碳

克里斯•史密斯

你好,本周将婚礼的元素,战争、冲突和火葬和解释,这是凯瑟琳·霍尔特。

凯瑟琳·霍尔特

任何药剂师可以几天讨论碳。普通的,它毕竟是一个日常found-in-pretty-much-everything,无处不在的元素对我们碳基生命形式。整个化学分支致力于其反应。

它制造了一些惊喜的单质的对比和迷人的形式同素异形体。似乎每隔几年一种新形式的碳进入时尚——几年前,碳纳米管是新的黑色(或者我应该说“新bucky-ball”),但石墨烯oh-so-now !

但是今天我要讲的最迷人的碳可以——钻石。几千年来钻石与财富和财富有关,因为它可以减少形成高清晰度的宝石,光彩和永恒。真正的钻石,永远永远!不幸的是,钻石也有阴暗的一面——钻石引发的贪婪导致了贸易的所谓“冲突钻石”,支持和资助内战。

男人渴望钻石让炼金师和化学家在许多世纪试图合成材料。经过多次fraudulous早期声称钻石终于在1950年代人工合成。科学家把他们的灵感来自大自然,注意自然钻石形成的条件,在地壳深处。因此他们使用高温(超过3000°C)和高压力(> 130自动取款机)将石墨转化为碳。这是一个令人印象深刻的壮举,但所需的极端条件下使它昂贵作为商业过程。从那时起已经精炼过程和金属催化剂的使用意味着更低的温度和压力是必需的。水晶几微米直径在几分钟内就可以形成,但2-carat宝石晶体质量可能需要几个星期。

这些技术意味着它现在可以人工合成宝石质量钻石,没有专业设备的帮助下,不能区别天然钻石。不用说,这可能导致头痛的天然钻石贸易公司!可以把任何碳基材料变成一颗钻石,包括头发甚至火化依然!是的,你可以把你的过世的宠物变成一颗钻石永远保持如果你想!人造钻石是化学和物理与自然石头和没有道德的行李。然而,在心理上他们——如果他仍是一个障碍真的爱你他会给你买真正的钻石,不是吗?

从化学家的角度、材料科学家或工程师我们很快耗尽最高级描述惊人的身体时,电子和化学性质的钻石。它是人类已知的最坚硬的物质,或多或少的惰性,能够承受最强大、最酸的腐蚀性。它有任何材料的热导率最高,因此在散热很好。这就是为什么钻石总是冷摸。有一个宽的带隙,是课本的绝缘材料,出于同样的原因,神奇的透明度和光学性质在任何固体材料的广泛的波长。

你可以看到为什么钻石是激动人心的科学家。其硬度和惰性自然显示应用程序作为磨损防护涂料,化学腐蚀和辐射损伤。其高导热和绝缘迫切需要使用高功率的电子产品。它的光学特性适用于windows和镜头和植入物的生物相容性可以利用在涂料。

这些属性已经知道几个世纪以来——那么为什么是使用没有更广泛的钻石呢?原因是天然钻石和钻石形成的高温高压合成的规模有限,通常几毫米最多只能减少和沿着特定的晶体形状的脸。这可以防止使用钻石在提出的大多数应用程序。

然而,大约20年前,科学家们发现了一种新的方法合成钻石下这一次低压力,高温条件下,使用化学蒸汽沉积。如果有人考虑热力学稳定的碳,我们会发现,在室温和常压下,最稳定的形式的碳石墨,不是钻石。严格地讲,从纯粹的能量或热力学的角度来看,钻石应该自发变成石墨在环境条件下!很明显,这不会发生,这是因为所需要的能量打破债券强劲钻石和重新排列他们形成石墨需要大量输入的能量,所以整个过程非常缓慢,在几千年的规模没有发生反应。

这个钻石的亚稳定性是利用化学蒸汽沉积。99%的气体混合物氢和1%的甲烷和一些使用激活源像热灯丝用来产生高活性氢和甲基自由基。然后碳基分子沉积在表面形成涂层或薄膜的钻石。实际上石墨和金刚石都是最初形成,但是在这些高活性条件下,石墨的表面蚀刻存款,只留下这颗钻石。组成的电影是多晶,微晶尺寸在微米的范围所以缺乏清晰度和光辉的宝石钻石。虽然他们可能不是那么漂亮,这些钻石薄膜可以沉积在一系列表面不同的大小和形状,因此极大地提高金刚石的潜在应用。挑战仍然了解复杂化学晶间边界和表面化学的电影和学习如何最好地利用它们。这种材料将使化学家、材料科学家,物理学家和工程师忙多年来。然而,目前我们都同意有更多钻石不仅仅是一个漂亮的脸蛋!

克里斯•史密斯

凯瑟琳·霍尔特赞美碳的皇冠上那颗明珠的美德。下周我们去的第一组听到的故事彻底改变了治疗躁郁症的金属。

马特·威尔金森

其镇静作用大脑在1949年首次指出,澳大利亚医生,约翰·凯德的维多利亚心理卫生部门。他给豚鼠注射0.5%的解决方案锂通常碳酸盐,令他吃惊的是这些动物变得温顺起来。凯德然后给他最精神分裂病人注射相同的解决方案。男人回应,几天后,他被转移到普通病房,很快就回来工作。

克里斯•史密斯

今天它仍然是使用虽然尽管50年的医学进步我们仍然不知道它是如何工作的。这是马特·威尔金森谁将在这里的故事锂在下周的化学的元素我希望你能加入我们。我是克里斯·史密斯,谢谢收听,再见。