Алмаз и графит

Алмаз и графит являются кристаллическими формами элемента углерода. Исходя из этого факта, можно было бы подумать, что они во многом похожи. Но на самом деле они очень разные. Это подчеркивает некоторые важные факты о кристаллах.

И алмаз, и графит имеют очень простой химический состав; они оба являются чистым углеродом. Тем не менее алмаз является самым твердым минералом, известным человеку (10 на шкала Мооса ), а графит — один из самых мягких (менее 1 по шкале Мооса). В результате алмаз является превосходным абразивом, а графит — отличной смазкой. Алмаз — электрический изолятор, а графит — хороший проводник электричества. Алмаз обычно прозрачен, а графит непрозрачен.

Алмазная и графитовая структура

Алмаз, очевидно, гораздо более ценен, чем графит. Графит настолько дешев, что из него делают грифель для карандашей. Тем не менее, графит во многих отношениях является таким же интересным материалом, как и алмаз. Графит является высокопрочным компонентом композитов, которые используются для изготовления автомобилей, самолетов, высокотехнологичных стержней клюшек для гольфа и теннисных ракеток.

Но почему алмаз такой твердый, а графит такой мягкий? Кроме того, если графит такой мягкий, как его можно использовать в качестве высокотехнологичного материала для рукояток клюшек для гольфа и самолетов?

Ответ кроется в разной атомной структуре алмаза и графита. Графит образует слои или листы, в которых атомы углерода имеют сильные связи на одной плоскости или слое, но только слабые связи со слоем выше или ниже. С другой стороны, атомы углерода в алмазе имеют прочные связи в трех измерениях. В алмазе атомы очень плотно упакованы, и каждый атом связан с четырьмя другими атомами углерода, что придает ему очень прочную и жесткую структуру в трех измерениях.

В случае графита слабыми являются только связи между графитовыми слоями. Это означает, что когда слои или листы сворачиваются в волокна, а эти волокна скручиваются в нити, становится очевидной истинная прочность связей. Нити формуются и удерживаются на месте связующим, например эпоксидной смолой. Полученные композиты имеют одно из самых высоких соотношений прочности к весу среди всех материалов.

Различия между алмазом и графитом подчеркивают важность кристаллической структуры для свойств драгоценного камня. Например, все драгоценные камни с кубическим кристаллическим габитусом, где кристаллическая структура полностью симметрична, имеют важное общее свойство. Кубические тела преломляют свет во всех направлениях с одинаковой скоростью. Так что хоть алмаз, гранат а также шпинель имеют совершенно разный химический состав, все они однократно преломляющий из-за похожей кристаллической структуры. Другими менее симметричными кристаллическими группами являются дважды преломляющий , в том числе орторомбические, моноклинные и триклинные, все из которых имеют определенные внутренние симметрии и оси, которые определяют, как свет изгибается, когда он входит в кристалл.