट में बदल जाएगा।

ऐसी ज्ञात विधियाँ हैं जो विपरीत परिवर्तन करना संभव बनाती हैं।

ग्रेफाइट से रत्न कैसे प्राप्त करें?

हीरा ग्रेफाइट से प्राप्त किया जा सकता है। 1000 Pa से ऊपर के दबाव और धातुओं के योग के साथ 3000 डिग्री के तापमान पर, ग्रेफाइट में कार्बन सहसंयोजक बंधन को बदल देता है। परिणामी पत्थर धुंधले और छिद्रपूर्ण होते हैं।

एक अन्य विधि शॉक वेव का उपयोग है, जिसके बाद आप सही के स्वच्छ, पारदर्शी क्रिस्टल की प्रशंसा कर सकते हैं ज्यामितीय आकार, लेकिन आकार में बहुत छोटा।

इन तरीकों की खामियों के कारण यह निष्कर्ष निकला कि हीरे सबसे अच्छे तरीके से उगाए जाते हैं। जब हीरे को डेढ़ हजार डिग्री तक गर्म किया जाता है तो वह बढ़ता है। लेकिन यह महंगा है, यही वजह है कि आज कृत्रिम आभूषण मीथेन से बनाए जाते हैं।

भौतिक और रासायनिक गुण

हीरा विद्युत सुचालक नहीं होता, परंतु यह ऊष्मा का सुचालक होता है। प्रकाश को अच्छी तरह से अपवर्तित और परावर्तित करता है। पारदर्शी और चमकदार. 3700-4000 डिग्री पर पिघलता है। 18वीं शताब्दी में लेवोज़ियर ने पहली बार हीरे जलाए।

बाद में, वैज्ञानिकों ने पाया कि ऑक्सीजन के साथ संयुक्त होने पर, हीरा 721-800 डिग्री पर जलता है, कार्बन डाइऑक्साइड में वाष्पित हो जाता है। हवा के बिना, 2001-3000 डिग्री तक गर्म करने पर यह ग्रेफाइट में बदल सकता है। रासायनिक गुण एसिड के प्रति प्रतिरोध का संकेत देते हैं।

ग्रेफाइट विद्युत और तापीय रूप से प्रवाहकीय, एसिड और पानी में अघुलनशील, गर्मी प्रतिरोधी है। गलनांक 2500 - 3000 डिग्री. यह 250-300 डिग्री तक नहीं जलता है, लेकिन 300 से ऊपर और 1000 तक तापमान पर जलाने पर यह कार्बन डाइऑक्साइड में बदल जाता है।

तुलनात्मक विशेषताएँ

आइए हीरे और ग्रेफाइट की संरचना और उनके भौतिक गुणों की तुलना करें: कठोरता, तापीय चालकता, विद्युत चालकता, रासायनिक बंधन की विशेषताएं।

एक विस्तृत तुलनात्मक तालिका आपको खनिजों की विशेषताओं के बारे में बताएगी:

हर कोई नहीं जानता, लेकिन हीरा और ग्रेफाइट एक ही पदार्थ के दो रूप हैं। ये खनिज कठोरता और प्रकाश के अपवर्तन और परावर्तन की विशेषताओं में एक दूसरे से बिल्कुल भिन्न हैं। इसके अलावा, अंतर काफी महत्वपूर्ण हैं। हीरा दुनिया का सबसे कठोर खनिज है, मोह्स पैमाने पर यह 10 के मानक का प्रतिनिधित्व करता है, जबकि इस पैमाने पर ग्रेफाइट की कठोरता केवल 2 है। इस प्रकार, हीरा और ग्रेफाइट एक साथ दुनिया में सबसे समान और असमान पदार्थ हैं।

हीरे और ग्रेफाइट की क्रिस्टल जाली

उनमें से प्रत्येक कार्बन से आता है, जो बदले में, जीवमंडल में सबसे प्रचुर तत्व है। यह वायुमंडल और जल दोनों में, जैविक वस्तुओं में मौजूद है। जमीन में यह तेल, गैस, पीट आदि की संरचना में मौजूद है। यह ग्रेफाइट और हीरे के भंडार के रूप में भी पाया जाता है।

