И алмаз, и графит — это разные формы одного и того же элемента — углерода. У мягкого, крошащегося графита и у самого твердого кристалла в мире одна и та же формула — С. Как такое возможно?
Свойства алмаза и графита
Алмазы встречаются в природе в хорошо выраженной кристаллической форме. Это прозрачный и чаще всего бесцветный кристалл, хотя бывают и алмазы, окрашенные в голубой, красный и даже черный цвета. Такое цветовое отступление от правила связано с особенностями природных условий формирования кристалла и наличия в нем примесей. Очищенный и отшлифованный алмаз приобретает особый блеск, который и оценили люди.
Алмазы хорошо отражают свет и, обладая сложной формой, хорошо его преломляют. Это дает знамений блеск и перелив очищенного кристалла. Он является проводником тепла, но по отношению к электричеству является изолятором.
Графит представляет собой антипод алмаза. Это не кристалл, а совокупность тонких пластинок. Он черный с серым отливом. По внешнему виду напоминает сталь с преобладанием чугуна.
Несмотря на стальной вид, на ощупь он жирный, а при использовании оказывается еще и мягким. При малейшем надавливании он крошится, что и привлекает человека, использующего графит в качестве средства запечатления информации на бумаге.
Графит, как и алмаз, является хорошим проводником тепла, но, в отличие от своего собрата по молекулярному строению, хорошо проводит и электричество.
Этих разных представителей полиморфности молекулярного углерода отличает друг от друга только одно — строение молекулярной решетки. Все остальное — лишь следствие главного.
В графите кристаллическая решетка организована по плоскостному принципу. Все его атомы размещены в шестиугольнике, которые находятся в одной плоскости. Поэтому связи между атомами разных шестиугольников такие непрочные, а сам графит слоистый, и его слои плохо связаны друг с другом. Такое строение кристаллической решетки определяет его мягкость и разнообразную полезность, но сам графит при этом разрушается. Однако именно такое строение кристаллической решетки позволяет, используя особые условия и другие вещества, сделать из графита алмаз. Такие же процессы происходят с этим минералом в природе при аналогичных условиях.
Алмазная решетка построена по принципу объемных связей всех с каждым и всех со всеми. Атомы образуют правильный тетраэдр. Атом в каждом тетраэдре окружен другими атомами, каждый из которых образует вершину другого тетраэдра. Получается, что тетраэдров в каждом кусочке алмаза гораздо больше, чем молекул, образующих эти тетраэдры, поскольку каждый из тетраэдров является частью другого тетраэдра. По этой причине алмаз является самым неразрушимым минералом.
Судьба углерода в графите и алмазе
Углерод относится к самым массовым элементам биосферы и всей планеты Земля. Он в тех или иных состояниях присутствует в атмосфере (углекислый газ), в воде (растворенный углекислый газ и иные соединения) и в литосфере. Здесь, в тверди земной, он входит в состав больших залежей угля, нефти, природного газа, торфа и т.п. Но в чистом виде он представлен залежами алмаза и графита.
Больше всего углерода сконцентрировано в живых организмах. Любые организмы строят свое тело из углерода, концентрация которого в живых телах превышает содержание углерода в неживой материи. Мертвые организмы оседают на поверхности литосферы или океана. Там они разлагаются в разных условиях, образуя месторождения, богатые углеродом.
Происхождение чистых залежей алмазов и графита вызывает много споров. Есть мнение, что это бывшие организмы, попавшие в особые условия и минерализовавшиеся наподобие угля. Считается также, что алмазы имеют магматическое происхождение, а графит — метаморфическое. Это означает, что в концентрации алмазов на планете участвуют сложные процессы в недрах земли, где самопроизвольно в присутствии кислорода возникает взрыв и горение. В результате взаимодействия молекул метана и кислорода и возникают кристаллы алмаза. При этих же процессах, но в определенных условиях возможно появление и графита.
Как получить из графита алмаз
Получение при современном уровне развития химии давно не является проблемой. То, что природа делает за миллионы лет, человек может сделать за гораздо более короткий срок. Главное — воспроизвести условия, в которых в природе одна форма чистого углерода переходила в другую, то есть создать высокую температуру и очень высокое давление.
Впервые такие условия были созданы с помощью взрыва. Взрыв — это мгновенное горение под большим давлением. После того как собрали то, что удалось собрать, выяснилось, что в графите появились маленькие алмазы. Такое фрагментарное превращение произошло потому, что взрыв создает большое разнообразие давления и температуры. Там, где создались условия для перехода из графита в алмаз, это и произошло.
