Уникальный камень - уникальные свойства

В наши дни всредней школе на уроках физики и химии учащиеся узнают, что такие, казалось бы,полярные по свойствам и непохожие друг на друга вещества, как графит и алмаз,на самом деле являются так называемыми полиморфными модификациями одного и тогоже химического элемента-углерода. Полиморфные модификации , или полиморфы, -это вещества , которые имеют одинаковый химический состав , но различнуюкристаллическую структуру.В алмазе атомы углерода размещаются очень плотно ,причем каждый из них прочно связан с четырьмя окружающими атомами. В структуреже графита выделяются параллельные плоские сетки , состоящие из шестиугольниковс атомами углерода в вершинах. В каждой отдельно взятой плоской сетке(слое)связь между атомами углерода довольно прочная, а между слоями – слабая.Разницей в кристаллической структуре и объясняется несхожесть свойств графита иалмаза.

 Казалось бы, элементарный, всем известныйфакт. Но чтобы его установить, потребовались усилия таких гигантов науки , какИ.Ньютон , А.Лавуазье , М.В.Ломоносов, X.Деви и много других.Действительно, ведьнадо было прийти к совершенно парадоксальному умозаключению, что алмаз-этавеличайшая драгоценность, твердейшее на земле вещество- в химическом отношенииполностью(если не учитывать случайных примесей) аналогичен графиту, древесномуи каменному углю, саже, т.е веществам, широко распространенным и далеко несамым привлекательным по своему внешнему облику.

 Рассмотрим, каковы же свойства алмазов,совокупность которых делает этот камень уникальным природным объектом.

 Твердость. То ,что алмаз твердейшее веществона земле, было известно с незапамятных времен. В древнем санскритскомстихотворении говорится о фарии (по-санскритски -алмаз) так:

 Фария не может царапать никакой

 Драгоценный камень-

 Он царапает все камни.

 Фарий царапает фария…

Греческие поэтыГепсоид и Эсхил писали, что адамас (греческое название алмаза) годится дляизготовления шлема Геракла и цепей Прометея, т.е предметов , несокрушимостькоторых стала нарицательной. Да и само название , по разнымверсиям, происходит либо от греческого (непреодалимый,несокрушимый),либо от арабского (твердейший).

 Алмазам, как и другим кристаллическим телам,свойственна анизотропия некоторых характеристик (т.е. вариации этиххарактеристик в различных кристаллографических направлениях), в том числе ианизотропия твердости ,что обусловлено особенностями внутреннего строениякристаллов.Твердость меняется не только от грани к грани ,но и нередко впределах одной и той же грани к грани, но и нередко в пределах одной и той жеграни кристалла ,что необходимо учитывать при обработке алмаза и при работе салмазам инструментом.Так ,при обработке одного алмаза другим их следует таквзаимно ориентировать, чтобы обработка производилась в направлении наименьшейтвердости ,а износ алмазного инструмента - в направлении наибольшей.

 Необходимо подчеркнуть , что предел прочностина изгиб и на сжатие у алмаза сравнительно низок , поэтому он достаточно хрупоки при резком и сильном ударе может расколоться. Колется он по системеплоскостей ,параллельных определенным граням кристалла.В минералогии такоесвойство называется спайностью.Наличие плоскостей спайности позволяет приобработке алмаза вместо со шлифовки откалывать кусочки кристалла, которые имеютразличные дефекты или мешают приданию требуемой формы бриллианту иликакому-нибудь техническому изделию из алмаза.С другой стороны, повышеннаяхрупкость алмаза являясь, безусловно, алмазногоинструмента, обусловливает необходимость его оберегания от резких неожиданныхударов. Даже использование стальных щипцов при сортировке бриллиантов требуетопределенного навыка, иначе можно легко обломать острые края камней.

 Надо отметить ,что в древние времена эти двасвойства алмазов -твердость и прочность - зачастую не различались.Римскийисторик и естество испытатель Гай Плиний Старший писал , что . Проведи Плиний сам такой опыт , он бы убедился,что как раз молот и наковальня у него бы остались ,а драгоценный каменьпревратился в пыль.Мнение о несокрушимости алмазов под мощными ударами былошироко распространено в древности ,что зафиксировано в письменных документах иустных легендах разных времен и народов.

 Прочие физико-механические свойства.

Важное значениеимеет очень низкий коэффициент трения алмаза по металлу на воздухе – всего 0,1что связано с образованием на поверхности кристалла тонких пленокадсорбированного газа, играющих роль своеобразной смазки.Когда такие пленки необразуется ,коэффициент трения возрастает и достигает 0,5-0,55. Низкийкоэффициент трения обусловливает исключительную износостойкость алмаза наистирание , которая превышает износостойкость корунда в 90 раз , а другихабразивных материалов – в сотни и тысячи раз. В результате , например , пришлифовании изделий из твердых сплавов алмазного порошка расходуется в 600-3000раз меньше ,чем любого другого абразива.

