Уголь и алмаз что общего
Уголь, графит, алмаз. Модель эволюции индивидуума
Приведена найденная мной картинка в тему статьи.
Из курсов начальной школы мы знаем, что вещество углерод может пребывать в трёх состояниях, отличающихся друг от друга структурой кристаллической решётки элемента. Это уголь, графит и алмаз. Казалось бы, обычный уголь, на котором жарят мясо и ставят самовары, может быть и графитом, заправкой-стержнем для карандашей и удивительным камнем, обладающим поразительной механической прочностью, а при правильной умелой огранке, и манящей красотой, так высоко оцениваемой человеком. Удивительно, но факт, именно так и есть. Об этом удивительном свойстве углерода мама рассказала мне в глубоком детстве, тогда я никак не мог осознать, как такое возможно. Только встав взрослым, до меня начинает кое-что доходить…
Индивид, живущий ради удовлетворения своих прихотей-похотей, ради насыщения своего живота, этакий средний серый потребитель. Клиент “святой троицы” потребительского общества “Магазин-Аптека-Банк” и дальше по кругу… Он напоминает уголь. Легко воспламеняется и быстро сгорает (стареет), главное, кислорода побольше и спичку поднести. Кислорода хватает, а воспламенить его может и большая очередь в магазине и ребёнок, мешающий с дивана наблюдать футбольные баталии. У такого индивидуума нет устойчивости к внешней среде, он очень от неё зависим. Зато везде, куда ни попадёт, намажет и напачкает. Сколько таких расиянинов летом в выходные дни привозит на мой пруд в деревне банки и бутылки от пива, и там оставляет. В пруду или в овраге по дороге. Наследить у них хорошо получается. Оставить след в жизни они не в состоянии, нечего такому недочеловеку этой жизни предложить, кроме своих анализов. А причина тому не только низкая степень упорядоченности структуры, у него очень много примесей, мешающих этой упорядоченности. Голова забита чужими навязанными из “голубого во всех отношениях экрана” ценностями и штампами, тело зашлаковано вредными продуктами питания (мясо, гамбургеры, чипсы, коктели, что ещё так любят потребители) и таблетками, мозг отравлен постоянными дозами алкоголя. В древесном угле также куча примесей, фтор, хлор, минеральная составляющая, всё это остаётся после сгорания угля и называется пепел. Туда им всем и дорога, лучше привыкать к земле при жизни, как в известном анекдоте.
Когда человеком начинает руководить логика (ум), когда действия становятся осознанными и есть понимание целей и задач. Это уже больше, чем банальное “вырастить сына, построить дом, посадить дерево”, это уже совершенно иной уровень поставленных для себя человеком задач по жизни. Это может бы и “создать собственную компанию, музей, открыть гостиницу, создать философскую школу”. Вот тут появляется тактика и стратегия. Такой человек напоминает графит, так любимый всеми спортсменами и экстрималами “карбон”. Уже блестит серым серебром на солнце его полированная поверхность, уже есть жароустойчивость и воспламеняться он не способен. Он холоден и рассудителен, логичен и строен. Но если им провести по бумаге, то останется след. Механическая прочность пока уязвима. Но это уже не тот безвольный кусок угля, который пускают в расход. Примеси присутствуют, но их уже очень мало и они не оказывают воздействия на структуру.
Алмаз в искусственных и естественных условиях получается из графита путем создании очень большого давления. Также и человек при определённых жизненных обстоятельствах, если не погибает и не деградирует под их напором, то становится кристаллом или хотя бы графитом (если был до этого углём). Процесс этот долгий и не всегда заканчивается положительным исходом эволюции. Человек, это всё-таки не углерод, не элементарное вещество и у него есть свобода выбора.
Увеличению кристальности личности значительно помогает хорошая генетика. Сразу вспоминаются славянские законы о чистоте Рода и крови, называемые “Законы Рита”. Нельзя пренебрегать такими вещами. Считаю, что намного проще дать изначально своему ребёнку качественные гены своего рода по обеим ветвям родителей, что бы он мог развиваться и совершенствоваться в этом культурно-родовом-генетическом русле. Нежели тратить кучу ресурсов, сил, времени на врачей и психоаналитиков, что бы “вытолкнуть на поверхность” результат неосознанных межнациональных отношений. Приведу пример, скажите, какое культурное, национальное или языковое пространство может быть у ребёнка, если мама китаец, а папа негр, например? Может быть, именно по этой причине все малые народы берегут национальную идентичность и всячески стараются исключать браки с другими народами-нациями и расами.