Эта неустойчивость процессов сделала взрывы неперспективными для производства алмазов из графита. Ученых это, однако, не остановило, и они с упорством продолжали подвергать графит всяким испытаниям в надежде заставить его стать алмазом. Стабильный результат дало нагревание графитового бруска импульсами до температуры в 2000°С, что дало возможность получить алмазы значимых размеров.
Опыты с высоким давлением дали неожиданные результаты — графит превращался в алмаз, но при уменьшении давления переходил в свое исходное состояние. Стабильно уменьшить расстояние между атомами углерода только с помощью одного давления не удавалось. Тогда стали сочетать давление и высокую температуру. Наконец, удалось выяснить диапазон сочетаний температуры и давления, при котором можно получить кристаллы алмаза. Правда, при этом получался только технический алмаз, использование которого в ювелирном деле было затруднено.
Кроме больших затрат на энергетическое обеспечение процесса перевода графита в алмаз существовала еще одна проблема — при увеличении длительности воздействия высокой температурой начинается графитизация алмаза. Все эти тонкости усложняют промышленное производство алмазов. По этой причине в природе, крайне разрушительная для нее, остается актуальной и прибыльной.
Чтобы получить алмаз, предназначенный для ювелирных целей, стали выращивать кристаллы, используя затравку. Готовый кристалл алмаза подвергался воздействию температуры в 1500°, что стимулировало рост сначала быстрый, а потом медленный. Чем больше кристалл, тем медленнее он рос. Этот эффект сделал интересный опыт лишь опытом, поскольку его производство в промышленных масштабах стало нерентабельным. Не улучшило ситуацию и применение метана в качестве «подкормки» растущего алмаза. При высоких давлении и температуре метан разрушается до углерода и водорода. Этот углерод и является «кормом» для алмаза.
Применение алмаза и графита
Оба минерала широко используются в промышленности.
Алмазы применяют:
- в электротехнике;
- приборостроении;
- радиоэлектронике;
- на буровых установках
- в ювелирном деле.
Графит используется при:
- производстве тиглей и иного огнеупорного оборудования;
- изготовлении смазочных материалов;
- изготовлении карандашей;
- производстве оборудования для электроугольной промышленности.
Несмотря на разнообразие применения как графита, так и алмаза в различных отраслях промышленности, можно смело говорить о большей пользе графита. Алмаз по причине идеальности своей кристаллической решетки инертен. Его можно использовать только как алмаз. Большая часть добываемых в природе алмазов уходит на нужды ювелирной промышленности, поскольку минерал является одним из самых дорогих драгоценных камней, становясь бриллиантом, он стимулирует оборот денег, и это его основное свойство в экономике.
Графит, изъятый из природы, становится не самодостаточной ценностью, а великим тружеником производства. Благодаря своим свойствам он используется и в своем истинном, природном виде, то есть как графит, и в качестве средства, на основе которого могут быть получены новые вещества, например, тот же алмаз.
Алмаз – самый прочный, самый блестящий и самый желанный камень в мире. Сколько статусности придаёт идеально огранённый камень своему обладателю, сколько восхищённых взглядов, сколько героинь книг, кино и светской хроники удостаивались лавины внимания, надевая в свет бриллиантовые украшения!
Алмаз – это природный минерал. Подвергаясь огранке, он получает название бриллиант и используется в ювелирных украшениях.
Существует около десятка видов огранки, по-разному преподносящих камень. Чем больше у бриллианта граней, тем сложнее и причудливее через него проходят лучи света и дают больше блеска. Изначальный алмаз выглядит мутным и непрозрачным.
История и интересные факты
Древнеримский философ и государственный деятель Гай Плиний Старший в своём труде «Естественная история» подчёркивает уникальность и ценность алмаза. Самую высокую цену не только среди камней, но и среди человеческих вещей, говорит он, имеет алмаз, долгое время известный только царям, да и то не всем.
Однако, до 16 века камни почти не умели огранять, стачивали только одну часть минерала, превращая камень в октаэдр и не более. Поэтому долгое время было ценно не то, как выглядит алмаз и как он красив, а насколько он прочен.
Название известнейшего драгоценного камня произошло от арабского слова «almas» - твердейший и греческого «адамос» - несокрушимый. Поэтому существовало ныне устаревшее название алмаза - «адамас».