अधिकांश कार्बन जीवों में पाया जाता है। इसके अलावा, उनमें से कोई भी इसके बिना नहीं कर सकता। और ग्रह के अन्य हिस्सों में इस खनिज की उत्पत्ति को वहां जीवित जीवों की उपस्थिति से सटीक रूप से समझाया गया है।

इस सवाल पर बहुत विवाद है कि ग्रेफाइट और हीरे कहाँ से आए, क्योंकि केवल कार्बन होना ही पर्याप्त नहीं है; यह भी आवश्यक है कि कुछ शर्तों को पूरा किया जाए जिसके तहत यह रासायनिक तत्व एक नई संरचना लेता है। ऐसा माना जाता है कि ग्रेफाइट की उत्पत्ति कायांतरित है और हीरे आग्नेय हैं। इसका मतलब यह है कि ग्रह पर हीरे का निर्माण जटिल के साथ होता है भौतिक प्रक्रियाएँ, सबसे अधिक संभावना है, ऑक्सीजन की उपस्थिति में दहन और विस्फोट के दौरान पृथ्वी की गहरी परतों में। वैज्ञानिकों का सुझाव है कि इस प्रक्रिया में मीथेन भी शामिल है, लेकिन कोई भी निश्चित रूप से नहीं जानता है।

ग्रेफाइट और हीरे के बीच अंतर

मुख्य अंतर हीरे और ग्रेफाइट की संरचना का है। हीरा एक खनिज है, कार्बन का एक रूप है। इसकी विशेषता मेटास्टेबिलिटी है, जिसका अर्थ है कि यह अनिश्चित काल तक अपरिवर्तित रहने में सक्षम है। कुछ विशिष्ट परिस्थितियों में हीरा ग्रेफाइट में बदल जाता है, उदाहरण के लिए, निर्वात में उच्च तापमान पर।

ग्रेफाइट भी कार्बन का ही एक रूपांतर है। इसकी संरचना खनिज को बहुत परतदार बनाती है, इसलिए इसका सबसे आम उपयोग पेंसिल लीड बनाने में होता है।

एक घटना जिसमें पदार्थ एक ही से बनते हैं रासायनिक तत्व, अलग-अलग भौतिक गुण होते हैं, जिन्हें एलोट्रॉपी कहा जाता है। इसी तरह के अन्य पदार्थ भी हैं, लेकिन ये दो खनिज हैं सबसे बड़ा अंतरआपस में. इसमें निर्णायक भूमिका प्रत्येक खनिज की क्रिस्टल संरचना की संरचनात्मक विशेषताओं द्वारा निभाई जाती है।

हीरे में अविश्वसनीय है मजबूत संबंधपरमाणुओं के बीच, जो उनकी घनिष्ठ व्यवस्था के कारण होता है। कोशिका के निकटवर्ती परमाणु एक घन के आकार के होते हैं, जहाँ कण कोनों, किनारों और उनके अंदर स्थित होते हैं। यह चतुष्फलकीय प्रकार की संरचना है। परमाणुओं की यह ज्यामिति उनके सबसे सघन संगठन को सुनिश्चित करती है। यही कारण है कि हीरे की कठोरता इतनी अधिक होती है।

कार्बन की कम परमाणु संख्या, यह दर्शाती है कि परमाणु का परमाणु द्रव्यमान छोटा है और इसलिए त्रिज्या, इसे ग्रह पर सबसे कठोर पदार्थ बनाती है। हालाँकि, इसका मतलब ताकत बिल्कुल नहीं है। हीरे को तोड़ना बहुत आसान है, बस उसे ठोको। यह संरचना हीरे की तापीय चालकता और प्रकाश अपवर्तन के उच्च गुणांक की व्याख्या करती है।

ग्रेफाइट की संरचना बिल्कुल अलग होती है। परमाणु स्तर पर, यह विभिन्न तलों में स्थित परतों की एक श्रृंखला का प्रतिनिधित्व करता है। इनमें से प्रत्येक परत षट्कोण है जो मधुकोश की तरह एक दूसरे से सटी हुई है। जिसमें मजबूत संबंधप्रत्येक परत के भीतर केवल परमाणु स्थित होते हैं, और परतों के बीच का संबंध नाजुक होता है, वे व्यावहारिक रूप से एक दूसरे से स्वतंत्र होते हैं।

