Во что превращается графит под очень большим давлением при определенной температуре

Действительно ли бриллианты вечны?

Или алмазы могут просто сгореть до углекислого газа.

Итак, почему алмаз может превратиться в графит или гореть? И как долго это может длиться?

Сам по себе углерод есть углерод. Элемент с атомным номером 6 и неметалл.

Но когда углерод связывается с другими атомами углерода, он может создавать множество структур, каждая из которых обладает уникальным набором свойств. Эти разные формы называются аллотропами.

У углерода есть множество аллотропов. Это связано с его валентностью. У углерода есть четыре доступных электрона, которыми он может поделиться с другими элементами для создания соединений. Эта валентность дает ему уникальную гибкость, позволяющую образовывать различные структуры при соединении с другими атомами углерода.

Алмаз имеет октаэдрическую структуру, в которой каждый отдельный атом углерода присоединяется к четырем другим атомам углерода, образуя своего рода трехстороннюю пирамидальную структуру.

Обратите внимание, как самые верхние углеродные связи в алмазе выглядят как трехсторонняя пирамида.

Другие углеродные аллотропы образуют листы (графит и графен), сферы (бакминстерфуллерен) и даже некоторые странные наноструктуры.

Графит, а не алмаз, является наиболее стабильным аллотропом углерода.

Хотя тетраэдрическая структура алмаза делает его самым твердым веществом, известным человечеству, это не самая стабильная форма углерода.

Этот титул принадлежит графиту.

Теперь представьте, что мяч застревает в лунке меньшего размера (меньшей долине, в которой можно увидеть мяч).

Шар устойчив в меньшем колодце, но поскольку колодец находится выше по сравнению с дном долины, это не самое стабильное его состояние. Но мяч останется там, если не будет проведена работа по вытаскиванию мяча из колодца на дно долины.

Представление о стабильности химических веществ.

С точки зрения химии, алмаз кинетически стабилен, потому что он находится в ловушке в колодце, тогда как он термодинамически нестабилен, потому что существует более стабильная форма графита, в которую он может превратиться при правильных условиях.

Итак, почему алмазы не превращаются в графит?

Итак, если есть более стабильная форма, почему не все алмазы превратились в графит? По двум причинам.

Во-первых, алмаз устойчив в условиях, существующих на Земле. Кроме того, графит всего на несколько электронвольт стабильнее алмаза (на Земле). Разница в устойчивости алмаза и графита на Земле не так уж и велика.

Во-вторых, для преобразования алмаза в графит требуется большая энергия.

Другими словами, энергия, необходимая для того, чтобы вывести алмаз из колодца на дно долины, где он превратится в графит, очень велика.

Химики и геологи пытались превратить алмаз в графит. Они обнаружили, что при сжатии алмаза индентором (в основном острым предметом, которым можно протыкать алмаз) поверхность алмаза, контактирующая с индентором, превращается в графит.

Алмазы тоже имеют свою слабость

Однако не подвергайте алмазы воздействию высоких давлений, если вы хотите превратить его в графит. Алмазы более стабильны при высоком давлении, чем графит, именно поэтому они образуются в мантии Земли (и даже иногда на астероидах). Однако при определенных условиях алмазы могут превращаться в графит даже под высоким давлением.

Как долго прослужат алмазы?

Учитывая вышесказанное, бриллиант на вашем обручальном кольце или в короне королевы Англии, скорее всего, будет длиться вечно.

Но если вы используете свой алмаз в качестве инструмента для резки или шлифовки вещей, особенно вещей, сделанных из железа, тогда вы можете обратить на это внимание.

Часть алмаза, контактирующая с железом (или чем-то еще, что алмаз режет), может достаточно нагреться, чтобы превратиться в графит. Если даже крошечные кусочки алмаза превращаются в графит каждый раз, когда вы что-то режете, алмаз в конечном итоге полностью превратится в графит.

