Изотопы углерода: 12 С - 98,892% 13 С - 1,108% 14 С - период полураспада = 5,6*10 3 лет. 13 С = 13 С/ 12 Собр. - 13 С/ 12 Сст. Х 1000 13 С/ 12 Сст. Содержание. - презентация

1 Изотопы углерода: 12 С - 98,892% 13 С - 1,108% 14 С - период полураспада = 5,6*10 3 лет. 13 С = 13 С/ 12 Собр С/ 12 Сст. Х С/ 12 Сст. Содержание углерода в Земной коре - 2,3*10 –2 %. В ультраосновных и основных породах 1*10 –2 %; В кислых 3*10 –2 %. Атомный радиус 0,77 A, Ковалентные радиусы: 0,77 A - в одинарной, 0,67 A - в двойной 0,60 A - в тройной связях. Ионные радиусы: С 4– = 2,60 A, С 4+ = 0,20 A

2 С кислородом (горение): при Т= С для аморфного углерода, при Т= С для графита, при Т= С для алмаза. С водородом: - алмаз не взаимодействует, - графит и аморфный углерод при Т= С в присутствии катализаторов (Ni, Pt) с образованием метана. С серой: - с аморфным углеродом и графитом при Т= С, - с алмазом при Т = С;образуется сероуглерод CS 2. При взаимодействии сероуглерода с сульфидами металлов образуются тиокарбонаты. С металлами При Т >1000 С, давая карбиды. При нагревании восстанавливают окислы металлов. графит при нагревании до С может взаимодействовать со щелочными металлами, галогенидами и кислотами с образованием соединений включения типа С8Х, С24Х (х - металл, галогенид или HNO 3, H 2 SO 4, FeCl 3 ). все формы углерода растворяются в некоторых расплавленных металлах (Fe, Ni, Co). С H 2 O и CO - при Т > С Углерод и его соединения

3 Карбин открыт в 1971 г известным советским химиком А.М. Сладковым впервые обнаружен в астроблеме кратера Рис (ФРГ) и назван чароит представляет собой смесь - и -карбина -карбин - связь ацетиленовая (-С С-) -карбин связь кумуленовая (=С=С=) Смешанные карбина-графитовые и карбина- алмазные структуры: Расстояние между слоями ~ 310 *10 –12 м

4 Графит Расстояние между атомами углерода в слое 0,142 нм, Расстояние между слоями 0,344 нм. Слои почти плоские, состоят из шестиугольных колец атомов углерода. В графите 2H слои смещены относительно друг друга так, что под шестиугольной пустотой одного из них лежит вершина шестиугольника другого слоя (последовательность ABAB), В ромбоэдрическом графите 3R с последовательностью слоев ABCABC третий слой отличается от первого поворотом вокруг гексагональной оси на 180. Прямой переход графита в алмаз удалось осуществить лишь при 13 ГПА, Переход алмаза в графит осуществляется при обычном давлении и температуре около 1773 К. Легче всего алмазы получаются из ромбоэдрического графита.

5 Лонсдейлит Синтезирован экспериментально из графита при давлении выше 10,3 МПА и температуре от 750 до 2750 С. Имеет показатели преломления и плотность, близкие к алмазу. Гексагональная элементарная ячейка лонсдейлита имеет вид прямой призмы высотой с=412* м, в основаниях которой правильные шестиугольники со стороной а=252*10 –12 м.

6 Кристаллические структуры минералов углерода графит алмаз лонсдейлит

7

8 Свойства алмаза и лонсдейлита Слои графита состоят из плоских гексагональных колец (a = 0,246 нм). В структуре алмаза присутствуют гофрированные слои перпендикулярные [111], повторяющиеся по закону кубической упаковки ABCABC. В лонсдейлите присутствуют аналогичные гофрированные слои перпендикулярные [0001], которые располагаются по закону гексагональной упаковки ABAB. Расстояние между этими слоями 0,206 нм. Наиболее интенсивные линии на рентгеновских спектрах: d = 0,206 нм (111) алмаза + (0002) лонсдейлита d = 0,218 нм (1010) лонсдейлита. Сл% = A/(0,75A+0,5)*100 или A/(A+0,34), где A = I 0,218 / I0,206 свойства лонсдейлита и алмаза a 0 = 0,2520,355 c 0 = 0,412 плотность = 3,523,5 n e 2,422,419 n o 2,40 N = 0,028 0,006 (+)