 Для алмаза также характерны самый высокий (посравнению со всеми известными в природе материалами)модуль упругости и самыйнизкий коэффициент сжатия.

 Термические свойства.

Температураплавления алмаза составляет 3700-4000 С .На воздухе алмаз сгорает при 850-1000С, а в струе чистого кислорода горит слабо-голубым пламенем при 720-800 С,полностью превращаясь в конечном счете в углекислый газ.При нагреве до2000-3000 С без доступа воздуха алмаз переходит в графит.

 Рассматриваемый минерал обладаетисключительно высокой теплопроводностью ,что обусловливает быстрый отвод тепла,возникающего в процессе обработки деталей инструментом , изготовленным изнего. Кроме того ,для алмаза характерен низкий температурный коэффициентлинейного расширения (ниже , чем у твердых сплавов и стали). Это свойствоалмаза учитывается при вставке его в оправу из разных металлов и другихматериалов.

 Оптические свойства.

Среднийпоказатель преломления бесцветных кристаллов алмаза в желтом цвете равенпримерно 2,417 ,а для различных цветов спектра он варьирует от 2,402 (длякрасного) до 2,465 (для фиолетового). Способность кристаллов разлагать белыйцвет на отдельные составляющие называется дисперсией. Для алмаза дисперсияравна 0,063. Как показатели преломления , так и дисперсия алмаза намногопревышают аналогичные свойства всех других природных прозрачных веществ, что иобусловливает в сочетании с твердостью непревзойденные качества алмазов какдрагоценных камней. Высокое преломление в совокупности с чрезвычайно сильнойдисперсией вызывает характерный блеск отполированного алмаза, названныйалмазным.

 Одним из важнейших свойств алмазов являетсялюминесценция. Под действием видимого света и особенно катодных,ультрафиолетовых и рентгеновских лучей алмазы начинают люминесцировать-светиться различными цветами. Рентгенолюминесценция широко применяется на практикедля извлечения алмазов из природы.

 Электрические и магнитные свойства.

Алмаз относитсяк изоляторам: его удельное электрическое сопротивление очень велико. Некоторыекристаллы, однако, имеют низкое удельное сопротивление и обладают свойствамиполупроводников. Эти алмазы, как правило, голубого цвета. Очень высоко ценятсяи исключительно редки. Алмаз относится к немагнитным минералам, но некоторые ихразновидности имеют слабые парамагнитные свойства, которые в основном связаны сприсутствием примеси азота. Иногда магнитные свойства придают алмазам имеханические включения в них магнитных минералов- магнетита и ильменита. Этонеобходимо учитывать при извлечении алмазов из породы, так как при магнитнойсепарации алмазы будут попадать в магнитную фракцию и могутбыть пропущены.

 Окраска

Большинствоприродных алмазов бесцветно, однако нередки такие камни самых разнообразныхцветов и оттенков. Наиболее часто встречаются алмазы со слабым желтоватымоттенком, а также зеленоватые. В месторождениях Южной Африки зачастуюпопадаются бурые алмазы; за счет значительных примесей аморфного углерода онимогут приобретать совершенно черную окраску. А вот розовые, рубиново - красные,розовато-лиловые и синие очень редки. Что касается алмазов сапфирово - синегоцвета, то это, как уже отмечалось, явление исключительное, и ценятся онисоответственно очень высоко.

 Поверхность алмазов из наиболее древнихместорождений (возраст которых превышает 1 млрд. лет) имеет зеленую окраску,которая, однако, исчезает при механической обработке кристалла. Ученыеобъясняют возникновение зеленой на алмазах продолжительнымвоздействием на них естественного радиоактивного облучения. Сейчас это явлениевоспроизведено экспериментально.

 В США, Великобритании и ряде других странахискусственное окрашивание природных алмазов производят в лабораторных условиях.Если алмаз электронами с энергией 1МэВ, а потом сопределенной скоростью охлаждать, то он приобретает синеватый цвет. Еслиэнергия облучения достигает 1,5МэВ, то алмаз становится сине – зеленым. Оттенокцвета зависит от продолжительности излучения. К сожалению, искусственноокрашенные голубые алмазы, в отличие от природных голубых, не приобретаютполупроводниковых свойств.

 При облучении нейтронами алмаз окрашивается взеленый цвет, густота которого также определяется продолжительностью излучения.Гамма – лучи придают алмазу равномерную голубовато – зеленую окраску.

