تاریخ: ۱۳۹۵/۰۳/۰۱
نویسنده :  گروه گوهرشناسی اسمان

خصوصیات فیزیکی الماس

قرنهاست كه سنگ الماس مورد توجه بشر قرار دارد اما تا پيش از قرن بيستم اطلاعات علمي زيادي در مورد اين سنگ گرانبها در دست نبود . با پيشرفت علوم فيزيك ، شيمي ، زمين شناسي و كاني شناسي بسياري از ابهامات درباره الماس روشن شد . تا اواخر قرن هجدهم هيچكس نمي دانست كه الماس از چه ماده اي تشكيل شده است اما در سال 1772 شيميدان فرانسوي بنام لاوازيه با قراردادن يك قطعه الماس در ظرفي شيشه اي حاوي اكسيژن و متمركز كردن نور خورشيد توسط يك عدسي محدب بر ان متوجه شده كه الماس ميسوزد و خاكستري از خود بر جاي نمي گذارد . با بررسي بيشتر ، به مقداري دي اكسيد كربن رسيد كه مشخص كننده اين است كه الماس چيزي نيست جز كربن كه در اين آزمايش كربن با اكسيژن تركيب شده و توليد دي اكسيد كربن اثبات اين موضوع بوده است . لازم به توضيح مي باشد كه الماس تنها سنگ قيمتي در طبيعت است كه فقط از يك عنصر تشكيل شده است .

          

Graphite نيز ماده ديگري است كه فقط از كربن تشكيل شده است ، ولي خصوصيات آن در مقايسه با الماس بسيار متفاوت است. اين ماده به اندازه اي نرم است كه از آن در ساخت مداد استفاده شده و با حركت مداد بر روي كاغذ مقداري از ان بر روي كاغذ باقي مي ماند ، در حاليكه الماس سخت ترين جسم شناخته شده در طبيعت است . با بررسي اين تفاوت فاحش در ميزان سختي اين دو جسم كه هر دو از كربن ساخته شده اند پي به آرايش اتمي متفاوت در اين دو ماده مي بريم و اين تفاوت بدليل اين است كه شرايط محيط تشكيل شدن اين دو ماده متفاوت مي باشد . جهت روشن شدن مطلب و توضيح راجع به ساختار الماس از اتم شروع مي كنيم . اتم كوچكترين واحد تشكيل دهنده يك عنصر شيميايي است كه خواص منحصر به فرد آن عنصر را حفظ مي كند . تعريف ديگري ، آن را به عنوان كوچكترين واحدي در نظر مي گيرد كه ماده را مي توان به آن تقسيم كرد بدون اينكه اجزاء بارداري از آن خارج شود . اتم ابري الكتروني ، تشكيل شده از الكترون ها با بارالكتريكي منفي ، كه هسته اتم را احاطه كرده است . هسته نيز خود از پروتون كه داراي بار مثبت است و نوترون كه از لحاظ الكتريكي خنثي است تشكيل شده است . زماني كه تعداد پروتون ها و الكترون هاي اتم با هم برابر هستند اتم از نظر الكتريكي در حالت خنثي يا متعادل قرار دارد در غير اينصورت آن را يون مي نامند كه مي تواند داراي بار الكتريكي مثبت يا منفي باشد .

                         

اتم ها با توجه به تعداد پروتون ها و نوترون هاي انها طبقه بندي مي شوند . تعداد پروتون هاي اتم مشخص كننده نوع عنصر شيميايي و تعداد نوترون ها مشخص كننده ايزوتوپ عنصر است . همه اتم هاي يك عنصر ، مشابه يكديگرند . اتم هاي عنصرهاي مختلف به هم متصل مي شوند و مولكول ها را بوجود مي آورند . يك عنصر مانند كربن مي تواند حالت هاي ساختاري متفاوت داشته باشد . هر كدام از اين شكل ها را آلوتروپ مي نامند . به واقع عناصر آلوتروپ از لحاظ شيميايي همسان اند اما ويژگي هاي فيزيكي متفاوتي اعم از چگالي ، انحلال پذيري ، سختي و ...
اين موضوع از آنجهت داراي اهميت مي باشد كه بدانيم الماس يكي از آلوتروپ هاي كربن مي باشد آلوتروپ ديگر كربن ،‌گرافيت مي باشد . در واقع اين دو ماده از عنصر كربن تشكيل شده اند اما با ساختاري متفاوت . گرافيت داراي ساختار لايه لايه بوده و به رنگ سياه است و از قرار گرفتن اتم كربن به صورت 6 ضلعي منظم پديد آمده اين اتم ها با پيوند كووالانسي به هم متصل هستند و نمي توانند با كربني خارج از اين لايه پيوند كووالانسي برقرار كننده بنابراين يك لايه گرافيت از طريق پيوند واندروالس كه پيوند ضعيفي است به لايه هاي زيرين متصل است اين خاصيت سبب مي شود كه لايه هاي گرافيت به راحتي بر روي هم بلغزند به همين دليل از اين تركيب براي روان كاري و روغن كاري استفاده مي شود .

از گرافيت به عنوان الكترودهاي كوره ،‌ماده نسوز ، قطعات الكتريكي و مواد گرافيتي استفاده مي شود . كربن عنصري شيميايي در جدول تناوبي است با نشان c و عدد اتمي 6 . كربن عنصري غير فلزي و در طبيعت فراوان است. در علم شيمي، ظرفيت الكترون يا والانس، تعداد الكترون هايي است كه يك اتم بايد دريافت كند يا از دست بدهد تا به حالت پايدار برسد . مقدار والانس براي هر عنصر مشخص و ثابت است و اين مقدار براي كربن عدد چهار مي باشد ، يعني كربن 4 ظرفيتي مي باشد .

تعداد الكترونهاي موجود در خارجي ترين مدار تعيين كننده وضعيت شيميايي ماده و قابليت برقراري پيوند با چند اتم ديگري مي باشد ، اصولاً مدار خارجي هر اتم گنجايش هشت الكترون را دارد . چنانچه تعداد الكترونهاي مدار آخر تكميل باشد ، اتم ميلي به برقراري پيوند ندارد ولي در صورت كمبود الكترون با اتمهاي ديگر پيوند برقرار كرده تا كمبود الكترون خود را جبران نمايد.
اتمهاي كلر و سديم در مدارهاي خارجي خود به ترتيب داراي هفت و يك الكترون مي باشند كه در پيوند آنها در نمك ، سديم الكترون خود را به كلر واگذار مي كند . به اين نوع پيوند كه يك اتم دهنده و اتم ديگر گيرنده الكترون مي باشند ، پيوند يوني گفته مي شود ولي در اتمهايي كه در مدار خارجي خود داراي سه ، چهار يا پنج الكترون هستند ، گيرنده و دهنده اي در كار نيست و اتمها الكترونهايشان را به اشتراك مي گذارند . همانطور كه گفته شد اتم كربن بطور معمول داراي چهار الكترون در مدار خارجي خود بوده و بدين ترتيب داراي چهار جاي خالي جهت اشغال مي باشد حال در الماس ، اتم كربن هر الكترون خود را با يكي از چهار همسايه خود به اشتراك مي گذارد .

و اين پيوند زنجير وار از هر طرف ادامه مي يابد ، به اين نوع پيوند بين اتمها پيوند كووالانسي گفته مي شود كه قوي ترين نوع پيوند مي باشد .