С 16 века появляются технические возможности огранки, и ценность бриллиантов резко возрастает. Ранее алмазы брали как талисманы с собой в дорогу, царские особы использовали их в своих украшениях и символах власти.
Куллинан — самый крупный бриллиант
Самый крупный алмаз был найден в 1905 году, весил 3106 каратов и назывался «Куллинан» по имени владельца рудника, где был добыт. В Куллинане присутствовали трещины, поэтому изготовить из него цельное изделие было невозможно. Камень поделили на две большие части и и несколько мелких. Семь лет продолжалась работа над огранкой, а по её окончании камень подарили английской королевской семье.
Самый дорогой бриллиант был продан за девять миллионов долларов на аукционе Сотбис. В цену бриллиантов помимо безусловного труда ювелира входит и сложность добычи, которая происходит в несколько этапов.
Алмазы – самые «кровавые» камни из всех драгоценных камней. По причине их популярности и крайне высокой стоимости, они на протяжении всей истории становились объектами убийств и мошенничества.
Физические и химические свойства
Кристаллическая решётка
О происхождении алмазов не существует единого мнения. Наиболее распространённая версия заключается в том, что минерал образовался в горных залежах, в результате остывания веществ в мантии земной коры.
В природе они являются включениями в графиты, могут находиться в речной и морской прибрежной галечной россыпи, находиться в пределах остывания старых вулканических пород, где когда-то протекала лава. Химическая формула алмаза – чистый углерод с незначительными вкраплениями магния и железа. Кристаллическая решётка имеет форму куба.
Камень обладает интересным свойством: он светится синим светом при направленном на него ультрафиолетовом излучении.
Виды окраски
Абсолютно бесцветные алмазы встречаются редко, в основной массе они имеют цветные оттенки разной интенсивности. Профессионалы ценят яркие расцветки с удивительной игрой и цвета, и блеска камня.
Рыжий алмаз – встречается редко. Менее 1% всех добываемых алмазов имеет оранжевый цвет. Большинство из них имеют разные вариации жёлтых и коричневых оттенков. Правила классификации определяют бриллиант как оранжевый, если в его окраске присутствует 25-50% оранжевого цвета. Эти самоцветы добываются в Австрии и Южной Африке, а стоимость за карат достигает сорока тысяч долларов. Оранжевые алмазы несут в себе освежающее и успокаивающее действие, стимулируют творческие успехи.
Чёрный алмаз возник в результате сверхвысоких температур в земных недрах. У таких камней есть одно удивительное свойство: в отличие от других алмазов они не блестят – поглощают цвет и не отражают его из-за повышенной концентрации графита в своей основе. В чёрных алмазах ценится равномерность распределения цвета. Такие камни обладают мощными магическими возможностями. Они наделяют владельца силой и властью, но и требуют от него энергетики, равной своей.
Красный алмаз наиболее редок. Большинство ювелиров даже не встречались с такими камнями, и очень ограниченному количеству камней можно присудить степень истинно красного окраса. Не существует ни одного доказанного мнения, почему они появились в природе. Они добываются в Австралии и в очень малых количествах в Бразилии. Ввиду своей исключительной уникальности 1 карат чистого красного бриллианта может стоить до миллиона долларов. Камень связан со стихией Огня, со страстью.
Голубые алмазы получают свой цвет от присутствия бора в своей химической структуре. Первые такие камни были обнаружены в 17 веке в Индии, сейчас добываются в ЮАР и в Австралии. Чаще всего камни обладают не чистыми голубыми цветами, а оттенками с примесями зелёного или серого. В зависимости от яркости цвета и степени примесей делятся на 9 подгрупп.
Розовые алмазы по профессиональной классификации геммологов делятся по четырём оттенкам и 5 ступеням интенсивности цвета. Добываются в шахтах Индии, Бразилии и Австралии. Самый крупный розовый бриллиант имеет размер в 186 карат.
Лечебные свойства
Йоги отмечают, что от алмаза исходит очень тонкая, но мощная энергия, способная воздействовать и на физическое тело, и на психику.
Камень благотворно влияет на нервную систему: он способен бороться с кошмарами, усталостью, апатией и болезнями кожи. Можно опускать его в питьевую воду, настаивать и пить для укрепления здоровья.
В аюрведе говорят об омолаживающих свойствах алмаза. Он раскрывает чакры и настраивает на особый энергетический поток.
Магические свойства
Эффективнее всего работает алмаз, переданный по наследству. Он накапливает родовую память и усиливает свою энергию. На Востоке считали, что купленный или подаренный новый камень должен пролежать в доме семь лет, прежде чем его можно начинать носить.