 Прочие свойства

Алмаз – минералвесьма устойчивый. Он не поддается воздействию самых сильных кислот и их смесей(соляной, серной, азотной, плавиковой, ), даже доведенныхдо температуры кипения. Не реагирует он и со щелочами. В то же время алмазлегко окисляется и сгорает в смеси соды с расплавленной натриевой или калиевой селитрой.Расплавленные карбонаты щелочей при 1000 – 1200 С также окисляют алмаз. Принагревании до 800 С в присутствии железа или сплавов на его основе алмазрастворяется, поэтому алмазные резцы не применяются при обработке стали ичугуна.

 Алмаз с чистой поверхностью гидрофобен, т.ене смачивается водой. Из – за этого свойства он может проникать сквозь влажныеслои гравийно – песчаных отложений и концентрироваться вместе с минераламизначительно большей плотности гранатами, ильменитами. После называют минералами– спутниками алмаза: они помогают геологам отыскивать алмазные месторождения.

 В то же время алмазы способны прилипать кнекоторым видам жиров, на чем основаны некоторые способы извлечения алмазов израздробленной алмазоносной породы.

 Форма кристаллов

Большая частьалмазов встречается в природе в виде отдельных хорошо оформленных кристалловили их обломков. Преобладают октаэдры, ромбододекаэдры и кубы, а также ихкомбинации. Это кристаллы с ровными плоскими гранями. Так их и называют –плоскогранными. Реже встречаются кривогранные, округлые кристаллы, однако внекоторых месторождениях они преобладают. Зачастую кристаллы алмаза срастаютсядруг с другом или же как бы друг друга, образуясоответственно так называемые двойники срастания и прорастания.

 Практически во всех алмазных месторожденияхприсутствуют микро – и скрытокристаллические агрегаты, сложенные сотнями тесносросшихся мельчайших зерен алмаза. Бортом обычно называют неправильныемелкозернистые сростки ( по технической классификации к борту относятся такжетрещиноватые монокристаллы). Балласы представляют собой шарообразные агрегатырадиально – лучистого строения, пористое, коксовидное и шлаковидное строение.Наиболее ценятся массивные карбонада, покрытые эмалевидной корочкой, которая твержесамого алмазного ядра. Карбонада незаменимы для изготовления алмазных буровыхкоронок.

 Размеры алмазов.

Обычно размерыалмазных зерен варьируют от долей миллиметра до 0,5 – 1 см в поперечнике, новстречаются и очень крупные кристаллы.

 Единицей массы драгоценных камней, в томчисле и алмазов, является карат. По одной версии, термин “карат’’ происходит отгреческого слова “ кератониа” ( маленький рог ). Так называлась росшая вСредиземноморье акация, семена которой греки долгое время использовали в качествесвоеобразных гирек при взвешивании драгоценных камней. По другой версии. Слово“карат” ведет свою родословную от “куара” – так греки называли коралловоедерево ( Erytrina corallodendron). Масса семечек обоих деревьев удивительно постоянна и составляетв среднем 205 мг.

 Вплоть до начала ХХ века в различных странахиспользовались карты разной величины. Например, флорентийский карат равнялся197,2 мг, мадридский – 205,3, берлинский – 205,4, амстердамский – 205,7,венский – 206 мг. В 1914 г. был введен единый метрический карат, равный 200 мг(0,2 г). В Советском Союзе он официально действует с 1922 г. Алмаз массой водин карат имеет диаметр около 0,5 см

 Классификация алмазов.

Попыткиклассифицировать алмазы предпринимались с незапамятных времен. Так, древниеиндусы разделяли алмазы, как и людей, на четыре касты: брахманы, кшатрии,вайшии и шудры. К брахманам относились прозрачные высококачественные кристаллы,к кшатриям и вайшиям – камни более низкокачественные алмазы серого цвета.Соответственно шудры оценивались в четверть, вайшии – в половину, а кшатрии – втри четверти стоимости брахманов.

 В настоящее время существует множествоклассификаций алмазов, основанных на различных принципах. В настоящее времясуществует множество классификаций алмазов, основанных на различных принципах.В одних классификационных схемах сделаны попытки учесть все свойства алмазов, вдругих – в основу положен генетический принцип, т.е представления об условияхобразования тех или иных – групп алмазов. Ювелиры разделяют алмазы почти натысячу сортов в зависимости от прозрачности, тона, густоты и равномерностиокраски.

 Некоторые зарубежные фирмы используютклассификацию, в основу которой положены качество и ценность алмазов. Внастоящей стране принята классификация, где учитывается качество алмазов, ихмасса, размерность и сфера применения. По качеству выделяется девять категорийприродного алмазного сырья. К категориям 1 и 2 отнесены ювелирные алмазы, костальным—различные сорта технических. В свою очередь, категории подразделяютсяна группы с учетом массы и размеров кристаллов, а группы—на подгруппы суказанием области использования алмазов.

Бриллиантыразличного размера в натуральную величину в каратах:

 1 2 3 4 5 6

1

2

3

5

10