Или вы можете просто сжечь алмаз с помощью всего лишь увеличительного стекла и солнца. Именно это сделали в 1694 году два человека, натуралист Джузеппе Аверани и врач Чиприано Тарджони из Флоренции. Они взяли увеличительное стекло и направили солнечный свет на алмаз, и камень исчез.

Источник

Чтобы графит стал алмазом

Чтобы графит стал алмазом

Изучая свойства драгоценных камней, ученые пробовали нагревать их, чтобы проверить, как поведут они себя при высокой температуре. Почти все камни на глазах меняли свой цвет, и это было удивительно. Но больше всех драгоценных камней удивил исследователей алмаз – он взял да и исчез.

Это произошло в 1694 году, когда ученые Флорентийской академии наук решили проверить, что будет, если нагреть алмаз. Нагревали двумя большими линзами, которые могли с необыкновенной силой концентрировать солнечные лучи. В фокусе температура поднималась до 1000 градусов! И вот стали нагревать камешек алмаза. Он нагревался, нагревался и вдруг на глазах у потрясенных почтенных академиков испарился! Алмаза не было видно, словно он не лежал только что на столе, где проводился опыт. Многие из наблюдавших за опытом решили что это просто фокус. Кто–то даже посчитал, что это проделки темных сил. Исследователей лее это навело на мысль, что алмаз – вещество горючее.

Прошло 80 лет, и французский ученый Лавуазье снова провел опыты с нагреванием различных веществ. На этот раз нагревание производилось одной двояковыпуклой линзой. Лавуазье попробовал нагреть кусок железа, и оно, конечно, расплавилось. Золото поддалось еще быстрее. Ни за что не хотела плавиться платина. Уголь, который был на очереди следующим, сгорел без остатка. Затем Лавуазье поместил в сосуд из тугоплавкого стекла бриллиант. Ученый догадывался, что произойдет с ним. Сверхстойкий Камень должен сгореть. Так и произошло. Бриллиант, страдая от нестерпимой жары, вспыхнул ярким прекрасным пламенем и исчез. Сгорел без остатка.

Теперь нам легко объяснить, почему это произошло. Ведь мы знаем, что алмаз состоит из углерода. Такой же химический состав имеет другой минерал – графит. Только атомы углерода располагаются в нем иначе. При нагревании и графит, и алмаз сгорают, превращаясь в углекислый газ.

Французский ученый Лавуазье

А нельзя ли в таком случае получить алмаз искусственным путем из того же графита? Ведь для того, чтобы он образовался в природе, нужны века. А тут бери графит, перестраивай атомы углерода в таком порядке, какой он бывает у алмаза, – и все готово. Но это только легко сказать. А как это сделать на практике? К каким только ухищрениям ни прибегали, чтобы получить искусственный алмаз. Иногда при нагревании графита или других углеродистых веществ удавалось получить какие–то прозрачные твердые кристаллы. Но потом оказывалось, что ничего общего с природным алмазом у них нет. А ведь алмаз – это не только камень большой ювелирной ценности. Он обладает высокой технической ценностью – это самый твердый природный минерал.

Через два года американским ученым удалось синтезировать алмаз. А в конце 50–х годов XX века алмазные кристаллы получили и наши ученые. Алмаз родился при температуре 2000 градусов, при давлении 50 тысяч атмосфер!

Небольшими и совсем невзрачными были первые искусственные кристаллы царя камней и минералов. Но ведь кроме алмазов–царей, лучистых и служащих для ювелирных украшений, нужны и алмазы–рабочие, которые будут приносить пользу в промышленности. Самая главная задача – наладить их производство в больших количествах. И эта задача была решена.

Теперь в промышленности алмаз почти первый друг и помощник. Непревзойденная твердость алмаза находит тысячи применений. Он нужен при гранении, полировании, шлифовке, заточке, резании, гравировании. Алмазный диск не толще бумаги позволяет измерять температуру звезд: телескоп на борту самолета поднимают в верхние слои земной атмосферы, он фокусируется на звезде, а в это время алмазную пластинку помещают на пути светового луча. Она улавливает тепло далекого небесного тела и передает его датчику* Алмаз очень хороший проводник тепла, и термометры на его основе улавливают тысячные доли градуса.