Однако любой алмаз обладает мощной целительной силой и может усиливать влияние других камней. Укрепляет все энергетические центры человека, удваивает контактность и коммуникабельность. Магические свойства алмаза положительно взаимодействуют с хозяином в случае его ненасильственного приобретения, в случае миролюбивых помыслов хозяина. Бриллианты нельзя носить злым и бесчестным людям во избежание несчастий.
Алмаз – это камень высокопоставленных особ. Волевым и решительным личностям он служит верой и правдой, к слабым людям равнодушен. Носить бриллианты стоит с достоинством и спокойной уверенностью в себе, и тогда эти благородные камни раскроются на вас во всём своём великолепии.
Как выглядит алмаз?
Изначально внешне минерал без огранки выглядит довольно неказисто: неровная сероватая поверхность, покрытая трещинками. И только после надлежащей обработки, простой «булыжник», становится ценным камнем и начинает играть на солнце всевозможными оттенками.
Чем алмаз отличен от бриллианта? В общем-то, ничем. Будет ошибкой высказывать предположение, что алмаз с бриллиантом — разные драгоценные камни или какой-то из них составляет большую материальную ценность. В принципе — это один и тот же камень, только диамант — это всего лишь сырье, а бриллиант — это уже готовый «к употреблению» экземпляр. Для производства одного «царя камней», соответствующего ювелирного качества размером в 1 карат, нужно переработать более двухсот тонн кристаллов, из которых подойдет только четвертая часть всех добытых камней. Соответственно, на этом этапе стоимость бриллианта поднимается как минимум вдвое. Определить его «чистоту» довольно легко, достаточно поместить готовый камешек в стакан с водой (истинный экземпляр неразличим в воде).
В природе диаманты можно найти почти на всех земных континентах, в основном в россыпях или в, так называемых, «кимберлитовых трубках» (содержат 90% мирового природного запаса данных полезных ископаемых). Трубки — это отверстия земной коры, образованные от взрыва газов. Что интересно, так это факт происхождения алмазов — огромные залежи этих мелкокристаллических минералов когда-то были найдены в метеоритах, а также в гигантских воронках, образованных ими.
Около семидесяти процентов натуральных диамантов находят применение в ювелирном деле для изготовления украшений. Также эти ценные ископаемые используют для медицинских, научных и технических целей. С их помощью:
- изготавливают ножики, пилки, резцы, колонки для бурения, стеклорезы и пр.;
- изготавливают станки и круги для затачивания (применяется абразивный порошок измельченных камней);
- производят часовые механизмы.
Также они применяются:
- в атомной промышленности;
- для производства оптических линз;
- при создании квантовой компьютерной техники и микроэлектроники.
Черный алмаз (карбонадо)
Свое название испанского происхождения этот непрозрачный кристалл получил за сходство с углем. В отличие от своих собратьев, классических бесцветных камней, черные алмазы залегают в верхних слоях земной коры. По возрасту черный алмаз — самый древний на планете, ему 4 млрд. лет. Теоретически он родом из космоса.
Какого еще цвета могут быть алмазы? — поинтересуетесь вы. От чего зависит их оттенок? А вот от чего. Примерно на 2-4% алмазы состоят из химических элементов: кремния, кальция, магния, азота, бора, алюминия, которые и придают минералам различную окраску: желтоватую и слегка рыжеватую, с синим оттенком или с легкой голубизной, с зелеными или красноватыми бликами. Это обусловлено эффектом люминисценции. Подавляющее большинство обработанных камешков (бриллиантов) не имеют цветного пигмента. Среди наиболее известных цветных экземпляров: зеленый Дрезденский, желтый бриллиант Tiffani и голубойPorter-Rods.
Искусственный алмаз
Одной из разновидностей истинно драгоценного диаманта является искусственно выращенный (синтетический). Выращивание изысканных синтетических экземпляров происходит в лабораторных условиях с применением особо точного и высокотехнологичного оборудования; относятся они к промышленным изделиям и по красоте сверкающих граней ничуть не уступают своим натуральным собратьям.
На сегодняшний день существует 2 способа вырастить технические алмазы, достаточные по величине, чтобы сотворить с ними ювелирные изыски:
- алмаз выращивается из алмазной пудры в капсуле, помещенной в спецаппаратуру под высоким давлением и температурой, постепенно превращаясь в кристалл;
- при химическом осаждении из газовой фазы, искусственный алмаз получают внутри вакуумной камеры, которая заполнена газом, содержащим углерод; источник Свч-энергии разрушает молекулы газа, а атомы углерода спускаются вниз, образуя алмазные пластинки.
