Алмаз - минерал, имеющий природное происхождение. Само название этого камня означает «твердый», а многие истории о его ценности и красоте уже давно обратились в легенды. Среди вас, любителей драгоценных и полудрагоценных камней, наверняка есть те, кто желает знать все об алмазах - в том числе и то, как выглядит алмаз в природной среде и после профессиональной обработки ювелирами.
Из истории алмаза
Впервые алмазные камни были упомянуты около третьего тысячелетия до нашей эры, но применять их в качестве украшений стали сравнительно недавно - менее 500 лет назад, когда мастера ювелирного дела начали осваивать методику огранки этого камня, позволяющую сделать из него бриллиант.
Известно, что русская императрица Екатерина II очень любила драгоценные камни: алмаз, безусловно, снискал ее особое расположение как наиболее прекрасный из всех минералов, а слово «бриллиант» в русском разговорном обиходе быстро стало синонимом роскоши, достатка и богатства.
Это может показаться странным, но время, когда алмаз был точно обнаружен, не удается установить до сих пор. Принято считать, что этот камень является одним из самых красивых и роскошных по внешним признакам, но таково общепринятое заблуждение, которое имеет мало общего с реальностью.
Природный алмаз, не обработанный человеком, часто выглядит даже не как драгоценный камень, а похож на кристаллический горный хрусталь неопределенной формы. Алмаз в природе часто бывает бесцветный, либо прозрачный, и неискушенный взор далеко не всегда распознает в нем тот самый вид камня, который может оказаться бесценным экземпляром для хорошего специалиста.
На разных языках твердость алмаза выражается почти одинаково. По арабски это звучит как «алмас», то есть, «тверже всех». В греческом языке описание этого камня выражено словом «адамас», что в переводе означает «несокрушимый». В русском языке понятие «алмаз» впервые прозвучало из уст знаменитого путешественника Афанасия Никитина в XV веке, что получило свое описание в известном литературном произведении «Хождение за три моря».
Есть ли в природе что-либо тверже?
Твердость алмазного камня давно уже известна, и считается, что ему нет в этом равных. Однако любопытное человечество уже давно задается вопросом: может, есть в природе какая-нибудь горная порода или иные полезные ископаемые, которые могли бы составить конкуренцию алмазу по показателю его легендарной «несокрушимости»?
Сразу хотелось бы точно заверить всех интересующихся: алмаз - самый твердый минерал, и равных ему в этой области, действительно, нет. Он полностью соответствует своему названию, и тверже него может стать только он сам, если его обработать с помощью специального способа.
От чего зависит твердость, которой так славятся алмазные камни? Этот показатель напрямую зависит от состава их кристаллической решетки. Если кристаллическую решетку обработать путем определенного метода, удалив из нее все возможные дефекты, то синтетическим путем возможно получить новое лабораторное вещество под названием «гипералмаз». Это алмаз, кристалл которого настолько идеален, что по прочности в одиннадцать раз превышает показатель натурального материала. За основу был взят тип прочной «решетки», которую подарила ученым редкая разновидность алмаза под названием «карбонадо»: камень черного цвета.
Как известно, обычные алмазы, состоящие из одного кристалла (или монокристаллические), несовершенны и имеют много природных изъянов и трещин. Бывает, что они не выдерживают очень высоких температур и давления. Но после того, как у специалистов получилось воспроизвести в лабораторных условиях поликристаллическую структуру карбонадо, можно с уверенностью сказать, что тверже такого материала камня точно нет. Из него можно создавать изделия, имеющие самые разнообразные размеры и формы, которые являются сверхустойчивыми к любым температурным условиям.
Состав и свойства камня
Алмазный камень имеет углеродное происхождение. Самый распространенный его вид - это прозрачный алмаз, который может быть как бесцветным, так и иметь определенные оттенки той или иной цветовой гаммы, придающие ему особенную привлекательность. Блеск алмаза на солнце очень ярок - вероятно, именно он когда-то и привлек человека к себе, побудив его начать использовать разные виды алмазов в качестве украшений, а впоследствии - к созданию уникальных бриллиантовых экземпляров, получивших великолепную рукотворную огранку.
