Природа химической связи в алмазе

III. ПРИРОДА ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ в АЛМАЗЕ [c.40]

Таким образом, кристаллы алмаза являются типичными представителями кристаллов с ковалентной химической связью (о природе химической связи в различных веществах см., например, [99]), [c.41]

Учет природы химической связи играет в наших выводах немалую роль. У алмаза и графита энергии атомизации почти одинаковы, но первый — диэлектрик, второй — металл. Поэтому ограничиваться только рассмотрением термодинамических функций было бы неверно, хотя роль последних очень велика. [c.582]

Легко видеть, что и кремний и кислород проявляют здесь свою обычную валентность 51 — 4, а О — 2. Первое впечатление, что на каждый атом 81 приходятся четыре атома кислорода, а не два, легко разрушить, сообразив, что каждый из четырех атомов кислорода, окружающих каждый атом кремния, одновременно принадлежит и второму, соприкасающемуся с ним атому кремния, так что на долю каждого атома кремния приходится 4 2 = 2 атома кислорода соответственно эмпирической формуле кремнезема ЗЮз. Таким образом, Д. И. Менделеев оказался прав Б то время как решетка твердой двуокиси углерода молекулярная, слагается из отдельных слабо связанных молекул, решетка кремнезема— координационная, молекул в ней вообще нет. Каждый кристаллик кварца, тридимита или кристобаллита — это, подобно кристаллу алмаза, как бы одна цельная, выросшая молекула. Рост кристалла кварца — процесс по своей природе не физический, а химический, так как он связан с образованием новых, ранее не существовавших химических связей и полностью отвечает, например, полимеризации изопрена в каучук. [c.418]

Каадый кристалл алмаза, будь то ограненный ювелиром бриллиант, пылинка алмазного порошка, употребленного для огранки этого бриллианта, алмазный осколок, всаженный в воронку бура,— это не собрание молекул, а как бы одна цельная молекула. Когда при ударе кристалл дробится на части, механическими силами преодолеваются химические силы — те же самые силы химической связи, которыми, например, связаны оба углеродные атома в молекуле этана. Если исходить, таким образом, из природы преодолеваемых сил, профессию гранильщика алмазов можно было бы отнести к химическим профессиям. [c.513]

В молекулярных кристаллических решетках в узлах решетки находятся молекулы. Большинство веществ с ковалентной связью образуют кристаллы такого типа. Молекулярные решетки образуют твердые водород, хлор, двуокись углерода и другие вещества, которые при обычной температуре газообразны. Кристаллы большинства органических веществ также относятся к этому типу. Таким образом, веществ с молекулярной кристаллической решеткой известно очень много. Молекулы, находящиеся в узлах решетки, связаны друг с другом межмолекулярными силами (природа этих сил была рассмотрена выше см. стр. 245—249). Так как межмолекулярные силы значительно слабее сил химической связи, то молекулярные кристаллы легкоплавки, характеризуются значительной летучестью, твердость их невелика. Особенно низки температуры плавления и кипения у тех веществ, молекулы которых неполярны. Так, например, кристаллы парафина очень мягки, хотя ковалентные связи С—С в углеводородных молекулах, из которых состоят эти кристаллы, столь же прочны, как связи в алмазе. Кристаллы, образуемые благородными газами, также следует отнести к молекулярным, состоящим из одноатомных молекул, поскольку валентные силы в образовании этих кристаллов роли не играют, и связи между частицами здесь имеют тот же характер, что и в других молекулярных кристаллах это обусловливает сравнительно большую величину межатомных расстояний в этих кристаллах. [c.260]

Алмаз — одна из встречающихся в природе форм чистого кристаллического углерода. Каждый атом углерода окружен четырьмя другими атомами, расположенными в вершинах тетраэдра. В результате образуется компактная кристаллическая решетка, связанная обычными химическими связями. Такое описание дает прекрасное объяснение чрезвычайно высокой устойчивости углерода в этой модификации. [c.452]

За последние годы в технике стали широко применяться синтетические алмазы. Используемые в виде абразивов на органической или неорганической связке, они дают большой технологический и экономический эффект при механической обработке различных твердых материалов [61]. Важную роль в композиции связующее — алмаз играет не только химическая природа связки, но и величина адгезии абразива и связующего. Повышение их адгезии приводит к улучшению физико-механических свойств и повышению эффективности абразивного инструмента. [c.122]