Алгдазы применяют для передачи сигналов в аппаратах связи. Алмазный кубик величиной с булавочную головку, покрытый тонкой золотой пленкой, входит в мощные передатчики. Именно с помощью них транслируются телевизионные сигналы и ведутся международные переговоры.

Из искусственного алмаза изготавливают сверхострые скальпели, которыми глазные хирурги удаляют катаракты. На таких скальпелях даже под микроскопом с тысячным увеличением не удается разглядеть неровности!

До открытия способа получения искусственных алмазов во всем мире существовали тайные промыслы по изготовлению поддельных алмазов. Поддельные бриллианты называются стразами. Для изготовления стразов использовали свинцово–борное стекло. По составу оно сходно с оптическим стеклом. Чтобы изготовить какой–либо поддельный крупный алмаз искусному мастеру нужно было лишь увидеть сам образец. Искусственный бриллиант мог обмануть взор обычных людей, но на самом деле по свойствам своим он совсем не похож на алмаз. Стразы тяжелее алмаза и, конечно, не такие твердые. Кварц или корунд сразу же оставят на нем царапину, чего истинный алмаз никогда не допустит. И вот еще очень важное отличие: алмаз, сколько ни держи его в руке, всегда будет холодным. А страз быстро согревается. У настоящих алмазов верхняя грань сверкает ярким блеском, а нижняя светится металлическим блеском. Стразы этого делать не умеют.

Ученые нашей страны создали еще один вид искусственных кристаллов, которые очень похожи на натуральные бриллианты. Их называют фианиты. Фианиты трудно переоценить. Сочетание свойств, которыми наградили их создатели, не встречаются ни у одного другого кристалла – натурального или синтетического. Они тугоплавкие, не окисляются и не испаряются при высоких температурах. По твердости уступают лишь алмазу и корунду. Замечательны их оптические свойства – отменная прозрачность и высокое светопреломление.

И, кроме того, фианиты очень красивые. В ювелирных украшениях они смотрятся как чистый бриллиант.

Шахтерская деревушка Бо Рай на юго–востоке Таиланда совсем не напоминает рай. Она напоминает скорее дикий Запад. Покосившиеся лачуги, пыльные улицы, бредущие с кирками и лопатами угрюмые старатели. Люди исподлобья смотрят на каждого гостя этих мест. «Кто ты и что тебе здесь надо?» Бо Рай охвачен рубиновой лихорадкой. На околице деревни – разрытые бульдозерами холмы, копошащиеся в красноватом песке старатели. Среди них женщины и даже дети.

Двое вооруженных пистолетами хозяев шахты наблюдают за рабочими. Ни один камешек не должен пропасть!

Но один человек все–таки пронес мимо стражи великолепный продолговатый рубин стоимостью в 7 тысяч динаров.

Было это на острове Сарандиб в Шри–Ланке. Там находится богатое месторождение рубинов. Этот человек обрил голову и отлил себе колпак из меди. В колпаке он просверлил много–много дырочек, так что колпак был похож на сито. Затем сделал в нем место для драгоценного камня, расширив углубление в области затылка. Он надел этот колпак на голову и не снимал его, пока сбритые волосы не отросли и не выступили из отверстий. Отросшие волосы, пробиваясь сквозь отверстия, обвили весь колпак так, что скрыли его полностью.

Спрятав рубин под колпак, в одежде нищего, опираясь на посох, прошел этот хитрец мимо стражи, и стражники даже не взглянули на пего. Откуда им было знать, что этот нищий – обладатель драгоценнейшего из всех к ору ядов.