Атомы кристаллической решетки камня имеют кубическую форму. Именно она является причиной высоких показателей твердости: шкала Мооса дает ему самую высокую оценку в десять баллов. Но есть одна тонкость, которую в свое время мастера не могли учитывать: это так называемая совершенная спайность, по причине которой алмазные кристаллы, несмотря на прочность, являются очень хрупкими . Именно такое парадоксальное свойство часто становилось причиной того, что ценные виды алмаза подвергались разрушению.
Как уже говорилось, алмазы, природные свойства которых не были облагорожены рукой хорошего мастера-ювелира, выглядят весьма скромно и порой даже невзрачно. Как выглядит алмаз, только что найденный в том или ином месторождении? Обычно, он представляет собой небольшой окаменевший конгломерат, поверхность которого выглядит матовой, а если ее взять в руки, то сразу можно почувствовать приятную шероховатость.
Кристаллы алмаза чаще встречаются единичные (или обособленные), но бывают и сросшиеся экземпляры, представляющие собой мелкокристаллические образования, либо разновидности алмазов более крупной формы.
Где и как они образуются
Теорий, рассказывающих о том, существует несколько. Наиболее обоснованная и логичная из них - это магматическая теория . Если опираться на нее, то атомы углерода под воздействием высокого давления (как минимум, пятьдесят тысяч атмосфер) могут изменять структуру своей кристаллической решетки, формируя этот замечательный камень. При этом глубина его залегания составляет 100 км и более. В дальнейшем при извержении вулканов алмазы выносятся магмой на поверхность Земли.
Классификация алмазов, которая сортирует их на основании форм кристаллов, цветового показателя и иных свойств, выделяет интереснейшие метеоритные виды этих камней. Вероятно, что такая разновидность алмаза имеет неземное происхождение и возникла еще до того, как в нашей Галактике появилось Солнце. Также есть доказательства того, что в природе имеются кристаллы, которые образовались на падающих метеоритах вследствие действия на них огромного давления и температурных факторов.
Примечательным фактом является и то, что любые типы алмазов - это не что иное, как «близкие родственники» графита, который и подвергается процессам кристаллизации в недрах Земли под высочайшим давлением и температурой на большой глубине. Когда вулканическая лава выбрасывает уже «подготовленные» природой камни наверх, происходит образование кимберлитовых трубок: так называются все коренные алмазные месторождения.
Когда на Землю падает метеорит, показатель температуры в тот момент, когда он ударяется о ее поверхность, составляет 3000°С, а давление поднимается до 100 гПа. Поскольку такие экстремальные условия приближены по цифрам к тем процессам, которые происходят в недрах нашей планеты, это и становится реальной почвой для образования импактного вида горной породы, в состав которой входят кристаллы алмазов.
Камни, имеющие явно внеземное происхождение, в больших количествах находили в США - в том самом Гранд-Каньоне, куда 30 000 лет назад упал огромный метеорит. Похожее месторождение, возникшее в результате падения метеорита, есть и в Якутии. Такие крупные метеоритные кратеры называются астроблемами и имеются в разных уголках Земли: кроме США и Якутии аналогичное месторождение в виде кратера имеется в северных регионах Сибири.
Несмотря на свою очевидную редкость, алмаз - это камень, который распространен очень широко. Его месторождения можно отыскать везде, кроме Антарктиды.
Разнообразие форм и размеров
Алмаз - это камень с весьма разнообразный по своим морфологическим признакам. Форма алмаза бывает как моно-, так и поликристаллической, от чего напрямую зависит и показатель прочности. Уже упоминавшийся черный карбонадо как раз имеет поликристаллическую структуру, которая и была скопирована учеными в лабораторных условиях для синтетического выведения суперпрочного камня. Кимберлитовые месторождения представляет исключительно тот алмаз, форма которого являет собой октаэдр или плоскогранник.
Бывают и сложные кристаллы с изначальной формой ромбов или кубов, среди которых встречаются экземпляры, имеющие типичные формы с округлыми гранями - ромбодекаэдроиды. Они возникают, когда алмазы растворяются под действием кимберлитового расплава. Что касается кубоидного вида кристаллов, их образование обеспечивает волокнистый рост алмазов, идущий по нормальному механизму. Кстати, алмазы, выведенные лабораторным путем, чаще всего характеризуются кубовидными кристаллами, что является одним из их отличий от природного камня.