При нагреве тепловое движение становится интенсивнее и соответственно увеличивается модуль упругости каучука. У других упругих тел наблюдается обратная картина, так как тепловое движение помогает механическому напряжению выкатывать атомы из потенциальных ям. В связи с этим обычные упругие тела при нагреве расширяются, а каучук сжимается интенсивное тепловое движение заставляет его гибкие макромолекулы принимать более свернутые конформации. Таким образом, цепные полимеры ведут себя как очень своеобразные твердые тела, и это опять-таки связано с гибкостью их макромолекул. Напомним здесь, что упругая деформация алмаза имеет совсем иную природу. В алмазе все цепи вытянуты и скреплены химическими связями деформация такого тела требует искажения валентных углов и [c.61]

Замечательнейшая способность твердого вещества сохранять форму обусловлена тем, что его структура существует в довольно широком диапазоне изменений температуры и других условий, пока не разрываются связи между структурными единицами. Если это межатомные связи, то структура твердого вещества может обладать высокой устойчивостью. Именно благодаря исключительной прочности и жесткой направленности связей С — С, С — N, В — N, Р — N, Si — О, Si — О — А1, Fe — Fe, Ni — Сг, образованных sp-оболочками атомов элементов главных подгрупп И1—VI групп и d-оболочками атомов переходных элементов, мы имеем целый арсенал превосходных материалов. Связь С — С среди других межатомных связей выделяется так же ярко, как алмаз среди других твердых веществ. Благодаря ее прочности мы можем получать особо легкие жесткие материалы, обладающие в высшей степени ажурной структурой, химически стойкие и жаропрочные, каталитически активные и, наконец, биологически совместимые. На основе углерода природой созданы различные биоматериалы — прочнейшие живые ткани, например, кожа, шерсть, паутина активнейшие реагенты — ферменты, гормоны целые органы и сами организмы. [c.8]

Алмаз — бесцветное, прозрачное, сильно преломляющее свет вещество. Он тверже всех найденных в природе веществ, но довольно хрупок. Кристаллы алмаза имеют координационную структуру, в которой атомы углерода связаны друг с другом направленными рЗ-гибридными связями. ГЦК-структура алмаза отличается от ГЦК-структуры меди тем, что углеродные атомы располагаются не только на гранях куба, но и в центрах малых кубов (октантов), чередующихся с пустыми малыми кубами. Каждый атом углерода имеет четыре ближайших соседа (валентность и к.ч. 4), расстояние между которыми 0,154 нм. По отношению к любому атому углерода четыре ближайших соседних атома расположены в вершинах правильного тетраэдра. Поэтому структуру алмаза можно представить в виде комбинации тетраэдров, у которых в центре находится пятый атом углерода. Каждая вершина тетраэдра является общей для четырех смежных тетраэдров. Непрерывная трехмерная сетка ковалентных связей, которая в алмазе характеризуется наибольшей прочностью, определяет его важнейшие свойства низкое значение энтропии, тугоплавкость, высокую твердость, плохую теплопроводность и электрическую проводимость, а также химическую инертность. [c.358]

Изложены современные представления о природе химической связи в алмазе и его зонной структуре. Систематизированы данные о механических,. электрофнзически.х, магнитных, теплофизических и оптических свойствах природных и синтетических алмазов. Приведены классификация алмазов и характеристика их физических свойств, а также данные о взаимосвязи физико-химических и эксплуатационных свойств синтетических алмазов. [c.2]

ГИН нормальных ковалентны.х св.чзей не п.меет строгого теоретического оправдания и не может быть состоятельной во все.ч случаях но, как мы ду.маем, эмпирические доводы показывают, что для ряда соединений различных типов правило. это хорошо выполняется, и мы полагаем, что оно может оказаться полезным при обсуждении природы химической связи, особенно как критерий для суждения о приб-л 1Жении данной связи к нормальной ковалентной связи и как средство для рас-пре.деления атомов по шкале электроотрицательности . Однако, чтобы избежать противоречий, при обсуждении применения правила об аддитивности энергий связе в органических соединениях пришлось произвольно игнорировать теплоту сгораиия алмаза [4, стр. 3574). [c.196]

Алмаз и графит — две полиморфные модификации ОД1ЮГО и того же вещества — кристаллического углерода. Но кристаллохимическое различна между ними настолько велико, что их можно принять за кристаллы простых веществ двух различшзьч элементов. Существует даже понятие химия графита , говорящее о том, что химические свойства углерода следует относить к определенной его кристаллической форме. Кяк известно, причина столь сильного различия между алмазом и графитом кроется в природе химической связи и, конечно, в кристаллических структурах. [c.100]