Аналоги алмазов существовали еще в начале 20 века. На сегодняшний день появились «имитаторы» более высокого класса. Основные их виды:
- диоксид циркония (фианит);
- карбид кремния (муассанит);
- циркон;
- белый топаз;
- синтетический рутил;
- белый сапфир;
- алюмоиттриевый гранат;
- стеклянный бриллиант.
Самый большой алмаз в мире
Самый крупный по размеру (3106 карат или 621,35 грамма, 100×65×50 мм) диамант был найден в 1905 году в ЮАР. Этот крупнейший в истории экземпляр получил название «Куллинан» — от имени владельца рудника в Африке. Примерная его стоимость впоследствии была приравнена к двум миллиардам американских долларов.
Сколько стоит алмаз?
Способов и параметров определения стоимости камешков также довольно много. Все же интересно, сколькостоит 1 карат алмаза? От всего лишь нескольких до сотен тысяч долларов США.
Бриллианты оцениваются по так называемому «правилу Тавернье»: цена камня = квадрату общего каратного веса, умноженного на стоимость одного карата. Двухкаратный алмаз, прошедший обработку стоит в три раза дороже такого же камешка, что имеет вес в один карат, а цена трехкаратного бриллианта дороже в 10 раз. Это правило действительно только для камней до 5 карат.
Самый дорогой из наиболее известных алмазов — «Большая звезда Африки», стоимостью в 400 млн.$ — крупнейший осколок знаменитого «Куллинана».
Неограненный алмаз
Неограненный алмаз — это самое ценное и редкое сырье для ювелира. В процессе создания бриллианта из алмаза теряется больше половины массы камня. Поэтому стоимость бриллиантов так высока. Бриллиант, или ограненный алмаз, — это уникальный драгоценный камень, который получается путем обработки алмазов высшего качества. К бриллиантам чаще всего применима круглая огранка, при помощи которой на камне высекаются 57 граней (или 17 — на мелких кристалликах). Они и придают камешку его неповторимый блеск.
Как добывают алмазы?
Добыча диамантов — задача, которая подчас сопряжена с огромными трудностями, поскольку они имеют свойство одними из первых образовывать кристаллы в период застывания расплавленной мантии земной коры, на глубине около двухсот километров, под давлением 5 тыс. мПа. Геологи уверены, что эти камешки попадаются и в глубоко залегающих породах Земли и носят научное название «эклогиты». Под воздействием взрывных процессов при формировании кимберлитовых трубок (20% их обычно содержит диамант), минерал выносится к поверхности Земли, откуда в дальнейшем и происходит его добыча.
На поиск только одного месторождения затрачивается иной раз несколько лет. После выявления залежей, начинаются необходимые работы по подготовке территории, где будет проводиться разработка камешков. Для этого привлекают всевозможные технические новинки и лучшее для этих целей оборудование и даже робототехнику, а также людей, обладающих огромным опытом в данной сфере.
Самые богатые месторождения диамантов находятся в: Ботсване (1-я в мире по ценности находок), России (1-я в мире по добыче и чистоте камней), Канаде, Австралии и в ЮАР.
В России добыча этих драгоценных минералов производилась в Пермской области, а также в Сибири, в Архангельской области, на границе между Красноярским краем и Якутией и на Камчатке (обнаружены в остывшей магме вулкана).
Алмаз: формула
Химическая формула диаманта — С, так как состоит он в основном из углерода с различными примесями, среди которых ведущими являются кремний, алюминий, бор и азот.Кристалл диаманта по строению напоминает тетраэдр — правильную пирамиду с 4-мя треугольными плоскостями и имеет кристаллическую решетку. Каждая из решеток минерала имеет форму куба, поэтому и называется кристаллической. Каждый С-атом в структуре алмаза расположен в центре куба, с вершинами из 4-х соседних атомов.
Температура плавления алмаза составляет аж 4 тыс. ºC
Основные химические свойства диаманта:
- плавится при температуре от 3700 до 4000 ºC;
- приходит в газообразное состояние при температуре 1000 ºC;
- без доступа кислорода становится графитом при температуре 2000 ºC.
Основные физические свойства, характерные для диаманта:
- самая высокая твердость среди известных на сегодняшний день минералов;
- высокая сопротивляемость к истиранию и в то же время — повышенная хрупкость;
- хорошая теплопроводность.