Кристаллы у разных алмазов бывают разными: от тех, которые можно рассмотреть только под микроскопом, до очень крупных. Например, в 1905 году в Южной Африке был обнаружен экземпляр весом 0,621 кг, что составляет 3106 карат . Его изучали в течение нескольких месяцев, а потом раскололи на несколько частей. Редкими камнями считаются те, масса которых превышает 15 карат, редчайшими - с массой в 100 карат и более. Как правило, они непременно занимают особое место в истории, и им даже дают имена.
Цветовая гамма
Каких цветов бывают алмазы? В зависимости от примесей, содержащихся внутри них, а также особенностей химических реакций, которые протекали в процессе образования камня, цвет алмаза может варьироваться.
Необычайную красоту представляет собой камень, который не имеет никаких цветов, прозрачность алмаза такого типа иногда образно охарактеризовывается известной фразой «алмаз чистой воды». Чаще всего экземпляры имеют легкий оттенок какого-либо цвета или «нацвет». Камни же «чистой воды» попадаются среди них реже всего.
Процесс образования красных, розовых и коричневых камней до сих пор не изучен до конца, что придает им своеобразную мистичность и привлекательность
Если речь идет о камне синего цвета, алмаз, имеющий такую окраску, давно заслужил звание аукционного и уникального. Синий цвет ему придает замещение атомов кристаллической решетки с углерода на бор. Облагораживание природных алмазов синим цветом часто практикуется специалистами и в лабораторных условиях.
Также не менее редкими являются , миссия которых - представлять ценнейшие частные коллекции. Однако и здесь уже давно применяется технология «превращения» более распространенного желтого алмаза в голубой путем рукотворных химических реакций.
Зеленый цвет алмаза приобретается, когда на него длительное время действует природное радиационное излучение. Эти минералы, действительно, прекрасны своим насыщенным темно-зеленым оттенком и получают у ювелиров очень высокие оценки.
Черный алмаз залегает в верхних слоях земной коры, а структура его решетки состоит из микроскопических кристаллов, сросшихся между собой. Он необычайно красив и прочен - о нем уже неоднократно упоминалось в нашей статье.
Применение
Как отличить настоящий алмаз от подделки
Развитие химической промышленности дает простор для распространения искусно выполненных подделок или имитаций, многие из которых пользуются известным успехом у покупателей по причине яркости и невысокой стоимости.
Однако всегда есть возможность отличить природный камень от рукотворного:
- Например, натуральный бриллиант обладает способностью сильно рассеивать световой поток . Если через камень направить световой луч, и он не изменит своего направления и останется однородным - это точно подделка.
- Природный алмаз начинает светиться при воздействии на него ультрафиолетовых лучей .
- Известный своей прочностью, настоящий алмаз не подвергается истиранию . В связи с этим имеет смысл внимательно рассмотреть все его грани через лупу: если на них есть царапины, трещины или потертости - камень фальшивый.
- Если условия позволяют, по грани камня можно провести маркером . Если линия прямая и не расплывается - алмаз, скорее всего, настоящий.
- Натуральный камень не запотевает , если на него слегка подышать.
- Также существует весьма «варварский», но целесообразный опыт погружения алмаза в кислоту - если это не подделка, с ним точно ничего не случится .
Часто за алмазы выдают фианиты - искусственные камни, разработанный в институте ФИАН почти пятьдесят лет назад. Отличить его от природного камня бывает непросто, но здесь следует обратить внимание на количество граней. У бриллианта их стандартное количество - 57, а у подделок - намного меньше. Обычно такой эксперимент проводится через лупу с 12-кратной степенью увеличения.
Алмаз - прекрасный камень, который всегда будет цениться среди любителей и профессионалов в ювелирном деле, а если уметь отличать натуральный минерал от подделки и знать о том, как определить алмаз на предмет подлинности, есть шанс приобрести украшение хорошего качества, которое будет служить вам в течение многих лет.
С давних времен люди делают украшения из драгоценных камней. Особенно ценятся ювелирные изделия с бриллиантами, привлекающими внимание своей необычайной прозрачностью, причудливыми переливами и ярким блеском.
Бриллиант – это ограненный алмаз. Чаще всего он бесцветный, хотя иногда попадаются камни с желтым, сероватым или зеленым оттенком. Но что же такое алмаз? Из чего он состоит и как образуется?
Что такое алмаз?
