Teemandid (0)

Rakvere Eragümnaasium
Sandra Suviste
10.A klass
TEEMANDID
keemia referaat
Rakvere 2009
Kasutatud allikad
Hergi Karik ,,Vask, kuld ja raud olid esimesed’’ Tallinn ,,Valgus’’ 1984
Tehisteemandid ja –briljandid ehk kuidas esimesed jäid teiseks
1886 . a. septembrikuu varahommikul kündsid Novõi Urei küla talupojad põldu, kui äkki läks ümberringi kõik valgeks, sellele järgnes kaks kahuripaugutaolist heli ning talupoegade lähedale kukkus tulekera. See oli meteoriit . Kohalikud purustasid kivi tükkideks ja ravisid nende kildudega inimesi ning loomi.
Vene õpetlased M.Jerofejev ja P. Latšinov analüüsisid toda meteoriiti ning avastasid selles teemante. Meteoriidi ,,Novõi Urei’’ kilde analüüsis hiljem ka tuntud prantsuse teadlane Henri Moissan , kes oletas, et teemandid tekkisid meteoriidisüsiniku kiirel jahtumisel kõrgel rõhul.
Teemandi erakordne kõvadus, lihvitud kristalli sädelev värvimäng, väga tühine levimus looduses ning kõrge hind on loonud teemantide ümber romantilise õhkkonna. Et nõudmine suurenes, loodusest leiti teemante aga harva, siis alustati juba möödunud sajandil katseid tehisteemantide saamiseks. 1880. a. täitis šoti teadlane J. B Hennay 11 tinatatud raudtoru petrooleumi, parafiini, kondiõli ja liitiumiga ning kuumutas neid ahjus 14 tundi. Kaheksa toru lõhkes, kuid ülejäänutes avastas ta teemanditaolisi kristalle.
Teemandi sünteesil tugineti järgmistel eeldustel:

teemant , süsi ja grafiit koosnevad kõik vaid süsiniku aatomitest

teemant on madalal temperatuuril püsiv

teemant muutub kuumutamisel grafiidiks, järelikult peab olema võimalik ka vastupidine protsess

meteoriitides on avastatud teemante, mis moodustuda meteoriidi kiirel jahtumisel tekkinud kõrge rõhu toimel

