алмазы которых не может быть
Никто ничего толкового не пишет, поэтому я собрался и написал про метастабильный алмаз.
Итак, у углерода есть множество модификаций, самые известные графит и алмаз. Алмаз - самый твердый минерал, а графит один из самых мягких. Графит и алмаз различаются структурой в общем, а в частности геометрией атома углерода. В алмазе углерод находится в sp3 гибридизации, все его электроны равноправны, и атом имеет форму тетраэдра. В графите гибридизация углерода sp2 и атом можно описать формой тригональной бипирамиды.
Структура алмаза гораздо более плотная, чем у графита. Алмаз устойчив при высоких давлениях(больше 30-40 килобар в зависимости от температуры ), при меньших давлениях и достаточно высокой температуре алмаз превращается в графит. И в природе алмаз и при синтезе алмаз образуется при огромных давлениях. Это как бы закон природы, но оказалось, что его можно нарушить.
Советский физик(он точно был советский, но пока не могу найти его имени) невероятной красоты идею: в метане углерод находится в точно такой же гибридизации, как и в алмазе. Если отобрать у него атомы водорода и предложить возможность выстроиться в алмазную решетку, то атом навряд ли найдёт силы отказаться.
Экспериментальная реализация следующая: метан облучается до разрушения молекул в закрытом сосуде с алмазной затравкой. Давления при этом очень не большие и кристаллизоваться должен графит, но получается алмаз. Так разум побеждает законы термодинамики.
Потом развитие этой технологии в СССР заглохло, да и мире основное внимание уделялось синтезу при высоких давлениях в металлических системах. Беда была в том, что, оказалось, очень сложно контролировать процесс и дальше микроалмазов дело не шло. Новая эпоха началась относительно недавно. Буржуинами созданы приборы позволяющие стабильно растить как поли- так и монокристаллы. Сейчас синтез CVD алмазов самое активно развивающееся и перспективное направление роста алмазов. Оказалось, что CVD алмазы содержат особого рода дефекты, не встречающиеся в алмазах, образовавшихся при высоких давлениях. Вообще структурные дефекты алмаза - это песня с припевами, ритуальными боями и огромной важности результатами. Получеными во многом советскими учеными. Но рассказ сейчас не о них. Рассказ о том как образовалась планета Земля.
В некоторых метеоритах были обнаружены мельчайшие кристаллики алмазов. Они, и зерна некоторых других минералов обладают абсолютно нехарактерным для Земли и планет солнечной системы изотопным составом. Разница в изотопах между такими зернами и метеоритом, в котором они содержатся, колоссальна и не объяснима обычными процессами разделения изотопов. Поэтому появилось предположение, что эти зерна не имеют отношения к Солнечной Системе. Не больше и не меньше. Их называют досолнечными частицами и, возможно, это древнейшее доступное вещество на сегодня.
Но как образовались такие алмазы? Изучение разными спектроскопиями показало, что метеоритные алмазы содержатся центры характерные для алмазов полуученых паро химическим осаждением. И родилась гипотеза, что алмазы образовались при взрыве сверхновой звезды.
Отвлечемся от алмазов. Звезды горят за счет синтеза элементов из водорода. Но дальше относительно легких ядер процесс не идёт, и элементы тяжелее железа в нормальных звездах вообще не синтезируются. Сейчас считается, что всякие тяжелые элементы, типа урана, образуются в результате взрыва сверхновых звезд. При этом выделяется колоссальное количество энергии и жесточайшего излучения. Масштабы этого апокалипсиса находятся далеко за границами человеческого воображения, но именно там родился материал для нашей системки.
Излучение сверхновой звезды разлетается по вселенной и попадает в облако метана. Молекулы газа ионизируются, теряют водороды и появляются атомы углерода носящиеся по пространству. Давление при этом ничтожное, и кажется должна расти сажа вроде графита, но атомы собираются кристаллики алмаза. Потом эти алмазы претерпевают множество приключений. Они носятся по горячему облаку из которого зарождается сначала Солнце, а потом и планеты. Многие из них бесследно исчезают в недрах звезды и планет, но некоторые попадают в мелкие планетки, мотают круги миллиарды лет и в конце концов попадают на Землю. И здесь микронные зерна могут рассказать о том как рождаются звезды, или их могут продать ублюдки.