Самые знаменитые алмазы
Среди самых знаменитых в мире алмазов, можно выделить пятерку основных.
- «Великий Могол» ‒ самый большой диамант в Индии.
- «Куллинан» ‒ самый крупный диамант в истории человечества.
- «Золотой Юбилей» ‒ крупнейший из диамантов, что подверглись огранке.
- «Орлов» ‒ крупнейший бриллиант кремлевского Алмазного Фонда Москвы.
- «Кохинур» ‒ имеет довольно зловещую историю: всех его владельцев постигла неестественная смерть или предательство. Считается бесценным.
Алмаз — самый твёрдый минерал, кубическая полиморфная (аллотропная) модификация углерода(C), устойчивая при высоком давлении. При атмосферном давлении и комнатной температуре метастабилен, но может существовать неограниченно долго, не превращаясь в стабильный в этих условиях графит. В вакууме или в инертном газе при повышенных температурах постепенно переходит в графит.
СТРУКТУРА
Сингония алмаза кубическая, пространственная группа Fd3m. Элементарная ячейка кристаллической решетки алмаза представляет собой гранецентрированный куб, в котором в четырех секторах расположенных в шахматном порядке, находятся атомы углерода. Иначе алмазную структуру можно представить как две кубических гранецентрированных решетки, смещенных друг относительно друга по главной диагонали куба на четверть её длины. Структура аналогичная алмазной установлена у кремния, низкотемпературной модификации олова и некоторых других простых веществ.
Кристаллы алмаза всегда содержат различные дефекты кристаллической структуры (точечные, линейные дефекты, включения, границы субзерен и тп.). Такие дефекты в значительной степени определяют физические свойства кристаллов.
СВОЙСТВА
Алмаз может быть бесцветными водянопрозрачным или окрашенным в различные оттенки желтого, коричневого, красного, голубого, зеленого, черного, серого цветов.
Распределение окраски часто неравномерное, пятнистое или зональное. Под действием рентгеновских, катодных и ультрафиолетовых лучей большинство алмазов начинает светиться (люминесцировать) голубым, зелёным, розовым и др. цветами. Характеризуется исключительно высоким светопреломлением. Показатель преломления (от 2,417 до 2,421) и сильная дисперсия (0,0574) обуславливают яркий блеск и разноцветную «игру» огранённых ювелирных алмазов, называемых бриллиантами. Блеск сильный, от алмазного до жирного.Плотность 3,5 г/см 3 . По шкале Мооса относительная твердость алмаза равна 10, а абсолютная — в 1000 раз превышает твёрдость кварца и в 150 раз — корунда. Она самая высокая как среди всех природных, так и искусственных материалов. Вместе с тем довольно хрупок, легко раскалывается. Излом раковистый. С кислотами и щелочами в отсутствие окислителей не взаимодействует.
На воздухе алмаз сгорает при 850° С с образованием СО 2 ; в вакууме при температуре свыше 1.500° С переходит в графит.
МОРФОЛОГИЯ
Морфология алмаза очень разнообразна. Он встречается как в виде монокристаллов, так и в виде поликристаллических срастаний («борт», «баллас», «карбонадо»). Алмазы из кимберлитовых месторождений имеют только одну распространенную плоскогранную форму — октаэдр. При этом во всех месторождениях распространены алмазы с характерными кривогранными формами — ромбододекаэдроиды (кристаллы похожие на ромбододекаэдр, но с округлыми гранями), и кубоиды (кристаллы с криволинейной формой). Как показали экспериментальные исследования и изучение природных образцов в большинстве случаев кристаллы в форме додекаэдроида возникают в результате растворения алмазов кимберлитовым расплавом. Кубоиды образуются в результате специфического волокнистого роста алмазов по нормальному механизму роста.
Синтетические кристаллы, выращенные при высоких давлениях и температурах, часто имеют грани куба и это является одни их характерных отличий от природных кристаллов. При выращивании в метастабильных условиях алмаз легко кристаллизуется в виде пленок и шестоватых агрегатов.
Размеры кристаллов варьируют от микроскопических до очень крупных, масса самого крупного алмаза «Куллинан», найденного в 1905г. в Южной Африке 3106 карат (0,621кг).
На изучение огромного алмаза было потрачено несколько месяцев и в 1908 году он был расколот на 9 крупных частей.