На вопрос, что такое «корунд», большинство опрошенных пожмет плечами и скажет, что слыхом не слыхивали, видом не видывали, что это такое. Найдутся такие, что вспомнят: из корундов – природного минерала – получают наждачный порошок, которым чистят металлические изделия. Но если спросить, что такое сапфир, что такое рубин? С этим вопросом большинство справятся блестяще: конечно же, это драгоценные, очень красивые камни. А ведь сапфир и рубин – тоже корунды, или, говоря химическим языком, окись алюминия. В зависимости от того, какие примеси эта окись содержит: хром, железо и другие тяжелые металлы, она обретает различную окраску. Именно они придают корундам различный цвет.

Прозрачные корунды, окрашенные в красный цвет, называются рубинами. Самое необыкновенное в рубинах – их способность излучать свет. В них словно полыхает красное пламя. В чем секрет этого камня? В том, что атомы хрома – та самая волшебная примесь – не только придают рубину его великолепный цвет, но и излучают свет. Они заряжаются энергией солнечных лучей и сами начинают лучиться.

Особенно необыкновенна игра света в рубинах–астериксах. Вот как описывает такой камень в своей повести «Суламифь» А.И. Куприн: «На указательном пальце левой руки носил Соломон гемму (т. е. камень с резным украшением – авт.) кроваво–красного цвета, извергавшую из себя шесть лучей жемчужного цвета. Много сотен лет было этому кольцу, и на оборотной стороне его камня вырезана была надпись: „Все проходит”».

Астерикс с его жемчужными лучами – не вымысел писателя. Просто среди рубинов изредка встречаются камни с включениями не хрома, а другого минерала – рутила. Рутил делает рубин еще драгоценнее. В таких камнях отчетливо видно сияние многолучевой звездочки.

Имя свое рубин получил из–за своего цвета – по–латыни «рубин» означает – «красный». С древности почитали рубин на Востоке. Он был и желанным украшением, и талисманом. Названия его – «ратнарадж» и «ратнаярк», «царь самоцветов» и «вождь самоцветов» – говорят о том, как относились к рубину народы Индии. В старинном индийском предании рассказывается: «Яркое солнце Юга несет живые соки великого Асура, из которого рождаются камни. Налетает ураганом на них вечный соперник богов, царь Ланки. Падают капли тяжелой крови на лоно реки, в глубокие воды, в отражение прекрасных пальм. И называлась с тех пор река Раванангой, и загорелись с тех пор капли крови, превращенные в камни рубина, и горели с наступления темноты сказочным огнем, горящим внутри, и пронизывали воду этими огненными лучами, как лучами золота».

Самыми ценными рубинами считаются камни красного цвета с легким фиолетовым оттенком. Меньше ценятся коричневые рубины. Лучшие камни добываются из месторождений Бирмы. Они кроваво–красного цвета, так называемого цвета «голубиной крови»; если в них есть темные тона, то их называют рубинами «бычьей крови»; если светлые – просто вишневыми рубинами.

Красивые крупные рубины встречаются в природе намного реже алмазов. Например, за 100 лет, с 1870 года по 1970 год, было найдено свыше 300 кристаллов алмазов с массой более 200 карат. А таких же рубинов – всего несколько штук.

История особенно знаменитых рубинов, так же, как и алмазов, полна кровавых тайн.

Улугбек был любимым правителем самаркандцев, но правил он недолго. Через два года он был убит по приказу собственного сына. После его смерти власть перешла к новой династии – семейству Сафави. И рубин, словно императорская корона, вместе с властью перешел к шаху Сафави. А что было дальше? И об этом рассказывают надписи на рубине. Один из шахов новой династии Аббас Сафави подарил «Рубин Тимура» Великому Моголу Джахангиру. Он повелел начертать на камне свое имя и имя отца, Великого Акбара. Его сменил шах Джахан. Этот шах любил возводить прекрасные дворцы, мечети и другие архитектурные шедевры. Например, он построил в городе Агре великолепный мавзолей Тадж–Махал, памятник любимой жене. Другое его знаменитое сооружение – Павлиний трон в зале приемов в Дели. Он был украшен, можно сказать усеян, драгоценными камнями. Среди них полыхал красным пламенем «Рубин Тимура».