“Зачем это нужно”, спросите вы?
А я задам вам встречный вопрос: “Вам когда нибудь хотелось взять штурвал своего корабля под название “Жизнь” в свои руки и рулить им по своему курсу” Или хочется пребывать в роли очередного шурупчика в механизме системы потребления? Который меняют на новый, как только тот сломается, а старый выкидывают на свалку (кладбище). Вот вам и ответ. Хозяин или раб, участник Игры или битная фигура. Учредитель или наёмный рабочий. Ответ кроется в нас, кем мы желаем стать.
Как поёт Михаил Краснодеревщик, один из моих любимых исполнителей жанра русского рэпа или правильнее сказать, остросоциального рэгги-шансона, лидер группы “Красное дерево”:
Пусть реально не мега, но я и не стар
Становился углём при этом в зеркале четко видел кристалл…
Конечно, приведённая выше аналогия достаточно упрощённая, в реале по жизни я не видел ни разу ни одного из представителей вышеуказанных типов. Эти типы “размазаны” к каждом из нас по сферам деятельности и социальным ролям. Можно быть “улём” в своей профессии, как говорят, “руки из ж@пы”, но при этом быть “графитом” в любви и сфере межличностных отношений. Думаю, что такие примеры вы знаете. Хотя сам являюсь сторонником древней мудрости “Человек совершенный совершенен во всём”.
Как делают алмазы?
Алмаз — самый твердый минерал по шкале твердости Мооса. Тверже его нет. При этом алмаз — это всего лишь углерод. Как уголь или графит. Только, в отличие от них, атомы углерода в алмазе приняли кубическую аллотропную форму.
Сожмите кусок угля достаточно сильно — и вы получите алмаз.
С тех пор, как люди узнали о том, что алмаз — углерод, как уголь, попытки сжать кусок угля достаточно сильно, чтобы получить алмаз, проводились регулярно.
В чем отличие заменителей алмаза от искусственных рубинов, сапфиров. изумрудов? Искусственные рубины, сапфиры, шпинели, изумруды люди создают такими же методами, какими природа когда-то создала настоящие рубины и изумруды. А заменители алмаза, искусственные алмазы — это кристаллы другого состава, нежели кристаллы алмаза. Они просто похожи на настоящие алмазы по преломлению, по игре света, но имеют совершенно другой химический состав.
С того момента, как люди научились шлифовать алмазы, получая из них сверкающие бриллианты, развивается подделка бриллиантов. Вначале подделки делали из простого стекла, потом из стекла свинцового. Вскоре отличить стразы от бриллиантов стало сложной задачей.
Довольно часто удавалось придумать очень удачные заменители ювелирных алмазов.
Звезды Голливуда и некоторые королевы, владелицы уникальных бриллиантов, часто предпочитали на светские рауты надевать искусно сделанные стразы — заменители их уникальнейших алмазов.
Просто из экономии: такой, почти не отличимый от оригинала, страз стоил чуть дороже, чем страховка у Ллойда такого супербриллианта от кражи на один вечер.
Но никогда не существовало искусственного бриллианта, полностью идентичного оригиналу. Подделки выдавала не такая, как у бриллианта, игра света (дисперсия), все без исключения были значительно менее прочными, очень многие из них по-другому, нежели алмаз, были видны в рентгеновских лучах… Отличить подделку можно было всегда. Правда, иногда — только при помощи сложного оборудования. 
Лучшие друзья девушек — это бриллианты
Кадр из фильма «Как выйти замуж за миллионера»
Но вот в 1956 году компания General Electric сообщила об успешном синтезе алмазов. Прошло несколько лет — и производство синтетических технических алмазов встало на поток. На сложнейшем оборудовании производили тысячи и миллионы карат.
Синтетические алмазы стали важной частью развития технологий. Армированные мелкими кристалликами алмаза режущие инструменты оказались намного более стойкими, чем аналогичные инструменты из самых лучших сплавов. Спрос на технические алмазы рос.