Излишне говорить, что нитрид бора со структурой типа графита обладает свойствами, подобными свойствам графита. Искусственно полученный ВЫ со структурой типа алмаза даже тверже, чем сам алмаз. Таким образом, химик использует свои знания о природе химических связей для того, чтобы расширить свой кругозор, а иногда, чтобы усоверше нствовать Природу. [c.264]

В природе очень редко наблюдается превращение неметаллических веществ в металлические, т.е. переход изоляторов в проводники, как это происходит в случае олова, однако в условиях высоких давлений удается превратить многие изоляторы в проводники. Такой фазовый переход сопровождается изменением типа химической связи и структуры кристалла. Например, алмаз при давлении 600000 атм и температуре 1000 °С превращается из неметаллического кристалла с четырьмя соседями вокруг каждого атома в кристалл с металлическими свойствами, в котором каждый атом имеет шесть ближайших соседей. Аналогичные фазовые переходы при высоких давлениях происходят в кремнии, германии и таких соединениях, как GaSb, InP, ZnS и ul. [c.399]

Благодаря своей исключительной химической стойкости, алмаз является перспективным электродным материалом для использования в теоретической и прикладной электрохимии. В настоящей монографии подводятся итоги фундаментальных исс [едований электродов из сшгтетического алмаза (электрохимическая кинетика, фотоэлектрохимия, спектроскопия электрохимического импеданса). Прослеживается связь между полупроводниковой природой и кри- тaлJПIчe кoй структурой алмаза и его электрохимическим поведением. Намечены перспективы применения алмазиьи электродов в электроанализе, электросинтезе и экологически ориентированных производствах. [c.2]

Это еще более ярко выражено в случае ковалентных полупроводников Ое и 51. Если такие атомы сближаются при введении их в решетку алмаза, исходя из бесконечного разведения, то первоначально дискретные 5- и р-уровни уширяются из-за перекрывания и в конечном счете энергетическая щель исчезает. Однако к мохменту, когда достигается положение равновесия, возникает новый, другой по природе вид энергетической щели, связанный с локализованными связями (теперь щель приблизительно равна энергии, требуемой для удаления электрона из химической связи )). И опять при исследовании рассеяния рентгеновских лучей на Ое или 51 мы обнаружим так называемое запрещенное отражение , которое не может быть объяснено (обладает нулевой интенсивностью) при наличии сферических капель, расположенных в узлах решетки. [c.137]

По меткому замечанию профессора Ю. Н. Ходакова, если исходить из природы преодолеваемых сил, профессию гранильщика алмазов можно было бы отнести к химическим профессиям . Действительно, гранильщику приходится преодолевать не сравнительно слабые силы межмолекулярного взаимодействия, а силы химической связи, которыми объединены в молекулу алмаза углеродные атомы. Любой кристалл алмаза, даже огромный, шестисотграммовый Куллинан — это по существу одна молекула, молекула в высшей степени регулярного, почти идеально построенного трехмерного полимера. [c.89]

Ковалентность в отличие от электровалентности представляет собой связь в прямом смысле слова. Связанные ковалентными связями атомы занимают по отношению друг к другу определенные положения, которые не могут быть изменены без химического превращения вещества. Группа из двух или нескольких (иногда из очень большого числа) атомов, связанных ковалентными связями, образует молекулу. Вещества, состоящие из молекул, весьма многочисленны. К ним относится большинство органических веществ. Молекула может нести электрический заряд (как уже было указано, в этом случае она называется многоатомным ионом). Ковалентная связь встречается не только в молекулах, но и в кристаллах, например в алмазе, нитриде бора и многих других. Физическая природа ковалентной связи гораздо сложнее, чем у элек-тровалентной связи эта связь обусловлена особыми квантовомеханическими силами . [c.88]

Поскольку алмаз является очень ценным минералом, а графит дешев и легко добывается, не удивительно, что широко изучалась возможность их взаимного превращения. Алмаз и графит имеют различную первичную координацию и различный тип химической связи, поэтому превращение одной формы углерода в другую не является простой перестройкой структуры, и, следовательно, этот процесс должен протекать медленно. Графит является термодинамически более устойчивой формой, хотя различие энергий между этими двумя формами составляет всего лишь 500 кал1г-атом. Превращение должно сопровождаться глубокими изменениями структуры (хотя каждая форма содержит сеть шестичленных колец, изогнутых в алмазе и плоских в графите), что обусловливает высокий энергетический барьер, разделяющий эти две формы углерода. Следовательно, переход в термодинамически более устойчивую форму (графит) происходит при нормальных условиях исключительно медленно. Некоторые встречающиеся в природе алмазы имеют поверхностный слой, состоящий из графита. [c.137]

