碳族簡介及人造金剛石

1、碳族元素簡介碳族元素簡介主講人：孫浩峰內(nèi)容簡介1 1、碳族元素的主要單質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)、碳族元素的主要單質(zhì)及化學(xué)性質(zhì) 2 2、人工合成金剛石、人工合成金剛石1、碳族元素的簡介1.1碳族元素的基本性質(zhì)1.2自然分布及其單質(zhì)1.2.1 碳、硅的自然分布及其單質(zhì)（1）自然分布： 0.027% 石墨、金剛石 有機(jī)物、碳酸鹽類（2）單質(zhì)：四種同分異構(gòu)體 1.碳石墨石墨 金剛石金剛石 C602.硅 （1）.自然分布：豐度 27.7% 存在形式：各種硅酸及硅鋁酸鹽長石長石 KAlSi3O8 云母云母 KAl2(AlSi3O10)(OH)2 綠柱石綠柱石Be3Al2(SiO3)6（寶石級(jí)稱為祖母綠、海藍(lán)（寶石級(jí)稱

2、為祖母綠、海藍(lán)寶石寶石 ） 石榴石石榴石Ca3Al2(SiO4)3鈉沸石鈉沸石 Na2(Al2Si3O10)2H2O1.2.2 鍺、錫、鉛的自然分布及單質(zhì) 單質(zhì)單質(zhì)單質(zhì)外觀單質(zhì)外觀礦石礦石鍺 Ge銀白色單質(zhì)硫銀鍺礦4Ag2S. GeS2 鍺石礦Cu2S.FeS.GeS2錫 Sn灰錫（粉狀，）、白錫、脆錫錫石礦 SnO2云南個(gè)舊(錫都）鉛 Pb銀白色（略帶淺藍(lán)色）表面因被迅速氧化變?yōu)榘祷疑U板鍺球錫塊空氣中鉛被氧化，表面生成致密的保護(hù)膜Pb +CO2+H2O+O2=Pb(OH)2CO31.41.4人工合成金剛石人工合成金剛石的簡要介紹的簡要介紹1.4.1金剛石金剛石原子晶體，C sp3雜化，高熔

3、點(diǎn)，單質(zhì)中最高，3832K高沸點(diǎn)，高硬度，為10 常溫下對(duì)一切化學(xué)試劑顯惰性。用于制造鉆頭、削磨工具，制造精尖端儀器，也用于軍工（如做飛機(jī)雷達(dá)罩）天然金剛石形成機(jī)制金伯利母巖形成條件：深地幔中經(jīng)高溫高壓轉(zhuǎn)化而來1、合適的壓力、溫度2、充足的碳源（1）石墨（2）碳?xì)浠顲nOy nC+y/2H2 （3）碳氧化物CO、CO2 被還原3、合適的巖層氛圍（1）提供適當(dāng)?shù)难趸€原環(huán)境（2）提供氣體氛圍4、廣泛的觸媒金屬、非金屬單質(zhì)及其合金、硫化物等例：S2 +2C(石墨）= CS2 ；更高溫度時(shí)：CS2 =C(金剛石) +S2金剛石的人工合成歷程：后世猜想：依據(jù)：真空下，金剛石石墨 2000則應(yīng)有反應(yīng)可

4、逆的可能性1.1892 穆瓦桑黑色金剛石。0.7mm方法：石墨坩堝熔融鐵冷水中速冷酸溶鐵想法：加壓足夠，改變層距，重新成鍵突破：1954 美國霍爾等人成功合成金剛石方法：熔融FeS作溶劑，長時(shí)間高溫高壓下將石墨轉(zhuǎn)化為金剛石。1、“溶劑“說：碳與溶劑中變?yōu)閱蝹€(gè)碳原子，后冷卻直接生成金剛石機(jī)理分析：目前主要合成金剛石的方法：1.HTHP法（高溫、高壓）2、低壓法：（1）熱分解化學(xué)氣相沉積法（2）化學(xué)氣相沉積法3、CO2 合成金剛石。HTHP法石墨片、觸媒片層填入葉臘石塊石墨片、觸媒片層填入葉臘石塊 放入六面頂壓機(jī)放入六面頂壓機(jī) 施加高溫高壓施加高溫高壓 （ 一般，一般，1600-1800K1600

5、-1800K， 6.06.010109 9 Pa Pa， 1-5min 1-5min）除外殼電解除觸媒、除外殼電解除觸媒、HClOHClO4 4 除石墨、除石墨、NaOHNaOH（熔融）除硅酸鹽（熔融）除硅酸鹽 淺黃或淺綠金剛石淺黃或淺綠金剛石國產(chǎn)六面頂壓機(jī)主要的合成方式。 利用晶種法，可得幾克拉級(jí)寶石級(jí)寶石。CVD法合成金剛石膜可得100-300m晶膜?？捎米餍酒?，1000下仍能工作。以CO2 為底物生產(chǎn)金剛石現(xiàn)實(shí)發(fā)現(xiàn)：1.有體流動(dòng)或碳酸鹽豐富區(qū)域，曾發(fā)現(xiàn)金剛石；曾發(fā)現(xiàn)金剛石中包裹碳酸鎂單晶2.古地球內(nèi)部還原性強(qiáng)猜想：金剛石可能拉源于猜想：金剛石可能拉源于CO2 或碳酸鹽的還原或碳酸鹽的還原機(jī)理：CO2 /CO2- E標(biāo)=-2.2V;Na/Na+ ,E標(biāo)=-2.72V；Li/Li+ =-3.04V,故二氧化碳可被堿土金屬還原。故可還原 不銹鋼反應(yīng)釜中滲出晶硅粒，起晶核作用，使金剛石長大。成鍵機(jī)理：未知。 我國合成金剛石現(xiàn)狀主要方式：金剛石膜，多用作導(dǎo)彈頭罩等寶石級(jí)合成金剛石HTHP法，采用葉臘石做包裹材料。產(chǎn)量：2010