Перед Второй мировой войной в технике потреблялось до 7 млн. карат технических алмазов ежегодно. Как только было налажено производство синтетических алмазов, потребление технических алмазов начало быстро расти.
В 1970 году в технике было использовано уже 70 млн. карат, к 1990 году — около 250 млн. карат. К 2010 году производство технических алмазов выросло до 5 млрд. карат. А в настоящее время в мире ежегодно производят около 10 млрд. карат синтетических технических алмазов.
Причем с начала XXI века в производстве синтетических алмазов лидирует Китай, производя порядка 80% от общемирового производства алмазов. При этом ювелирных алмазов в 2014 г. добыли 131.1 миллион карат… 
Китай — лидер среди производителей синтетических алмазов
Фото: ru.aliexpress.com
Сейчас, по оценкам экспертов, во всем мире работает всего около 1000 установок синтеза алмазов. Самые первые установки работали по технологии синтеза с использованием высоких давления и температуры (HPHT), но в конце XX века была открыта технология производства алмазов методом осаждения углерода из газовой среды (CVD). Оба эти метода связаны друг с другом.
Методом HPHT производят маленький кристаллик, который впоследствии служит затравкой для метода CVD.
Используя сочетание обоих методов, ученые разработали методики производства алмазных пластинок, которые уже нашли применение в электронике. При увеличении размеров этих пластинок станет возможным их широкое применение — в том числе в качестве стекол для часов. Считается, что алмазные пластинки — возможная будущая основа электроники.
Помимо производства технических алмазов, уже давно и надежно занявших свою нишу в мировых технологиях, продолжаются попытки синтеза алмазов ювелирного качества. Собственно, принципиальная возможность этого была доказана еще в 70-е годы, когда в СССР на пробу произвели несколько ювелирных алмазов (ювелир, их шлифовавший, принял их за мелкие алмазы из Сьерра-Леоне). Однако, очевидно, цена их была настолько высока, что опыт не получил продолжения, ювелирные алмазы практически до сих пор добываются только «из земли» — что произвела природа много сотен миллионов лет назад. 
Совсем скоро искусственные алмазы будут неотличимы от настоящих
Фото: pixabay.com
Но ученые не отчаиваются. Уже появились новые технологии синтеза алмазов. Чтобы по технологии HPHT получить алмаз размером в 1 карат, установка должна проработать непрерывно примерно 5 дней (что сильно повышает цену полученного алмаза). В настоящее время в Китае, объединяя технологии HPHT и CVD, получают «алмазные заготовки» цилиндрической и кубической формы. Это алмазы, но по сравнению с настоящими кристаллами алмаза они имеют неправильное строение.
Но технологии не стоят на месте. Можно уверенно утверждать, что со временем алмазы, синтезированные человеком, вовсе не будут отличаться от настоящих, ибо любовь людей к бриллиантам уж очень сильна.
Природа алмаза, графита и угля
Углерод был известен древним народам еще в доисторические времена в виде древесного угля, сажи и каменного угля. По свидетельству римского историка Витрувия, сажа в его время производилась в большом количестве и шла на изготовление краски, применяемой во фресковой живописи, и чернил. Способ получения сажи, по Витрувию, состоял в следующем: смолу, деготь, смолистые щепки, виноградную лозу и подобные материалы сжигали на очаге, а пламя и дым пропускали через отверстия в камеру с мраморными стенками; осевшую сажу снимали и затем растирали с клеем, камедью и купоросом.
С незапамятных времен китайцы пользовались сажей для приготовления туши, которая распространилась затем в Корее, Японии и у народов ближнего Востока (IV в. до н.э.). В Европе тушь стала известна только в XV–XVI вв.
Получение угля также было известно с древнейших времен. Можно считать твердо установленным фактом, что уголь входил в состав употреблявшихся в древности зажигательных веществ.
Самый большой из всех известных алмазов, «Куллинан», найден в 1905 г. в Южной Африке. Его масса 621 г, а размер 10х6х5 см. В Алмазном фонде нашей страны хранится один из самых больших и красивых алмазов в мире – «Орлов» (37,92 г).
Алмазы давно привлекали к себе внимание и из-за других качеств. Еще в древней Индии алмаз служил для обработки драгоценных камней. С той же целью применяли его греки и римляне.