9 Переход лонсдейлит-алмаз

10 Апографитовые лонсдейлитсодержащие алмазы

11 Космические алмазы

12 Алмазы метеоритов Минералы алмазоносных метеоритов: камасит самар. Fe;6,4 ат.% Ni тенит самар. Fe; 24 ат.% Ni троилит FeS графит С шрейберзит (Fe, Ni,Co) 3 P ольдгамит CaS добреелит FeCr 2 S 4 нинингерит (Mg,Fe,Mn)S хромит FeCr 2 O 4 Пироксен (пижонит) (Mg,Fe,Ca) 2 [Si 2 O 6 ] оливин (Mg,Fe) 2 [SiO 4 ] когенит Fe 3 C Алмаз образуется в ходе эволюции материнских планет при интенсивном флюидном воздействии и оливин замещается чистым форстеритом по реакции: 2Mg 1,5 Fe 0,5 SiO 4 + H 2 = Mg 2 SiO 4 + MgSiO 3 + Fe0 + H 2 O тяжелый изотоп углерода переходи преимущественно в газовую фазу в соответствии с реакцией фракционирования: 13 С + 12 СO2 > 12 C + 13 CO 2, смещенной вправо, так как константа распределения равна 1,013 при 600 K.

13 Импактные алмазы Ударным сжатием графитового порошка при P = г Па, при Т = С и t = 1-10 микро сек. получены поликристаллические сростки алмаза с лонсдейлитом, аналогичные природным.

14 импактные апографитовые алмазы Изотопный состав алмазов варьирует от -9,9 до -15,9 0 / 00. По сравнению с другими разновидностями алмазов, импактные алмазы не содержат примеси азота и богаты другими примесями Характеризуются сильным двупреломлением, не свойственным кубическим фазам и индуцированным испытанной образцом ударной нагрузкой остаточное напряжение, индуцирующее наблюдаемый оптический эффект: /X/ = /X [100] / = /2 :(n 0 )3( 11– 12)/ /X/ остаточное механическое напряжение значение главного двупреломления n 0 = 2,4195 показатель преломления алмаза; 11– 12 = –0,8*10 -7 бар–1 величина остаточного напряжения составила кбар. Полагая, что остаточное напряжение индуцировано испытанной ударной нагрузкой, рассчитали величину этой нагрузки: /P/ = 2 (1 – ):K 0 b /X/, где: b вектор Бюргерса (2,52 A 0 ); коэффициент Пуассона (0,2) модуль сдвига (56,5x10 5 бар) K 0 = const (6 3) бар –1. см–1 Полученны значения 120 и 240 кбар при T > 300K.

15 Превращение графита в алмаз при ударном сжатии - когерентный (мартенситный) переход связан с кооперативным одновременным перемещением атомов при низком значении энергии активации; Возможность когерентного (мартенситного) превращения обусловлена близостью структур графита, лонсдейлита и алмаза. Взаимная ориентировка графита, лонсдейлита и алмаза : (1010) лонсдейлита // (III) алмаза // (0001) графита [1210] лонсдейлита // [II0] алмаза // [1120] графита [1010] лонсдейлита // [III[ алмаза // [0001] графита. - инкогерентный (диффузионный) переход связан со значительным перемещением атомов, зародышеобразованием и ростом кристаллов. Для него характерна высокая энергия активации процесса. В этом случае закономерная ориентировка исходной и высоко барной фаз не сохраняется.

16 а по угольные алмазы могут образовываться за счет аморфного углеродистого вещества осадочных пород по особенностям морфологии, по химическому и изотопному составу ( 13С = -21 o / oo -31 o / oo ), по присутствию примесей органических соединений, по высокой пористости, по зональности, по низкой температуре сгорания сходны с микрозернистыми поликристаллическими алмазами типа карбонадо исследования изотопного состава ( 13 С = -17 o / oo -23 o / oo для шаровых лав Raton Pass указывают на смешанный источник углерода. Сходный изотопный состав (CiC= -25 o / oo ) установлен и для лонсдейлит- содержащих фаз, обнаруженных в обогащенных иридием туфогенно- осадочных породах на границе K/T в структуре Садбери. Смешанный механизм роста в газовой плазме, образованной в результате удара метеорита: кубические микрокристаллы алмаза размером 3-5 nm из шаровых лав свиты Kundsens Farm провинции Альберта (Канада) находка микро алмазов размером до 6nm в шаровых лавах свиты Berwind Canyon штата Колорадо (США) и свиты Brownie Butte штата Монтана (США), которые соответствуют границе K/T. алмазные сростки размером до 30 мкм в остатках кислотного выщелачивания обогащенных иридием слоев шаровых изверженных пород Arroyo в Мексике кубооктаэдрические алмазы без примеси лонсдейлита, найденных в кратере Баррингер (США, Аризона)