Следующее имя на камне – шах Джахан. Он был свергнут своим сыном Аламгиром. И тот немедленно выгравировал на рубине свое имя. Но вот могущество Великих Моголов стало ослабевать и, наконец, во время правления шаха Мухаммеда династия пала. В 1739 году шах Надир вторгся в Индию и захватил Дели. Много добычи вывез он из этого города, в том числе и «Рубин Тимура», хранивший летопись времен. Долгое время он находился в Лахоре. А в XIX веке был поднесен хозяевами Ост–Индской кампании английской королеве Виктории.

Сейчас рубин «Черный принц» хранится как особая ценность английских королей.

Самые большие месторождения рубина нашли в Бирме, Таиланде, Танзании и на Шри–Ланке, том самом острове, с которого человек в медном колпаке вынес красный продолговатый рубин стоимостью 7 тысяч динаров.

Читайте также

Глава 39. Она же послесловие, в котором автор, отбросив присущее ему чувство скромности, начинает хвастаться, но не для того, чтобы ублажить свое самолюбие, а чтобы на примере своей жизни доказать действенность предложенной им методологии

Глава 39. Она же послесловие, в котором автор, отбросив присущее ему чувство скромности, начинает хвастаться, но не для того, чтобы ублажить свое самолюбие, а чтобы на примере своей жизни доказать действенность предложенной им методологии Да. Увы. Приходится.Потому что

ГЛАВА 15. Путешествовать, чтобы есть или есть, чтобы путешествовать?

ГЛАВА 15. Путешествовать, чтобы есть или есть, чтобы путешествовать? Четыре месяца в пути. Таиланд, остров Пукет, в компании русских ребят-гидов ужинаем в местное кафе.— Что за блюдо ты заказала?— Это же Пад Тай Кунг — жареная лапша с креветками! Одно из самых популярных

Как я стал наркокурьером

Как я стал наркокурьером Профессия журналиста относится к довольно опасным, особенно если работать в горячих точках. Причем неприятности могут свалиться совершенно неожиданно. В свое время много шуму наделала история с задержанием российского журналиста Алексея

Что общего между карандашом и алмазом?

Что общего между карандашом и алмазом? Кому-то этот вопрос может показаться странным. Все знают, что алмаз – это драгоценный камень, самый твердый из существующих на Земле минералов. А карандаш – самый обычный предмет, который мы можем выбросить, даже не исписав до конца.

1. Как волк стал собакой

1. Как волк стал собакой Археологи находят типично собачьи кости на ископаемых стоянках первобытных людей давностью около 18–20 тысяч лет. На более древних стоянках собачьих костей нет, но есть, и в изобилии, кости волков. И не исключено, что это был уже сильно одомашненный

Как разведчик стал исследователем

Как разведчик стал исследователем Что же касается шаров-шпионов, то для уничтожения их свыше 30 лет назад на Экспериментальном машиностроительном заводе в подмосковном Жуковском под руководством В. М. Мясищева началась разработка противостратостатного высотного

Как истребитель стал бомбардировщиком

Как истребитель стал бомбардировщиком Все самолеты, как правило, имеют каждый свою специальность. Пассажирские возят людей, грузовые — почту и различные грузы, сельскохозяйственные — ведут опрыскивание посевов с воздуха удобрениями и ядохимикатами. Еще больше

Чтобы графит стал алмазом

Чтобы графит стал алмазом Изучая свойства драгоценных камней, ученые пробовали нагревать их, чтобы проверить, как поведут они себя при высокой температуре. Почти все камни на глазах меняли свой цвет, и это было удивительно. Но больше всех драгоценных камней удивил

Источник

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

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

Я получил искусственные алмазы,

— решил Генней.Искусственный алмаз.

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

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. Лейпунскийпровел 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.Обработанный алмаз.

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.

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.

Источник