एक पेंसिल का निशान बिल्कुल ग्रेफाइट की अलग करने योग्य परतें हैं। इसकी संरचना की ख़ासियत के कारण, ग्रेफाइट में एक अगोचर उपस्थिति होती है, प्रकाश को अवशोषित करता है, विद्युत चालकता और धात्विक चमक होती है।

ग्रेफाइट से हीरा बनाना

लंबे समय तक हीरा प्राप्त करना तकनीकी रूप से कठिन था, लेकिन आज यह उतना कठिन काम नहीं है। मुख्य समस्या प्रयोगशाला में कम समय में प्रक्रियाओं को दोहराना है, जिसमें प्रकृति में लाखों वर्ष लगते हैं। वैज्ञानिकों ने सिद्ध कर दिया है कि ग्रेफाइट से हीरे के संक्रमण की परिस्थितियाँ उच्च तापमान और दबाव थीं।

पहली बार किसी विस्फोट का उपयोग करके ऐसी स्थितियाँ प्राप्त की गईं। विस्फोट एक रासायनिक प्रक्रिया है जिसमें उच्च तापमान और गति पर दहन शामिल होता है। इसके बाद ग्रेफाइट के अवशेषों को इकट्ठा किया गया तो पता चला कि इसके अंदर छोटे-छोटे हीरे बन गए हैं। अर्थात् परिवर्तन टुकड़ों में ही हुआ। इसका कारण विस्फोट के भीतर ही मापदंडों का फैलाव है. जहाँ परिस्थितियाँ ऐसे परिवर्तन के लिए पर्याप्त थीं, वहाँ ऐसा हुआ।

प्राकृतिक कच्चा हीरा

ऐसे मापदंडों ने हीरे के उत्पादन के लिए विस्फोटों को निराशाजनक बना दिया। हालाँकि, प्रयोग बंद नहीं हुए, लंबे समय तक वैज्ञानिक किसी तरह इस खनिज को प्राप्त करने के लिए उनका संचालन करते रहे। जब उन्होंने ग्रेफ़ाइट को दो हज़ार डिग्री के तापमान पर स्पंदित करने का प्रयास किया तो कमोबेश स्थिर परिणाम प्राप्त हुआ। इस मामले में, सभ्य आकार के हीरे प्राप्त करना संभव था।

हालाँकि, ऐसे प्रयोगों से एक और अप्रत्याशित परिणाम सामने आया। ग्रेफाइट के हीरे में परिवर्तन के बाद, हीरे का ग्रेफाइट में विपरीत संक्रमण घटते दबाव के साथ हुआ, यानी ग्रेफाइटीकरण हुआ। इस प्रकार, अकेले दबाव का उपयोग करके स्थिर परिणाम प्राप्त करना संभव नहीं था। फिर, दबाव में वृद्धि के साथ, ग्रेफाइट गर्म होने लगा। कुछ समय के बाद, दबाव और तापमान की सीमा की गणना करना संभव हो गया जिस पर हीरे के क्रिस्टल प्राप्त किए जा सकते हैं। हालाँकि, ये विधियाँ अभी भी रत्न-गुणवत्ता वाला खनिज प्राप्त करने की अनुमति नहीं देती हैं।

आभूषण बनाने के लिए उपयुक्त पत्थर प्राप्त करने के लिए, उन्होंने बीजों का उपयोग करके हीरे उगाना शुरू किया। इसका उपयोग तैयार हीरे के क्रिस्टल के रूप में किया जाता था, जिसे 1500 डिग्री के तापमान तक गर्म किया जाता था, जिससे पहले तेजी से और फिर धीमी गति से विकास होता था। हालाँकि, औद्योगिक पैमाने पर इस पद्धति का अनुप्रयोग लाभहीन था। फिर उन्होंने भोजन के रूप में मीथेन का उपयोग करना शुरू कर दिया, जो ऐसी परिस्थितियों में कार्बन और हाइड्रोजन में विघटित हो गया। यह कार्बन ही था जिसने हीरे के लिए भोजन के रूप में काम किया और उसे बहुत तेजी से बढ़ने दिया।