*.
Итак, у углерода есть множество модификаций, самые известные графит и алмаз. Алмаз - самый твердый минерал, а графит один из самых мягких. Графит и алмаз различаются структурой в общем, а в частности геометрией атома углерода. В алмазе углерод находится в sp3 гибридизации, все его электроны равноправны, и атом имеет форму тетраэдра. В графите гибридизация углерода sp2 и атом можно описать формой тригональной бипирамиды.
Структура алмаза гораздо более плотная, чем у графита. Алмаз устойчив при высоких давлениях(больше 30-40 килобар в зависимости от температуры ), при меньших давлениях и достаточно высокой температуре алмаз превращается в графит. И в природе алмаз и при синтезе алмаз образуется при огромных давлениях. Это как бы закон природы, но оказалось, что его можно нарушить.
Советский физик(он точно был советский, но пока не могу найти его имени) невероятной красоты идею: в метане углерод находится в точно такой же гибридизации, как и в алмазе. Если отобрать у него атомы водорода и предложить возможность выстроиться в алмазную решетку, то атом навряд ли найдёт силы отказаться.
Экспериментальная реализация следующая: метан облучается до разрушения молекул в закрытом сосуде с алмазной затравкой. Давления при этом очень не большие и кристаллизоваться должен графит, но получается алмаз. Так разум побеждает законы термодинамики.
Потом развитие этой технологии в СССР заглохло, да и мире основное внимание уделялось синтезу при высоких давлениях в металлических системах. Беда была в том, что, оказалось, очень сложно контролировать процесс и дальше микроалмазов дело не шло. Новая эпоха началась относительно недавно. Буржуинами созданы приборы позволяющие стабильно растить как поли- так и монокристаллы. Сейчас синтез CVD алмазов самое активно развивающееся и перспективное направление роста алмазов. Оказалось, что CVD алмазы содержат особого рода дефекты, не встречающиеся в алмазах, образовавшихся при высоких давлениях. Вообще структурные дефекты алмаза - это песня с припевами, ритуальными боями и огромной важности результатами. Получеными во многом советскими учеными. Но рассказ сейчас не о них. Рассказ о том как образовалась планета Земля.
В некоторых метеоритах были обнаружены мельчайшие кристаллики алмазов. Они, и зерна некоторых других минералов обладают абсолютно нехарактерным для Земли и планет солнечной системы изотопным составом. Разница в изотопах между такими зернами и метеоритом, в котором они содержатся, колоссальна и не объяснима обычными процессами разделения изотопов. Поэтому появилось предположение, что эти зерна не имеют отношения к Солнечной Системе. Не больше и не меньше. Их называют досолнечными частицами и, возможно, это древнейшее доступное вещество на сегодня.
Но как образовались такие алмазы? Изучение разными спектроскопиями показало, что метеоритные алмазы содержатся центры характерные для алмазов полуученых паро химическим осаждением. И родилась гипотеза, что алмазы образовались при взрыве сверхновой звезды.
Отвлечемся от алмазов. Звезды горят за счет синтеза элементов из водорода. Но дальше относительно легких ядер процесс не идёт, и элементы тяжелее железа в нормальных звездах вообще не синтезируются. Сейчас считается, что всякие тяжелые элементы, типа урана, образуются в результате взрыва сверхновых звезд. При этом выделяется колоссальное количество энергии и жесточайшего излучения. Масштабы этого апокалипсиса находятся далеко за границами человеческого воображения, но именно там родился материал для нашей системки.
Излучение сверхновой звезды разлетается по вселенной и попадает в облако метана. Молекулы газа ионизируются, теряют водороды и появляются атомы углерода носящиеся по пространству. Давление при этом ничтожное, и кажется должна расти сажа вроде графита, но атомы собираются кристаллики алмаза. Потом эти алмазы претерпевают множество приключений. Они носятся по горячему облаку из которого зарождается сначала Солнце, а потом и планеты. Многие из них бесследно исчезают в недрах звезды и планет, но некоторые попадают в мелкие планетки, мотают круги миллиарды лет и в конце концов попадают на Землю. И здесь микронные зерна могут рассказать о том как рождаются звезды, или их могут продать ублюдки.
*.