Алмаз – самый твердый природный минерал, добываемый из россыпных залежей или кимберлитовых трубок. Его можно найти практически на всех материках, за исключением Антарктиды, но главные месторождения находятся в Африке, Канаде, России и .
Первые камни были обнаружены совершенно случайно. Их открытием человечество обязано африканским детям, игравшим с блестящими камушками. Найдены они были в 1870 году в ЮАР возле городка Кимберли, от чего все алмазоносные породы стали называть кимберлитами.
В России алмазы впервые обнаружили рядом с Пермью в 1829 году. Что интересно, находка тоже принадлежала ребенку. Во время работы на золотодобывающем прииске 14-летний крепостной Павел Попов нашел алмаз при промывании золота.
Благодаря этому камешку он получил вольную, а затем показал место обнаружения алмаза научной экспедиции во главе с немецким физиком Александром Губольтом. С тех пор в России было открыто немало месторождений, включая богатые залежи в Якутии.
Из чего состоит алмаз?
Среди драгоценных камней алмаз является единственным минералом, состоящим только из одного элемента. В его структуре лежит кристаллический углерод, обладающий уникальными свойствами.
Алмаз имеет самую высокую твердость, низкий коэффициент трения и высочайшую температуру плавления от 3700 до 4000 °C. Ценность камней определяется в специальных единицах – каратах. Один карат равняется 0,2 граммам.
Обычно алмазы имеют небольшой вес, но иногда попадаются действительно крупные экземпляры. Самым большим в мире был алмаз «Куллинан», обнаруженный в 1905 году в южноафриканской шахте Premier Mine.
Его вес в неограненном виде составлял 3106,75 карата, то есть более 620 граммов. В дальнейшем камень подвергли обработке и разделили на 9 крупных бриллиантов и 96 мелких.
Как образуются алмазы?
Происхождение алмазов достоверно не установлено. Ученые выдвигают множество различных гипотез, но большинство придерживается мнения, что камни формировались в мантии, а затем поднимались ближе к поверхности. По разным оценкам их возраст составляет от 100 млн. до 2,5 млрд. лет.
Существуют алмазы и внеземного происхождения. В частности, крупное месторождение таких камней было обнаружено рядом с сибирским кратером Попигай, образованным в результате падения астероида примерно 35 млн. лет назад.
Что такое синтетические алмазы?
Алмазы используются не только для украшений, но и в промышленных целях (при изготовлении крепких сверл, резцов, ножей). Потребность широкого применения вынудила ученых создавать искусственные алмазы, выращенные в лабораториях.
Их называют синтетическими, хотя такое определение не совсем корректно. На самом деле искусственные алмазы не содержат синтетики и по своему составу аналогичны природным. Синтетические камни изготавливают двумя способами – путем химического осаждения из пара (CVD) и под высоким давлением и температурой (HPHT). Существует еще несколько методов, но они не имеют коммерческого успеха.
Как делают бриллианты?
Чтобы алмаз приобрел красивую форму и начал переливаться разноцветными огоньками, его превращают в бриллиант. Основным способом обработки камней является круглая огранка, при которой на алмазе делают 57 граней.
Бывают и более сложные методы, позволяющие выполнить до 240 граней или создать бриллиант определенной формы – розой, таблицей, клиньями. Иногда качественно выполненная работа превышает стоимость самого алмаза, а неправильная огранка, напротив, способна уничтожить камень или сделать на нем дефекты.
УЧЕБНИКЗАДАЧНИКЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМНАУЧНЫЕ РАССКАЗЫ ДЛЯ ЧТЕНИЯ
Продолжение. См. № 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47,
48/2002;
1–10, 12–15, 16, 17, 18, 19, 20/2003
§ 5.3. Вещество
в кристаллическом состоянии
В веществе, находящемся в кристаллическом
состоянии, частицы расположены в определенном
порядке, образуя кристаллическую решетку. Кристаллическая
решетка
представляет собой
пространственное периодическое расположение
частиц в кристалле. Точки кристаллической
решетки, в которых расположены частицы,
называются узлами кристаллической решетки.
В зависимости от природы частиц, образующих
кристалл, и типа химической связи между ними
кристаллы подразделяются на атомные,
молекулярные, ионные, металлические.
В атомных кристаллах
атомы связаны
ковалентной неполярной связью. Характерным
примером таких веществ является алмаз, в
кристаллической решетке которого все
наиближайшие межъядерные расстояния и все углы
между четырьмя связями атома углерода равны.