Алхимики не могли пройти мимо этого наивысшего по своей твердости минерала, нерастворимого в кислотах, несгораемого на обычном огне: они и в алмазе искали разгадки «философского камня».
В 1781 г. А.Л.Лавуазье доказал, что при горении угля получается «углекислота» (углекислый газ), которая представляет не что иное, как соединение «химического начала угля» (т.е. элемента углерода) с кислородом.
Истинная природа алмаза была выяснена только в 70-х гг. XVIII столетия, т.е. на пороге великой химической революции. До этого времени никому и в голову не могло прийти, что блестящий минерал, играющий всеми цветами радуги, имеет что-то общее с аморфным и черным углем.
В кратком изложении история установления истинной химической природы алмаза такова.
В XVII в. Аксель де Бут, а затем И.Ньютон высказали предположение, основываясь на сходстве показателей лучепреломления скипидара, камфоры и алмаза, что последний должен гореть.
В 1694 г. флорентийские академики провели опыт сжигания алмаза в фокусе вогнутого зеркала. Они убедились, что алмаз в этих условиях сначала тлеет, как уголь, а потом полностью сгорает. Ф.Лоренц установил затем, что алмаз сгорает без остатка в пламени кузнечного горна.
Все эти опыты вызывали, однако, крайнее недоверие, т.к. общее мнение ювелиров и минералогов сводилось к тому, что алмаз является разновидностью кварца. С выводами о том, что алмаз может гореть, были не согласны и многие крупные химики того времени. Так, например, Г.Руэль (учитель Лавуазье) и некоторые другие химики, проводившие опыты с алмазами, пришли к заключению, что при действии высокой температуры они испаряются.
В 1772 г. Лавуазье совместно с другими учеными провел серию экспериментов по изучению отношения различных тел к нагреванию в фокусе солнечных лучей, собираемых с помощью огромной линзы (около 1,5 м в диаметре).
По результатам исследований он опубликовал два труда «О разрушении алмаза огнем», в которых окончательно доказал, что при сжигании алмаза, как и при сжигании древесного угля, кроме «связывающего воздуха» (углекислого газа), ничего иного не получается и что при горении алмаза также поглощается часть воздуха, как это наблюдалось при горении фосфора или угля.
В 1797 г. английский химик С.Теннант после ряда экспериментов пришел к убеждению, что алмаз – чистейший углерод. Он сжег одинаковые количества алмаза и угля и убедился, что при этом образуются совершенно одинаковые объемы оксида углерода. Этим было доказано, что алмаз – некое видоизменение углерода.
Несколько ранее в 1779 г. шведский химик К.Шееле высказал предположение, что и графит является минеральным углем. Ему удалось позднее, в 1789 г., доказать, что графит хорошо горит в струе водорода, а в 1792 г. он пришел к окончательному выводу, что графит и уголь являются видоизменениями одного и того же элемента.
В 1799 г. Гитон де Морво наблюдал переход алмаза в графит при нагревании первого в сосудах без доступа воздуха. Одновременно он обнаружил, что графит и некоторые другие тела, например кокс, при сгорании дают лишь углекислый газ.
Повторив опыт Теннанта, но дополнив список сжигаемых веществ графитом, де Морво установил важный факт: если подвергать сжиганию равные по весу количества графита, алмаза и угля, то получаются одинаковые количества углекислого газа.
Й.Я.Берцелиус в 1841 г. впервые описал уголь (сажу), алмаз и графит как видоизменения одного и того же элемента и ввел в химию новое понятие «аллотропия».
Латинское название «carboneum» углерод получил от слова «carbo» – уголь, берущего в свою очередь начало от санскритского cra – гореть. Название «графит» (от греч. grapho – пишу) было дано минералогом А.Г.Вернером в 1789 г. после опытов Шееле. В русской литературе графит в начале XVIII в. назывался «карандаш» (от монгольского «кара» – черный, «таш» – камень), а углерод – «углетвором».
Слово «алмаз» и западноевропейское «diamant» – арабского происхождения и означает твердейший. Греки и римляне называли этот минерал adamas. В более или менее измененном виде это слово перешло во все европейские языки. В переводе оно означает неизменный, неукротимый, недоступный, поскольку алмаз не поддавался руке шлифовальщика. Только в XIII в. голландец Ван Беркем догадался шлифовать эти камни друг о друга и таким образом переоткрыл способ шлифовки алмазов, который давно уже был известен в Индии.
