Получение - алмаз
Cтраница 1
Получение алмаза и бо-разона при высоких давлениях в принципе осуществимо в результате как полиморфного превращения, так и химической реакции. Отсюда следует, что приведенные факты могут рассматриваться как иллюстрация возможностей и перспектив химии очень высоких давлений. [1]
Для получения алмазов необходимы сверхвысокие давления, которые не были доступны в XIX в. Высокие давления в сочетании с высокими температурами позволяют атомам более или менее легко менять свои положения. Под действием высоких давлений различные элементы и соединения принимают новые формы, в которых атомы и молекулы упакованы необычайно плотно. И в 1955 г. по методу Бриджмена были получены наконец первые синтетические алмазы. [2]
Для получения алмазов исходное сырье ( графит, сажа, сахарный уголь и др. богатые У. Обычно катализатор и углеродные материалы послойно засыпаются в контейнер, к-рый помещается в рабочую камеру высокого давления. [3]
Для получения алмазов искусственным путем Муассан ( 1897), используя наблюдения, что расплавленное железо образует с углеродом соединение ( см. раздел Железо), которое разлагается при охлаждении, выделил углерод в виде графита. Поскольку графит имеет намного меньшую плотность, чем алмаз ( как было установлено позднее, некоторые межатомные расстояния в графите намного больше, чем в алмазе), согласно принципу Ле Шателье, можно предположить, что при очень высоком давлении углерод должен выделиться из расплава в виде алмаза. Для создания такого давления расплавленное железо, насыщенное углеродом, резко охлаждали, чтобы середина массы подвергалась сжатию затвердевшей коры. Так, после растворения железа в кислотах были получены кристаллы алмаза, величина которых не превышала нескольких десятых миллиметра. [4]
Для получения металлических алмазов необходимо закалить металлическую фазу высокого давления, что достигается охлаждением всей аппаратуры высокого давления с металлической фазой до температуры жидкого азота и последующим снижением давления до атмосферного. [5]
Третий метод получения алмазов требует очень точного соблюдени условий проведения процесса. [6]
Наряду с получением алмаза в условиях, когда он является термодинамически устойчивым веществом ( при высоких давлениях), алмазы можно синтезировать в области его неустойчивости, т.е. при относительно низких давлениях. Для этого проводят термическое разложение углеродсодержа-щих газообразных веществ, например метана, ацетилена, оксида углерода и др. В реакционный сосуд предварительно вводят кристаллы алмаза. Если имеется грань кристалла алмаза, вблизи которой концентрация атомов углерода в виде пара превышает соответствующую равновесную, то избыток атомов углерода будет осаждаться на этой грани, воспроизводя кристаллическую структуру алмазной решетки. Процесс этот очень медленный. Кроме того, рабочие условия благоприятствуют образованию на поверхности подложки графита, который нужно периодически удалять с нее. Удельная производительность таких установок невелика, и сам процесс пока не нашел промышленного применения. [7]
Наряду с получением алмаза под статическим давлением осуществлен синтез алмазов методом ударного сжатия: графитовый образец сжимается в волне, образующейся при взрыве мощного заряда. [8]
Естественно, что получение алмазов в области термодинамической устойчивости графита представляется весьма заманчивым. В связи с этим уместно вспомнить об известных опытах Гэннея, который еще в 1880 г. сообщил о получении искусственных алмазов. Напомним лишь, что Гэнней исследовал реакцию низкокипящих углеводородов с литием при высокой температуре ( темно-красное каление железной трубы) и высоком давлении ( в отдельных случаях, возможно, в несколько тысяч атмосфер) в течение длительного времени. Полученные им кристаллики, хранящиеся в Британском музее, оказались действительно алмазами. Попытки повторения опытов Гэннея, предпринимавшиеся многими исследователями, успеха не имели. [9]
С научной точки зрения получение алмаза в метастабильных условиях основано на возможности задержки процесса образования твердого углерода на промежуточной стадии и на использовании поверхностных сил, когда атомы углерода осаждаются на гранях кристалла. Как известно, в системах, находящихся при постоянных температуре и давлении, все самопроизвольные процессы протекают с уменьшением изобарно-изотермического потенциала всей системы. Однако в природе довольно часто наблюдаются явления, когда в результате течения процесса изобарно-изотермический потенциал системы падает не до самого низкого уровня, соответствующего данным внешним условиям, а задерживается на несколько более высоком, с которого может впоследствии упасть на самый низкий, давая таким образом термодинамическую устойчивую систему. При этом процесс идет как бы по ступеням. Отсюда и было сформулировано Оствальдом так называемое правило ступеней: в случае возможности ряда превращений от менее устойчивого состояния к все более устойчивым обычно образуется ближайшая более устойчивая система, а не самая стабильная. [10]
Известно, что для получения алмаза из фафита требуется очень высокое ( в десятки тысяч бар) давление. [11]
Крайне актуальной остается проблема получения высокочистых алмазов типа Па и ПЬ для использования в лазерной оптике, электронике и полупроводниковой технике. Изучены процессы роста высокочистых алмазов типа Па и ПЬ методом температурного градиента под давлением, получены кристаллы весом до 5 карат. [12]
 |
Влияние кратности связи ( п на межъядерное расстояние dec. [13] |
В последние годы освоен метод получения алмаза при низком давлении. Наращивание алмаза осуществляется на алмазной затравке в атмосфере углеводородного газа ( метан, этан) при температуре порядка 1000 С. Такой способ позволяет получать алмазный порошок или кристаллы алмаза в виде усов. Образующиеся кристаллы отличаются высокой чистотой. [14]
В настоящее время практически все существующие способы получения алмаза относятся к кристаллизации его из растворов углерода в расплавах металлов и к прямому превращению из графита, поскольку обе фазы являются полиморфными модификациями углерода. При статическом давлении прямое превращение графита в алмаз было осуществлено при р13 ГПа и 7 3000 К. [15]
Страницы: 1 2 3