Тетраэдрический угол между этими связями
свидетельствует об sp
3 -гибридном
состоянии валентных электронных орбиталей атома
углерода.
Модель кристаллической решетки алмаза показана
на рис. 5.3, а.
Алмаз – чрезвычайно устойчивая форма углерода, и не известно ни одного случая самопроизвольного перехода при обычных условиях алмаза в графит. Мы говорим о кинетической устойчивости алмаза, т. к. термодинамически более устойчивой формой углерода является графит. При нагревании алмаза без доступа воздуха выше температуры 1200 °С начинается его переход в графит.
Из алмазов особой огранкой, специально выявляющей его блеск, изготовляют бриллианты , сверкающие всеми цветами радуги в отраженном свете. Бриллианты – очень дорогие драгоценные камни (масса бриллианта измеряется в каратах, 1 карат = 0,2 г). Алмаз не проводит электрический ток.
Графит – черное, пачкающее бумагу и руки
вещество, проводящее электрический ток.
Кристаллическая структура графита совсем не
похожа на структуру алмаза. Атомы углерода в
графите расположены плоскими сетками, причем
углы между связями равны 120°. Это позволяет
предположить, что валентные электронные
орбитали атома углерода находятся в sp
2 -гибридном
состоянии и каждый атом связан с тремя другими
атомами (рис. 5.3, б). Интересно заметить, что
связи С–С в графите более прочные, чем связи в
алмазе.
В плоскости перекрывания гибридных орбиталей (-связи) электроны
прочно закреплены при своих атомах углерода
(локализованы). Однако графит – хороший
проводник тока. (Перечислите бытовые и
промышленные изделия, где используется графит
как проводник тока.)
Электропроводность графита наилучшим образом
объясняется тем, что негибридная р
-орбиталь
атома углерода, располагающаяся перпендикулярно
плоскости перекрывания sp
2 -гибридных
орбиталей, перекрывается своими боковыми
областями с тремя подобными орбиталями трех
соседних атомов. Таким образом, выше и ниже этой
плоскости находятся единые для всех атомов
углерода зоны -перекрывания.
В этом общем электронном облаке электроны уже не
относятся к какому-либо определенному атому
углерода, а принадлежат всем атомам, находящимся
на плоскости. Графит проводит электрический ток
по слою атомов, но не между слоями. Это прекрасный
пример анизотропии кристалла!
В графите слои атомов легко скользят
относительно друг друга. Когда вы пишете
графитовым карандашом по бумаге, на ней остаются
сместившиеся и прилипшие к бумаге слои атомов. В
то же время графит не рассыпается на слои атомов,
это свидетельствует о том, что они
взаимодействуют между собой. Связи между
плоскостями (слоями) очень слабы, их длина почти в
2,5 раза больше, чем межъядерное расстояние С–С в
плоскости. За эти связи ответственны силы
Ван-дер-Ваальса
.
Графит и алмаз – это различные кристаллические
формы, построенные из одинаковых атомов. Явление
изменения кристаллической структуры одного и
того же вещества при изменении внешних условий
называется полиморфизмом
, а сами эти
вещества с различной кристаллической структурой
называются полиморфными модификациями
.
Алмаз и графит – полиморфные модификации
углерода. Полиморфизм относится только к
кристаллическим веществам.
В общем случае способность простого вещества существовать в различных формах называется аллотропией . Графит и алмаз можно назвать аллотропными модификациями углерода и одновременно его полиморфными модификациями.
Газообразные кислород О 2 и озон О 3 – это аллотропные модификации кислорода, но не полиморфные.
Молекулярная кристаллическая решетка
построена из молекул вещества. Обычно такие
вещества имеют низкие температуры плавления и
кипения, что говорит о слабой связи частиц между
собой. К такого типа веществам относятся,
например, твердые водород Н 2 , азот N 2 ,
кислород О 2 , галогены (фтор, хлор, бром, йод),
углекислый газ СО 2 («сухой лед»), все
благородные элементы VIII группы (неон, аргон и др.)
и многие органические вещества.