इस प्रकार, आज इस विधि का उपयोग कृत्रिम हीरे बनाने के लिए किया जाता है। और यद्यपि यह लागत-प्रभावी है, इसकी लागत पूरी है कृत्रिम खनिजउच्च रहता है, जो उन्हें हीरे के विकल्प की तुलना में बहुत लोकप्रिय नहीं बनाता है।

खनिज जमा होना

हीरे की उत्पत्ति 100 किमी की गहराई और 1300 डिग्री के तापमान पर होती है। किम्बरलाइट मैग्मा, जो किम्बरलाइट पाइप बनाता है, विस्फोटों के माध्यम से क्रिया में आता है। ये पाइप ही प्राथमिक हीरे के भंडार का प्रतिनिधित्व करते हैं। इस तरह का पहला पाइप अफ़्रीकी प्रांत किम्बरली में खोजा गया था, जहाँ से इसका नाम पड़ा।

सबसे प्रसिद्ध जमा भारत, रूस और दक्षिण अफ्रीका में स्थित हैं। सभी खनन किए गए हीरों का 80% हिस्सा प्राथमिक जमा का है।

प्रकृति में हीरा खोजने के लिए एक्स-रे का उपयोग किया जाता है। पाए जाने वाले अधिकांश पत्थर आभूषण उत्पादन के लिए अनुपयुक्त हैं, क्योंकि उनमें बड़ी संख्या में दोष हैं, जिनमें दरारें, समावेशन, विदेशी फ्लोरोसेंट शेड्स आदि शामिल हैं। अत: इनका प्रयोग तकनीकी है। ऐसे पत्थरों को तीन श्रेणियों में बांटा गया है:

• बोर्ड - आंचलिक संरचना वाले पत्थर;
• बल्ला - पत्थर जो गोल या नाशपाती के आकार के होते हैं;
• कार्बोनेडो - काला हीरा।

हीरे बड़े आकारउत्कृष्ट विशेषताओं के साथ आमतौर पर उनका नाम मिलता है। इसके अलावा, पत्थर की उच्च लागत इसे कई लोगों के लिए वांछनीय बनाती है, जो "खूनी इतिहास" की गारंटी देता है।

ग्रेफाइट का निर्माण तलछटी चट्टानों के परिवर्तन से होता है। मेक्सिको और मेडागास्कर में आप निम्न गुणवत्ता वाला ग्रेफाइट अयस्क पा सकते हैं। सबसे प्रसिद्ध जमा क्रास्नोडार और यूक्रेन में हैं।

आवेदन

हीरे और ग्रेफाइट दोनों का उपयोग जितना लगता है उससे कहीं अधिक व्यापक है। हीरे के उपयोग के कई क्षेत्र हैं।

आभूषण उद्योग में, हीरे का उपयोग केवल काटने के लिए किया जाता है; जैसा कि ज्ञात है, उन्हें ब्रिलियंट कहा जाता है। सभी खनन पत्थरों में से केवल 20% ही आभूषणों के लिए उपयुक्त हैं, और उच्च गुणवत्ता वाले खनिज बहुत कम हैं।

हीरे दुनिया के सबसे महंगे पत्थर हैं। मूल्य के संदर्भ में, माणिक के केवल कुछ उदाहरण ही उनकी तुलना कर सकते हैं। खनिजों का मूल्य कट, रंग, छाया और स्पष्टता से प्रभावित होता है। आमतौर पर, इनमें से कुछ विशेषताएं नग्न आंखों के लिए अदृश्य होती हैं, लेकिन जांच के दौरान सामने आ जाती हैं।

आभूषणों में हीरे का प्रयोग बहुत आम है। अक्सर वे एकमात्र पत्थर के रूप में कार्य करते हैं या उच्च गुणवत्ता वाले नीलमणि, रूबी और पन्ना के पूरक होते हैं। पत्थरों का सबसे आम उपयोग सगाई की अंगूठियों में होता है।

तकनीकी क्षेत्र में, वे आमतौर पर दोयम दर्जे का कच्चा माल लेते हैं, दोष के साथ या बिना विभिन्न शेड्स. औद्योगिक हीरे को कई उपश्रेणियों में विभाजित किया गया है।

