Изотопы углерода: С - 98,892% С - 1,108%

Изотопы углерода:
12С
- 98,892%
13С - 1,108%
14С - период полураспада = 5,6*103 лет.
13С = 13С/ 12Собр. - 13С/ 12Сст. Х 1000
13С/ 12Сст.
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:
С4– = 2,60 A,
С4+ = 0,20 A
Углерод и его соединения
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
С кислородом (горение):
при Т=300-500С для “аморфного” углерода,
при Т= 600-700С для графита,
при Т= 850-1000С для алмаза.
С водородом:
- алмаз не взаимодействует,
- графит и “аморфный” углерод при Т=600-1000С в присутствии катализаторов
(Ni, Pt) с образованием метана.
С серой:
- с “аморфным” углеродом и графитом при Т=700-800С,
- с алмазом при Т = 900-1000С;образуется сероуглерод CS2.
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 300-400С может взаимодействовать со щелочными
металлами, галогенидами и кислотами с образованием соединений включения
типа С8Х, С24Х (х - металл, галогенид или HNO3, H2SO4, FeCl3).
все формы углерода растворяются в некоторых расплавленных металлах (Fe,
Ni, Co).
С H2O и CO - при Т >600-800 С
Карбин
• открыт в 1971 г известным советским
химиком А.М. Сладковым
• впервые обнаружен в астроблеме кратера
Рис (ФРГ) и назван чаоит
• представляет собой смесь - и -карбина
• -карбин - связь ацителеновая (-С  С-)
• -карбин — связь кумуленовая (=С=С=)
• Смешанные карбино-графитовые и карбиноалмазные структуры:
• Расстояние между слоями ~ 310 *10–12м
Графит
• Расстояние между атомами углерода в слое — 0,142нм,
• Расстояние между слоями — 0,344нм.
• 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.
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*10-12м, в основаниях которой
— правильные шестиугольники со стороной
а=252*10–12м.
Кристаллические структуры минералов углерода
лонсдейлит
графит
алмаз
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 = I0,218/I0,206
•
•
•
•
•
•
•
свойства лонсдейлита
a0 = 0,252
c0 = 0,412
плотность —  = 3,52
ne  2,42
no  2,40
N = 0,028 0,006 (+)
•
и
0,355
3,5
2,419
алмаза
Переход лонсдейлит-алмаз
Апографитовые лонсдейлитсодержащие алмазы
Космические алмазы
Алмазы метеоритов •
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Минералы алмазоносных
метеоритов:
камасит — самор. Fe;6,4 ат.% Ni
тенит — самор. Fe; 24 ат.% Ni
троилит — FeS
графит — С
шрейберзит — (Fe, Ni,Co)3P
ольдгамит — CaS
добреелит — FeCr2S4
нинингерит — (Mg,Fe,Mn)S
хромит — FeCr2O4
Пироксен (пижонит) —
(Mg,Fe,Ca)2[Si2O6]
оливин — (Mg,Fe)2[SiO4]
когенит — Fe3C
Алмаз образуется в ходе эволюции материнских планет при интенсивном флюидном
воздействии и оливин замещается чистым форстеритом по реакции:
2Mg1,5Fe0,5SiO4 + H2 = Mg2SiO4 + MgSiO3 + Fe0 + H2O
тяжелый изотоп углерода переходи преимущественно в газовую фазу в соответствии с
реакцией фракционирования: 13С +12СO2 —> 12C + 13CO2, смещенной вправо, так как
константа распределения равна 1,013 при 600K.
Импактные алмазы
Ударным сжатием графитового порошка при P = 40-120 гПа, при Т = 10 0000С и t =
1-10 микросек. получены поликристаллические сростки алмаза с лонсдейлитом,
аналогичные природным.
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:(n0)3(11–12)/
/X/ — остаточное
механическое напряжение
 — значение главного
двупреломления
n0 = 2,4195 — показатель
преломления алмаза;
11–12 = –0,8*10-7 бар–1
величина остаточного
напряжения составила 21-41
кбар.
Полагая, что остаточное
напряжение индуцировано
испытанной ударной нагрузкой,
рассчитали величину этой
нагрузки:
/P/ = 2(1 – ):K0b/X/, где:
b — вектор Бюргерса (2,52 A0);
 —коэффициент Пуассона (0,2)
 — модуль сдвига (56,5x105 бар)
K0 = const (63) бар –1 . см–1
Полученны значения 120 и 240
кбар при T > 300K.
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
высокобарной фаз не
сохраняется.
апоугольные алмазы
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
могут образовываться за счет
аморфного углеродистого вещества
осадочных пород
по особенностям морфологии,
по химическому и изотопному составу
( 13С = -21o/oo -31o/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 ( 13С
= -17o/oo -23o/oo для шаровых лав Raton
Pass указывают на смешанный источник
углерода.
Сходный изотопный состав (CiC= -25o/oo)
установлен и для лонсдейлитсодержащих фаз, обнаруженных в
обогащенных иридием туфогенноосадочных 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 микроалмазов 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)
•
•
•