На рис. 5.4 показан фрагмент кристаллической
решетки йода, в узлах которой находятся молекулы
I 2 . Атомы йода в молекуле связаны довольно
прочной ковалентной -связью, а молекулы между собой –
слабыми силами Ван-дер-Ваальса. В связи с этим при
незначительном нагревании йод, не плавясь,
переходит из кристаллического состояния в
газообразно
Среди кристаллов с молекулярной
структурой особое место занимает
кристаллическая вода – лед. Во льду молекулы
воды связаны между собой водородными связями.
Ионные кристаллические решетки
построены из противоположно заряженных ионов. На
рис. 5.5 изображен фрагмент кристаллической
решетки хлорида натрия NaCl. Благодаря сильному
электростатическому взаимодействию ионов
наряду с химической связью между ними ионные
кристаллы отличаются высокой температурой
плавления.
Список новых и забытых понятий и слов
О.С.ЗАЙЦЕВ
Печатается с продолжением
В этой статье:
Алмаз является красивым минералом, а после огранки в виде бриллианта ценится любителями ювелирных украшений. Но не все знают, что скрывается в составе этого вещества, в чем заключается секрет его популярности, а также почему камень является действительно уникальным? В этих вопросах поможет разобраться кристаллическая решетка алмаза, его химический состав и свойства камня.
Формы углерода и их кристаллические решетки
Если описывать строение решетки, то можно использовать атомный и молекулярный типы вещества. Правда, такого понятия, как молекула углерода, в природе не существует, поэтому можно говорить только об атомном типе строения. Именно атом, а не молекула, лежит в основе решетки и образует соединения между остальными атомами.
Структура алмаза
А говоря о химических модификациях углерода, то ученые в конце восьмидесятых годов ХХ века вывели такое понятие, как фуллерен. Это шестидесятиатомная молекула, которая внешне напоминает строением футбольный мяч. Позже обнаружили молекулу фуллерена, которая имела еще больше атомов в своем составе. Это помогло исследовать графит, а также другие модификации углерода с использованием лазерного спектра.
Кристаллическая решетка рассматривает строение вещества с точки зрения соединения атомов элемента между собой. Существует несколько типов связи:
- ионная;
- ковалентная;
- металлическая;
- водородная.
В данном случае алмаз имеет ковалентные связи, которые образуются между одинаковыми атомами и считаются самыми прочными в химии. Алмаз является чистой кристаллической модификацией углерода, а его кристаллическая решетка имеет форму куба. Это самая плотная упаковка атомов, которая существует.
Если выражаться по-научному, то минерал кристаллизуется в кубической сингонии. Соответственно, в каждой вершине куба располагается атом углерода, а гранями куба выступают ковалентные связи. При этом в центре каждой грани размещено еще по одному атому углерода, которые также связаны между собой.
Форма кристаллической решетки изображается схематически, потому что точно неизвестно из скольких кубов состоит целостный алмаз. Но именно благодаря такому расположению атомов камень и является самым твердым минералом на планете.
Аллотропные модификации камня
Если химический состав алмаза - углерод в чистом виде, то стоит выяснить, что это за элемент, а также разобраться в его модификациях и физических формах. Согласно мнению ученых, это вещество изначально входило в газовое облако, из которого постепенно образовывались планеты. Так или иначе, в составе каждой из планет Солнечной системы присутствует углерод в каком-то агрегатном состоянии.
Если говорить о земной коре, то она на 0,14% состоит из этого неметаллического элемента. А также по одной из теорий происхождения человека считается, что углерод - один из четырех макроэлементов, являющихся «стройматериалом» тела. Наиболее известные модификации одного углерода называют так:
- алмаз - наиболее дорогая форма;
- графит - известное вещество, которое используется в промышленности;
- карбин;
- лонсдейлит - содержится в метеоритах;
- фуллерены - наиболее молодые формы, которые были открыты;
- углеродные нанотрубки - применяются в каркасах к наноизделиям;
- графен;
- уголь - вещество, которое используется в качестве промышленного сырья для получения тепла;
- сажа.
Казалось бы, что общего может быть у кристально чистого алмаза с графитом или углем? А вот состав этих веществ говорит об обратном и наглядно демонстрирует важность расположения атомов в кристаллической решетке. Притом, что кроме углерода, в веществах ничего нет.
Вполне реально, что кроме этих элементов, существуют другие не открытые формы. А их исследование во многом зависит от алмазов, поскольку во время работы с этим драгоценным камнем ученые пытаются расшифровать его структуру, чтоб производить искусственно, и, вместе с тем, находят новые модификации элемента.