• एक निश्चित आकार के हीरे, जो बीयरिंग, ड्रिल टिप आदि बनाने के लिए उपयुक्त हैं;
• खुरदरे पत्थर;
• दोषयुक्त कंकड़, केवल हीरे के चिप्स और पाउडर के उत्पादन के लिए उपयोग किए जाते हैं।

उत्तरार्द्ध का उपयोग या तो बहुत छोटे भागों में या काटने और पीसने वाले उपकरणों के निर्माण के लिए एक कोटिंग के रूप में किया जाता है।

इलेक्ट्रॉनिक्स में, सुइयों का उपयोग किया जाता है, जो अनुपचारित क्रिस्टल होते हैं जिनका शीर्ष प्राकृतिक रूप से नुकीला होता है, या समान शीर्ष वाले टुकड़े होते हैं। औद्योगिक ड्रिलिंग रिग में भी हीरे होते हैं। इस खनिज की परतों का उपयोग माइक्रो सर्किट, मीटर आदि में किया जाता है, ऐसा इसकी उच्च तापीय चालकता और प्रतिरोध के कारण होता है।

सभी औद्योगिक हीरों में से लगभग 60% का उपयोग औजारों में किया जाता है। शेष 40% समान मात्रा में:

• कुओं की ड्रिलिंग करते समय;
• पुनर्चक्रण;
• वी छोटे विवरणजेवर;
• पीसने वाले पहियों में.

ग्रेफाइट का उपयोग इसके शुद्ध रूप में नहीं किया जाता है। इसे आमतौर पर संसाधित किया जाता है. सीसा उच्चतम गुणवत्तापेंसिल लीड के रूप में उपयोग किया जाता है। कास्टिंग में ग्रेफाइट का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है। यहां इसका प्रयोग उपलब्ध कराने के लिए किया जाता है सौम्य सतहबनना। इस प्रयोजन के लिए इसका उपयोग कच्चे रूप में किया जाता है।

विद्युत कोयला उद्योग में न केवल प्राकृतिक खनिजों का उपयोग किया जाता है, बल्कि निर्मित खनिजों का भी उपयोग किया जाता है। उत्तरार्द्ध में गुणवत्ता और शुद्धता में उच्च एकरूपता है। इसकी उच्च धारा चालकता इसे उपकरणों में इलेक्ट्रोड के निर्माण के लिए भी व्यापक रूप से उपयोग करती है। इसके अलावा, इसका उपयोग मोटर ब्रश के रूप में किया जाता है। धातुकर्म में ग्रेफाइट का उपयोग स्नेहक के रूप में किया जाता है।

ग्रेफाइट की छड़ें, न्यूट्रॉन को धीमा करने की अपनी क्षमता के कारण, पहले निर्माण में व्यापक रूप से उपयोग की जाती थीं परमाणु रिएक्टर. विशेष रूप से, यह ग्रेफाइट युक्तियों वाली बोरान छड़ें थीं जो चेरनोबिल परमाणु ऊर्जा संयंत्र में नियंत्रण-सुरक्षा छड़ों के रूप में काम करती थीं। एक समस्या जो बाद में दुर्घटना का कारण बनी, वह थी इसे बुझाना श्रृंखला अभिक्रियान्यूट्रॉन को अवशोषित करना आवश्यक था, जिसके लिए बोरान जिम्मेदार था, न कि उन्हें धीमा करना। इसलिए, जिस समय छड़ों को रिएक्टर कोर में उतारा गया, उसकी ऊर्जा अचानक बढ़ गई, जिससे ओवरहीटिंग हो गई। लेकिन यह कई कारणों में से सिर्फ एक था.

इस प्रकार, हीरा और ग्रेफाइट दो अलग-अलग खनिज हैं जिनके आधार पर एक ही तत्व है। उनकी संरचनाएँ गुणों को भिन्न बनाती हैं, जो दिलचस्प है। उनमें से प्रत्येक अपने तरीके से सुंदर है और इसका बहुत जटिल डिजाइनों और रोजमर्रा की वस्तुओं दोनों में बहुत व्यापक अनुप्रयोग है।