Очень любопытна проблема получения искусственного алмаза. Интерес к ней вызывается не только промышленным и экономическим значением этого материала, но и заманчивостью разрешения чисто научной задачи.
Попытки получения алмазов искусственным путем начались сразу после того, как было выяснено, что он является чистейшим углеродом. Они были очень многочисленны. Не будем подробно останавливаться на их описании и назовем лишь некоторые из них.
В 1880 г. английский химик Дж.Хенней получил несколько кристаллов при продолжительном нагревании в железной заваренной трубе легких углеводородов с металлическим литием. Эти кристаллы по своим свойствам могли бы быть отнесены к типу алмаза, в природе, однако, не встречающегося. Эти алмазы и до сих пор хранятся в Британском музее. Проведенное в 1943 г. их рентгенографическое исследование подтвердило, что это действительные алмазы.
Наибольшую популярность получили опыты французского ученого А.Муассана, проведенные им в 1893–1896 гг. Муассан плавил при температуре 2000–3500 °C и высоком давлении железо, к которому он добавлял чистый угольный порошок. Расплавленное железо затем выливалось в полый медный сосуд, охлаждаемый снаружи водой. Застывшая масса обрабатывалась кислотами с целью удаления железа, силикатов, карбида и графита. После этой сложной обработки сплава оставались черные прозрачные кристаллики, царапавшие рубин и сгоравшие в кислороде. Самые крупные из них были в диаметре не более 5 мм. Муассан принял их за алмазы.
Его опыты были повторены многими учеными и всегда приводили к малоубедительным или противоречивым результатам.
По поводу всех попыток получения искусственного алмаза немецкий химик Отто Руфф сделал вывод: «Кроме Муассана никому не удавалось получить искусственный алмаз. Возможно, что Муассан получил его, но это не доказано…».
Однако путь к разрешению проблемы не был закрыт. Дело в том, что большинство опытов производили в то время, когда еще не был решен вопрос о сравнительной устойчивости в земных условиях обеих модификаций углерода – алмаза и графита.
Сотрудник Института химической физики АН СССР О.И.Лейпунский в статье «Об искусственных алмазах» (1939 г.) объяснил, что главная причина неудач исследователей заключалась в том, что «…все попытки изготовления алмаза были сделаны в условиях, при которых графит является более устойчивой твердой фазой, чем алмаз». Ученый рассчитал, что для успешного получения алмаза «во-первых, надо нагреть графит не менее чем до 2000 К», чтобы атомы углерода могли переходить с места на место. Во-вторых, его надо при этом сжать чудовищным давлением, не меньше чем 60 тыс. атмосфер. Тогда он обязательно перейдет в алмаз, подобно тому, как камень, подброшенный рукой, обязательно поднимется в воздух».
Эти теоретические расчеты блестяще подтвердились в 1955 г., когда американским ученым Ф.П.Бэнди, Г.Т.Холлу, Г.М.Стронгу и Р.Г.Венторфу после восьмилетних экспериментов удалось осуществить синтез настоящих алмазов в условиях, близких к названным выше. И все же за один опыт исследователи получали не больше 20 мг алмазов, а самый большой из них имел длину всего 1,2 мм.
В отличие от алмаза искусственный графит получается и используется в промышленности в больших масштабах. Его получают при нагревании угля до температуры 2200–2500 °С в электрической печи. Стоимость производства искусственного графита не превышает стоимости получения естественного графита высокой степени чистоты.
В чем же причина образования из атомов одного и того же элемента столь различных по своим физическим свойствам веществ – твердейшего, блестящего алмаза и мягкого, легко истирающегося черного графита?
Наука дает ныне на этот вопрос точный ответ. В настоящее время твердо установлено, что резкое различие в свойствах алмаза и графита объясняется различием их внутреннего строения.
В кристаллах алмаза все атомы углерода расположены на одинаковых расстояниях друг от друга (1,54 
): каждый атом в алмазе находится в центре правильного тетраэдра, в вершинах которого расположены другие атомы. Такое строение придает алмазу необычайную твердость. Это наиболее твердое из всех известных в природе веществ.
Алмаз, графит, уголь.
Искусственный алмаз.
Обработанный алмаз.