Алмазы массой более 15 карат — редкость, а массой от сотни карат — уникальны и считаются раритетами. Такие камни очень редки и часто получают собственные имена, мировую известность и своё особое место в истории.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
Хотя при нормальных условиях алмаз метастабилен, он в силу устойчивости своей кристаллической структуры может существовать неопределенно долго, не превращаясь в устойчивую модификацию углерода — графит. Алмазы, которые вынесены на поверхность кимберилитами или лампроитами кристаллизуется в мантии на глубине 200 км. и более при давлении более 4 Гпа и температуре 1000 — 1300 ° С. В некоторых меторождениях встречаются и более глубинные алмазы, вынесенные из переходной зоны или из нижней мантии. Наряду с этим, они выносятся к поверхности Земли в результате взрывных процессов, сопровождающих формирование кимберлитовых трубок, 15-20% которых содержит алмаз.
Алмазы встречаются также в метаморфических комплексах сверхвысоких давлений. Они ассоциируют с эклогитами и глубокометаморфизованными гранатовыми гнейсами. Мелкие алмазы в значительных количествах обнаружены в метеоритах. Они имеют очень древнее, досолнечное происхождение. Также они образуются в крупных астроблемах — гигантских метеоритных кратерах, где переплавленные породы содержат значительные количества мелкокристаллического алмаза. Известным месторождением такого типа является Попигайская астроблема на севере Сибири.
Алмазы редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны всех континентах, кроме Антарктиды. Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет алмазы добывались из россыпных месторождений. Только к концу XIX века, когда впервые были открыты алмазоносные кимберлитовая трубка, стало ясно, что алмазы не образуются в речных отложениях. Кроме этого алмазы были найдены в коровых породах в ассоциациях метаморфизма сверхвысоких давлений, например в Кокчетавском массиве в Казахстане.
И импактные, и метаморфические алмазы иногда образуют весьма масштабные месторождения, с большими запасами и высокой концентрацией. Но в этих типах месторождений алмазы настолько мелкие, что не имеют промышленной ценности. Промышленные месторождения алмазов связаны с кимберлитовыми и лампроитовыми трубками, приуроченными к древним кратонам. Основные месторождения этого типа известны в Африке, России, Австралии и Канаде.
ПРИМЕНЕНИЕ
Хорошие кристаллы подвергаются огранке и используются в ювелирном деле. Ювелирными считаются около 15% добываемых алмазов, еще 45% считаются околоювелирными, то есть уступают ювелирным по размеру, цвету или чистоте. В настоящее время общемировой объем добычи алмазов составляет порядка 130 миллионов карат в год.
Бриллиант
(от франц. brillant — блестящий), — алмаз, которому посредством механической обработки (огранки) придана специальная форма, бриллиантовая огранка, максимально раскрывающая такие оптические свойства камня, как блеск и цветовая дисперсия.
Совсем мелкие алмазы и осколки, непригодные для огранки, идут в качестве абразива для изготовления алмазного инструмента, необходимого для обработки твёрдых материалов и огранки самих алмазов. Скрытокристаллическая разновидность алмаза чёрного или тёмно-серого цвета, образующая плотные или пористые агрегаты, носит название Карбонадо
, обладает более высоким сопротивлением истиранию, чем у кристаллов алмаза и благодаря этому особенно ценится в промышленности.
Мелкие кристаллы также в больших количествах выращиваются искусственным путём. Синтетические алмазы получают из различных углеродсодержащих веществ, главным образом из графита, в спец. аппаратах при 1200-1600°С и давлениях 4,5-8,0 ГПа в присутствии Fe, Co, Сr, Мn или их сплавов. Они пригодны для использования только в технических целях.
Алмаз (англ. Diamond) — C
КЛАССИФИКАЦИЯ
| Strunz (8-ое издание) | 1/B.02-40 |
| Dana (7-ое издание) | 1.3.5.1 |
| Dana (8-ое издание) | 1.3.6.1 |
| Hey’s CIM Ref. | 1.24 |
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
| Цвет минерала | бесцветный, желтовато-коричневый переходящий в жёлтый, коричневый, чёрный, синий, зелёный или красный, розовый, коньячно-коричневый, голубой, сиреневый (очень редко) |
| Цвет черты | никакой |
| Прозрачность | прозрачный, полупрозрачный, непрозрачный |
| Блеск | алмазный, жирный |
| Спайность | совершенная по октаэдру |
| Твердость (шкала Мооса) | 10 |
| Излом | неровный |
| Прочность | хрупкий |
| Плотность (измеренная) | 3.5 — 3.53 g/cm3 |
| Радиоактивность (GRapi) | 0 |
| Термические свойства | Высокая теплопроводность. На ощупь холодный, поэтому алмаз называют на сленге «лед» |
Любителям драгоценных камней весьма интересна тема про строение алмаза, описание его и основные физические, механические и химические свойства. Этот красивый камень по своей химической структуре относится к неметаллам и имеет кристаллическую структуру. Говоря языком химиков, адамант — это кубическая аллотропная форма углерода. В ювелирном искусстве эта форма углерода считается самым дорогим из драгоценных камней, и украшения с адамантом стоят очень дорого. Это связано с тем, что блеск кристаллов этого вещества невозможно сравнить ни с чем. И к тому же он не тускнеет и не царапается. То есть полированная поверхность кристаллов в украшениях всегда радует глаз.