Исходя из структуры алмаза, можно сделать вывод, что камень абсолютно прозрачен и пропускает весь видимый спектр через себя. Но ничего идеального в природе не существует. Поэтому даже у такого кристалла могут быть примеси в решетке. Если рассматривать наиболее чистые экземпляры камня, то там содержится до 1018 атомов на 1 кубический сантиметр. И это нормальное явление, поскольку количество примесей зависит от процессов, в которых рос камень. И не факт, что посторонние вещества будут видны невооруженным глазом.
Среди примесей встречаются такие элементы, как:
- азот;
- кремний;
- кальций;
- магний;
- алюминий.
Конечно, если их много, то от этого страдает чистота камня и, соответственно, падает стоимость. Или же такие алмазы направляют для использования в промышленность. При этом в алмазах встречаются не только твердые, но и жидкие и даже газообразные формы включений. Они могут располагаться неравномерно, а также скапливаться в центре либо на периферии камня. Все они влияют на свойства камня, на его оттенок и способность преломлять свет. Например, азот влияет на люминисцентность алмаза.
По спектрам поглощения в ИК- и УФ-диапазонах выделяют три типа алмазов:
- Первый тип. В них азот содержится либо в виде пар атомов и плоских встроек, либо в виде одиночных атомов, которые равномерно распределены по объему камня.
- Второй тип. В них азот, как правило, отсутствует. В подтипе IIа нет примесей, а в подтипе IIб присутствуют атомы бора.
- Третий тип может включать в себя примеси кремния.
Синтетические алмазы
Открытие аллотропных модификаций дало ученым надежду на синтетическое произведение алмазов. И у них отчасти это получилось, хотя сам процесс нельзя назвать легким. С химической точки зрения, тот же графит, например, должен получить сигма-связи. Такие условия воссоздать можно только в самых мощных лабораториях под действием больших температур и давления.
- HPHT - тип алмаза получается из растворения графита и оседания его в катализаторе на затравочном минерале. После этого вещество начинает выстраивать необходимые связи.
- CVD тип - основывается на пленочном осаждении графита с использованием паров метана.
- Метод взрывного синтеза - наиболее естественный, с использованием углерода под высоким давлением.
Пока даже эти методы осуществляются с трудом, поэтому стоимость алмазов остается высокой. Но технологии продолжают развиваться в этом направлении.
Свойства алмазов
Благодаря своему составу и строению, алмаз получил такие свойства, как:
- Стойкость к воздействию химических веществ, кислот, щелочей.
- Наивысшая твердость вещества (абсолютный показатель, который равняется 10 по шкале Мооса), но при этом хрупкость камня.
- При нагреве без доступа кислорода взрывается и превращается в графит, а дальнейшее плавление алмаза аномально. С кислородом температура плавления находится на уровне 4 тысяч градусов по Цельсию.
- 20-24 Вт/см - это показатель теплопроводности. Настоящий алмаз не нагреется, даже если его долго держать в руке.
- Алмаз отлично подходит в роли изолятора.
- Камень обладает уникальным свойством преломлять лучи и при этом светиться.
Если говорить об отличиях алмаза и графита, самого доступного для нас вещества, то стоит сказать, что свойства разнятся из-за строения кристаллической решетки. О строении алмаза уже известно, а вот у графита ситуация обстоит по-другому. Его кристаллическая решетка имеет два типа связи: ковалентная сигма-связь находится только в одной плоскости, а в других плоскостях связь между атомами не такая устойчивая - ковалентная пи-связь. Такое строение позволяет электронам графита перемещаться на другие уровни, а также этот эффект объясняет наличие металлических свойств графита. Решетка алмаза и графита обусловила свойства и применение каждого вещества.
Настолько велика, что обработать его ничем другим, как таким же минералом, невозможно. Его использовали в качестве украшения и для хозяйственных нужд, он становился причиной появления легенд. Считается, что минерал полезен при некоторых недугах и наделен магическими свойствами.
Формула алмаза - С - как и у графита, но если изучить отличия между камнями в химии, то окажется, что последний заметно уступает по многим параметрам. Кристалл не имеет аналогов среди минералов, как натуральных, так и выращенных в лабораторных условиях. Из чего состоит алмаз и так ли велика его прочность, благодаря которой он удостоен звания «самый твердый камень Земли»?