Переходные формы углерода, в том числе сажи и углеродные волокна, в отличие от основных кристаллических форм (алмаза и фафита) имеют более сложное строение, что связано с различной природой поверхностных атомов углерода сажецых частиц, находящихся в разных гибридных состояниях. Краевые атомы в кристаллитах сажи, как и в кристалле фафита, имеют менее фех соседей, т.е. их валентности насыщены не полностью. Они насыщаются водородом или углеводородными радикалами, образовавшимися в процессе получения сажи. Сажа содержит помимо углерода также водород, серу, кислород и минеральные вещества. Водород и кислород входят в состав различных химических фупп поверхностного слоя, определяющих его химические свойства. Физико-химическими методами анализа установлено существование на поверхности саж как кислотных,так и основных фупп. [c.14]

Считается, что углерод в структуре углеродистых сталей и чугунов присутствует в составе химических соединений (карбидов), твердого раствора, а также в виде основной аллотропной модификации - графита. В чугуне получены кристаллы другой модификации углерода - алмаза, отличаюш,егося своими свойствами от известных видов синтетических алмазов и аналогичного природному. Многие авторы описывают углеродные образования в сталях и чугунах, происхождение которых еш,е недостаточно изучено, например, так называемые взорванные глобулы , кольца углеродных атомов или цепочки, в которых атомы связаны ковалентно. Отмечается также, что углерод может образовывать структуры, напоминаюш,ие замкнутые многоугольники, в том числе шестигранник, и коралловидный графит. Наряду с а-Ре в чугунах обнаружена РеС-фаза и другие виды соединений железа с углеродом, которые получили обш,ее название 8-карбиды. При этом не установлены их химические формулы, поэтому они обычно обозначаются в виде Ре С. Кроме того, продолжается дискуссия о природе цементита, так как суш,ествуют многочисленные экспериментальные данные, свидетельствуюш,ие в пользу твердого раствора. [c.3]

Фуллерены представляют собой кристаллические вещества черного цвета с металлическим блеском, обладающие полупроводниковыми свойствами. По пластичности они близки к графиту. В отличие от других аллотропных модификаций углерода кристаллы фуллеренов состоят не из атомов, а из молекул. Молекулы обычно имеют шарообразную форму или форму мяча для регби. В них всегда содержится четное число атомов углерода 60, 70, 72 и т. д., объединенных в пяти- и шестиугольники с общими ребрами (рис 18.2). Внутри молекулы полые. Электронные орбитали атомов углерода в фуллеренах находятся в состоянии 8р2-гибридизации. Каждый атом, как и в графите, связан с тремя другими, но располагаются они не на плоскости, а на поверхности, близкой к сферической. В фуллеренах все связи между атомами углерода насыщены за счет их взаимодействия друг с другом, в то время как атомы углерода, расположенные на поверхности алмаза, по краям слоев графита и в концах цепей карбина насыщают свои связи, направленные наружу из объема, за счет взаимодействия с атомами других химических элементов, например, водорода или кислорода. Первоначально фуллерены были получены испарением графита под действием лазерного импульса в атмосфере благородного газа гелия, позднее их обнаружили в природе, например, в составе минерала шунгита. [c.338]

Только кривая алмаза занимает совершенно исключительное положение, очевидно, зависящее от природы атома углерода. Кривая частоты колебаний, как функции атомного веса (фиг. 10), показывает, что углерод обладает ненормально высокой частотой колебаний, а это связано с очень высокой температурой его плавления. Если мы вспомним также, что углерод в силу своей химической индивидуальности образует чрезвычайное множество соединений, изучение которых объединено в особую науку — органическую химию, — то мы придем к заключению, что его особое положение, (которое можно сравнить только с положением и свойствами бора и кремния), требует особого исследования его. Все же остальные элементы, равно как и химические соединения, дают кривые теплоемкостей, как функции температуры, подобные изображенным на фигуре. Хотя кг. кегическая теория теплоемкостей оказалась недостаточной для вычисления изменения теплоемкостей с температурой, самый факт подобного изменения сна позволила и предвидеть и объяснить возможностью колебаний атомов в сложных частицах—колебаний, увеличивающихся при повышении температуры, увеличивающихся потому, что тепловое движение ослабляет связи атомов в молекуле, и система делается менее жесткой . Именно поэтому в согласии с опытом теплоемкость одноатомных газов может считаться независимой от температуры. Одно-атомная газовая частица не может обладать колебательным движением. [c.48]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология