Плотность алмаза
Плотность алмаза и другие его физические свойства
Элементарные тетраэдры объединены в бесконечный изотропный кубический кристалл (рис. 1). Благодаря симметричному распределению электронной плотности отталкивание между валентными электронными папами минимально, а каркасная атомная структура алмаза отличается чрезвычайной энергетической устойчивостью.
Рис. 1. Строение алмаза: а) кристаллическая решетка; б) каркас.
Основные константы алмаза приведены в таблице ниже.
Таблица 1. Физические свойства и плотность алмаза.
Плотность, г/см3 (20oС) |
3,51 |
Температура плавления, oС |
3827 |
Температура кипения, oС |
4827 |
Энергия атомизации, кДж/моль |
710 |
Ширина запрещенной зоны, эВ |
5,2 |
Длина ребра элементарной ячейки, нм |
0,357 |
За счет меньшего удельного объема алмаза по сравнению с графитом при высоких давлениях (выше 4 Гпа) и температурах (выше 1500oС) графит превращается в алмаз. Этот процесс ускоряется в присутствии расплавленных металлов (Cr, Fe, Ni) и неметаллов (красный фосфор). Получаемые таким способом алмазы часто имеют черный цвет из-за включений гетероатомов. Принципиально новым методом синтеза кристаллов искусственных алмазов является выращивание их из раствора углерода в расплавленных карбонатах щелочноземельных металлов при высоких температурах и давлениях. Этим способом выращивают прозрачные кристаллы сантиметровых размеров.
Примеры решения задач
Задание | Определите плотность по кислороду смеси азота и оксида углерода (II), если объем первого газа в смеси равен 150 л, а второго – 350 л. |
Решение | Найдем объемные доли веществ в смеси:
φ = Vgas / Vmixture_gas; φ (N2) = V(N2) / Vmixture_gas; φ (N2) = 150 / (150 + 350) = 150 / 500 = 0,3. φ (CO) = V(CO) / Vmixture_gas; φ (CO) = 350 / (150 + 350) = 350 / 500 = 0,7. Объемные доли газов будут совпадать с молярными, т.е. с долями количеств веществ, это следствие из закона Авогадро. Найдем условную молекулярную массу смеси: Mrconditional (mixture) = φ (N2) ×Mr(N2) + φ (CO) ×Mr(CO); Mrconditional (mixture) = 0,3 × 28 + 0,7 × 28 = 8,4 + 19,6 = 28. Найдем относительную плотность смеси по метану: DO2(mixture) = Mrconditional (mixture) / Mr(O2); DO2(mixture) = 28 / 32 = 0,875. |
Ответ | Относительная плотность смеси газов азота и оксида углерода (II) по кислороду равна 0,875. |
Задание | Плотность по фтору газовой смеси, состоящей из этана C2H6 и пропана C3H8, составляет 19,9. Вычислите условную молекулярную массу смеси газов. |
Решение | Относительная плотность смеси газов по водороду можно определить по следующей формуле:
DF2(mixture) = Mrconditional (mixture) / Mr(F2) = 19,9. Отсюда, условная молекулярная масса смеси газов равна: Mrconditional (mixture) = DF2(mixture) ×Mr(F2); Mrconditional (mixture) = 19,9 ×38 = 756,2. |
Ответ | Условная молекулярная масса смеси газов равна 756,2. |