Как ни парадоксально звучит, но адамант и графит имеют одинаковое строение. И эти два таких диаметрально противоположных вещества имеют одну природу. Дело в том, что и диамант, и графит образованы атомами углерода. Рассмотрим подробнее строение и свойства бриллианта.
По структуре кристалл алмаза имеет форму тетраэдра, и при этом атомы углерода располагаются в центре. Вершинами в таком тетраэдре служат самые близкорасположенные атомы углерода. Получается очень стабильная атомарная связь в самой структуре кристалла, и этим объясняется повышенная прочность вещества. Между собой атомы, из которых состоит элементарная ячейка, связаны ковалентной связью. Этой особенностью объясняется высокая плотность алмаза.
В целом кристалл алмаза можно представить как молекулу гигантских размеров. Напомним, что молярная масса этого кристалла равна 12. Форма кристалла не связана с количеством граней у ювелирного камня. Грани алмаза появляются при его обработке.
По химической структуре алмаз является чистым углеродом. Но в его состав все же входят и примеси. Проведенный химический анализ позволил определить наличие некоторого количества других веществ. К примесям относятся такие вещества, как:
- азот;
- магний;
- алюминий;
- кремний.
И еще много других химических элементов таблицы Менделеева. Причем многие из элементов представляют собой изоморфные включения. Но люди используют алмазы не только для изготовления ювелирных украшений. Широкое применение получил этот кристалл в технике. И все это благодаря своим уникальным свойствам и высочайшей прочности.
Представленное видео хорошо показывает кристаллическую структуру бриллианта.
Физические свойства алмаза
Алмаз — это самое твердое вещество, которое встречается в природе.
Одна из разновидностей адаманта — корунд — имеет сходное строение, но боле низкую твердость (твердость корунда ниже, чем у адаманта в 150 раз).Стоит упомянуть, что твердость веществ определяется по шкале Мооса. По этому ранжиру алмазу присваивается самый высокий показатель твердости — 10.
Стало быть, его можно использовать для обработки металлов, в том числе и высокопрочных, и твердых минералов, таких как берилл, гранат, сапфир и другие. Алмазный инструмент очень устойчив к истиранию. Твердость и плотность алмаза выше, чем у кварца и корунда.
Но при всей твердости у диаманта высокая хрупкость. И даже выраженная в высокой степени плотность не снижает вероятность раскола при падении. Ведь чистый кристаллический углерод, каким и является диамант, имеет многослойную структуру. И при резких ударах о твердую поверхность возможен его раскол в тех местах структуры, где связь между атомами весьма слабая. Именно в местах спайности атомов и происходит раскол.
И при всей износоустойчивости и долговечности этого вещества его нужно уберегать от падений на твердую поверхность. У этой разновидности углерода и самая высокая теплопроводность среди всех твердых тел. Теплопроводность алмаза составляет от 20 до 24 Вт/см. Также нужно сказать, что диамант является диэлектриком. Это объясняется особенностями атомарных связей в кристалле этого вещества.
Температура горения диаманта в кислороде составляет 800°С. Эта разновидность углерода горит красивым голубым пламенем. А вот при температуре 2000°С и при отсутствии кислорода этот красивый минерал превращается в графит. Показатели температуры плавления у алмаза равняются 3700-4000°С.
Самое основное и ценное свойство бриллианта — это его показатель преломления и высокая степень дисперсии. Блеск диамантов зависит от этих характеристик и является отличительным признаком этого драгоценного минерала. Вес бриллиантов измеряется в каратах. При этом вес одного карата алмаза равен примерно 0,2 грамма. Для определения этой величины у ювелиров существуют необходимые таблицы и сведения.