teemandi tihedus on umbes 1,5 korda suurem kui grafiidil
1894. a. kujunesid sensatsioonilisteks H. Moissani katsed. Moissan küllastas elektriahjus sulatatud malmi suhkru kuumutamisel saadud söega ning jahutas siis kiiresti vees. Sulamalm paisus jahtumisel, kuid malmi pinnale tekkinud koorik takistas tema paisumist ja seetõttu kandub kõrge surve malmi sisemusse . Moissan arvas , et väljakristalluv süsinik eraldab teemandina. Malmi kasutas Moissan sellepärast, et enamiku metallide ruumala jahtumisel väheneb, malmil, hõbedal ja vismutil see aga suureneb.
Moissan alustas Hruštšovi tehisteemandi saamise katsetega. Ta küllastas keeva hõbeda süsinikuga. Hõbe lahustab 6% süsinikku. Hõbeda kiirel jahtumisel tekkis tema pinnale tahke koorik, mis avaldas rõhku sissepoole. Hrštšovi arvates pidi see rõh muutma süsiniku teemandiks. Katses saadi väikesi kristalle, mis kriimustasid korundi ja andsid põlemisel süsinikoksiidi. Hilisemad uuringud näitasid, et need polnud siiski teemandid, vaid väga kõvad krabiidid. Mossani ja Hennay struktuuri otsustati röntgenograafiliselt uurida. Selgus, et 11 kristalli 12-st olid teemandid!
Teaduslikult lähenes teemandi sünteesile nõukogude teadlane O.Leipunski, kes tegi 1939. a. kindlaks, et grafiiti võib muuta teemandiks rõhu 60 000 at ja temperatuuril 1700 C.
Rootsi teadlasel B. Von Platenil tuli idee sünteesida kõrgel rõhul teemanti . Ta pöördus idee realiseerimiseks Rootsi tuntud elektrotehnikafirma ,,Allmänna Svenska Elektriska Aktiebolaget’’ poole. Firma juhtkond soostus ettepanekuga. 15.veebruaril 1953 hoiti katseseadmes 2 minuti jooksul rõhk 80 000 at temperatuuri 2500 C. Reaktsioonikambri avamisel näht selles rohekaid, kollaseid ja musti kristalle. Röntgenogramm identifitseeris teemandid.
1953. a. juulis konstrueeriti Ameerika firma ,, General Electric Company’’ poolt kõrgrõhuseade ,,Belt’’ (vöö). Selles seadmes tõsteti rõhk 100 000 at-ni ja temperatuur 2000 C-ni, kuid teemante ei tekkinud. Lõpuks, kasutades mitmesuguseid metalle ( Fe, Ni, Cr jt.) katalüsaatorite ja lahustitena, õnnestus süntees 16.detsembril 1954. a. Firma poolt oli tehisteemantide kontrollimiseks vaja täita järgmised tingimused:
1) tuli esitada röntgenogramm
2) optiline iseloomustus
3) määrata kõvadus
4) teha keemiline analüüs
5) kindlaks teha kristalli väliskuju
6) teised isikud pidid sünteesi kordama
Pärast nende tingimuste täitmist patenditi.
Nõukogude Liidus töötati tehisteemantide tootmise viisi välja akadeemik L.Vereštšagini üldjuhendamisel 1960. a. Esimesed Kiievis sünteesitud teemandid maksid 135 rubla karaat, 1973. a. konstrueeriti Ukraina Teaduste Akadeemia Ülikõvade Materjalide Instituudis robot, mis sünteesib teemante ning annab samal ajal seletust protsessi kägu kohta. Pärast tehisteemantide saamise laboratoorse meetodi väljatöötamist tuli see kohandada hulgitootmisele. Ukraina TA Ülikõvade Materjalide Intstituudi direktori V. Bakuli juhendamisel konstrueeriti lühikese ajaga tööstuslikud seadmed ja 1962. a. alustati tehisteemantide suurtootmist.
Teaduses ja tehnikas ei olnud vaibunud veel vaimustustorm tehisteemantide loomise puhul, kui tuli uus sensatsiooniline teade: teemandile on ilmunud võistleja. Nii nagu grafiit muutub kõrgel rõhul ja temperatuuril teemandiks, nii muutuvad ka paljude teiste ainete omadused. Boornitriidist tekib kõrgel rõhul ja temperatuuril borasoon, mille kristallivõres paiknevad aatomid samuti nagu teemandis. Borasoon ületab teemanti kõvaduselt, temperatuuri- ning löögikindluselt. Borasoon on niisama hea või isegi parem kui teemandid tehnilistes rakendustes. Titaanoksiidist õnnestub valmistada nn. süsinikuta briljante, mille valguse murdumisnäitaja on suurem kui teemandil. Need tehisbriljandid on oivalise värvimänguga ja ületavad selle poolest isegi parimaid briljante.
1969. a. hakati USA-s toota tehisbriljante, mis nimetati daimonerideks. Need kujutavad endast sünteetilisi alumiiniumütriumsilikaate, mis paeluvad oma ilu ja sädelusega. Nõukogude Liidus valmistatud süsiniku briljandid on niivõrd sarnased ehtsatega et isegi kogenud juveliirid ei suuda neid väliselt eraldada tõelistest.
Teemandi 1001 ametit
Teemandi väärtus seisneb tema omaduste suurepärases kombinatsioonis. Ta on kõige kaunim ja hinnalisem vääriskivi ja ühtlasi kõige kõvem aine looduses.
Teemandi värvus võib olla õige mitmesugune. Grafiiti sisaldavat musta teemanti, mida leidub Brasiilias, nimetatakse karbonaadoks. Väike grafiidisisaldus muudab teemandi halliks. Raua- ja titaanilisand kollaseks jne. Värvuse muutumist võib ära kasutada teemantide tootmisel, sest teatavasti hinnatakse eriti kõrgelt värvuseta ning sinaka ja roheka värvusega briljante.
Teemante lihvitakse peene teemandipulbriga briljantideks. Briljantidest valmistatakse ehteid, varem kaunistati nendega ka relvi, rõivaid ja peakatteid. Briljandis kaunistavad kõrgeid autasusid. 80-85% tänapäeval toodetavates teemantidest läheb tehnika tarvis, kus hinnatakse just teemandi kõvadust, keemilist püsivust ja temperatuurikindlust. Teemante kasutatakse kui abrasiivmaterjali ja lõikeinstrumenti. Ülikõvade sulamite töötlemisel on nad asendamatud. Teemantpuuriga saab puurimisaega lühendada 2-3 korda ja alandada tööde maksumust kaks korda. Tänu teemandile on läbi mägede kaevatud kilomeetripikkusi tunneleid ja tungitud kilomeetrite sügavusele Maa sisse. Teemandiga lõigatakse, puuritakse ja poleeritakse metalle, klaasi kivimeid ja mineraale . Eriti laialt kasutatakse teemanti täppismehaanikas, lennuki- ja autoehituses, elektrotehnikas ja optikatööstuses. Täpsete kellamehhanismide ja mõõteriistade laagrid valmistatakse teemandist. Teemantfiljeerist, mille läbimõõt on 0,3 mm, võib tõmmata 13 tonni traati , ilma e ava suureneks; kõvasulamist filjeerist saab tõmmata 60 kg traati. Teemantifiljeerist tõmmatakse ka langevarjusiidi.
Mõnede teemandiliikide radioaktiivne kiiritamine annab neile väärtuslikke pooljuhiomadusi. Teemantpooljuht võib töötada suurtel mehaanilistel koormustel ja korrodeeruvas keskkonnas. Teemantkristalli saab kasutada täpse termomeetrina. Teemant ioniseerub radioaktiivse kiirguse toimel. Seda omadust kasutatakse ära radiatsiooniindikaatorite ning kiirgusmõõturite konstrueerimisel. Kui radioola helipeas asendada korundnõel teemandikristalliga, saadakse igavene nõel, mis tagab väga hea heli kvaliteedi. Jaapanis töötati välja originaalne kalapüügi viis: söödana kasutatakse väikesi tehisteemante. Mõned kalaliigid pidava eelistama seda sööta kõigele muule. Akadeemik A. Fersman väitis poole sajandi eest, et teemandest on kirjutatud umbes 10 000 teaduslikku artiklit ning raamatut ja nendekohta ilmub 50 ajakirja. Nüüd on need arvud palju suuremad ja ka rakendusalasid on rohkem.