Немного о добыче и цвете
- Результат повышения температуры силикатов, являющихся соединениями кислорода с кремнием. Кристаллы скрываются в коре Земной мантии, а мощные глубинные взрывы выталкивают их на поверхность.
- Формирование под одновременным влиянием высоких температур и давления , вызванных падением метеоритов.
Интерес ювелиров вызывает не более 25 % всех добытых камней. Остальным суждено стать частью промышленных установок и инструментов. Самые мелкие самоцветы превращаются в алмазный порошок.
Цветовая гамма алмазов разнообразна: водянисто-бесцветные, серые, синие, зеленые, .
Многие экземпляры окрашены неравномерно:
- зонально, например, только в верхней части;
- пятнами.
Качество минерала определяет не только цвет или размер, но и наличие/отсутствие включений, дефектов. Разнообразие цветов обусловливает химический состав алмаза и природные условия, при которых происходит его формирование. От этого фактора также зависит невероятная бриллиантовая твердость.
О химических свойствах
Химический состав алмаза чрезвычайно прост – это соединения углерода, массовая доля которых составляет 99,8%. Нормой считается присутствие незначительного количества частичек кальция, бора, азота, магния, кремния или алюминия, проникших в кристаллическую решетку. Это объясняется тем, что абсолютно чистого углерода в природе не существует. Возможно, благодаря примесям алмазы обретают свои уникальные свойства.
Описание, которое имеет кристаллическая структура алмаза, выглядит примерно так: каждый атом, спрятанный в камень, состоит из шести электронов. Под воздействием температур и огромных нагрузок происходит трансформация, в результате чего атомы собираются в определенную цепочку, состоящую из тетраэдров. Перераспределение энергии делает их частью кристаллической ячейки. Частицы, объединенные сигма-связью, получают значительный коэффициент прочности.
Кристаллическая решетка минерала имеет форму гранецентрированного куба. В вершинах располагается по одному атому, а в середине – четыре. Форма кристалла алмаза такова, что 18 атомов оказываются надежно спрятанными внутри. В подобной «упаковке», подкрепленной прочной ковалентной связью, заключается невероятная твердость алмазов.
Уникальные химические свойства алмаза и необычное строение заставляют его люминесцировать разными цветами при попадании в рентгеновские лучи. Подобная характеристика может пригодиться при проверке наличия радиационного излучения.
О свойствах физических
Химическая формула алмаза обуславливает его необыкновенные физические особенности. Они характерны только для этого минерала, и аналогов среди других камней у бриллианта пока нет.
Отличительные свойства алмаза, обусловленные его химическим составом:
- Показатель преломления алмаза находится в пределах от 2,417 до 2,421. Сочетаясь с сильной дисперсией, равной 0,0574 он заставляет нанесенные при обработке грани блестеть, играя на свету.
- Алмаз имеет исключительную плотность, равную 3500 кг/м³ .
- Твердость алмаза занимает наивысшую позицию по шкале Мооса с показателем 10 . Если говорить об абсолютной твердости, то она в 150 и 1000 раз выше, чем у корунда и кварца соответственно.
- Говоря про физические свойства алмаза, нельзя не упомянуть его прекрасные изолирующие свойства , обусловленные практически полным отсутствием электронов.
- Устойчивость к кислотам , способным растворить металлы, которую обеспечивает прочность алмаза, и податливость некоторым щелочным растворам.
- Плавиться камень начинает при температуре 4000 °С и давлении около 11 ГПа .
- Сгореть минерал может, но особо беспокоиться нет смысла: это произойдет только при температуре 850-1000 °С на воздухе и при 720-800 °С под струей кислорода .
- Разогревшись до 2000 °С , находясь в условиях вакуума, алмаз становится графитом и взрывается .
Твердость алмаза настолько велика, что повредить его с помощью металла или другого минерала вряд ли удастся. Но камень может разбиться, упав на прочную поверхность, что говорит о необычайной хрупкости.
Лучепреломление алмазов таково, что, поместив бесцветный кристалл на страницу с печатным текстом, прочитать написанное не получится. Эта характеристика алмаза позволяет отличить подделку от оригинала. Бриллиант вставляется в изделия без фольгированной подложки, если другое не задумано дизайнером, ведь основание, несмотря на кажущуюся прозрачность, все равно останется невидимым.
