Алмаз

Повторяя природу

Бурное развитие техники, промышленности требует все большего количества алмазов. Также никогда не падает спрос на бриллианты, используемые при изготовлении ювелирных украшений. Однако природные месторождения самоцветов истощаются с каждым годом. Остается единственный выход – производство синтетических камней.

Существует два основных способа, в результате которых можно получить искусственный алмаз. Первый повторяет условия, при которых камень образуется в природе. В специальных камерах, способных выдержать экстремальные параметры, воссоздается высокая температура и давление в 50 000 атмосфер. При этом графит вступает в реакцию с металлом, служащим катализатором, и осаждается на мелком кристалле алмаза, который является основой для будущего синтетического камня. Процесс выращивания занимает в лаборатории до 10 суток.

Второй известный способ – метод осаждения.

Тем не менее искусственный алмаз получить не так просто, все эти методы довольно дорогостоящие.

Физические свойства алмаза

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.

Как возникли синтетические алмазы

Искусственные алмазы

История возникновения синтетических минералов берёт своё начало ещё с 1797 года. Именно тогда, учёные начали исследовать строение натуральных материалов, выяснили, что алмаз состоит полностью из углерода. Но, не было возможности при помощи производственных мощностей произвести углерод. Поэтому от теории к практике создания искусственного минерала работа не продвинулась.

Вновь заговорили о возможности создания твёрдого элемента в лабораторных условиях в 1926 году. Команда французских учёных приблизилась к истине, но сделать камень, который удовлетворял бы по внешнему виду и был правильным, с технической стороны вопроса, не удалось. Проблема заключалась в том, что кристаллические решётки прочного минерала невозможно было передать при помощи оборудования того времени.

В 1942 году, патент на исследования оказался у компании General Electrics. Несмотря на неспокойную военную обстановку, фирма начала тщательные исследования. Специалисты выяснили, что необходимыми техническими характеристиками можно наделить вещество только при большом давлении, и поднимая температуру. Создали небывалые для того времени лабораторные условия: давление в 5 гПа и нагревание до 3 тысяч градус по Цельсию. Первый алмаз, имеющий доскональные параметры прочности преломления света, структуры, был создан только через десятилетие — в 1951 году.

Учёные синтезируют искусственные алмазы

Через три года, компания с технологией производства искусственных алмазов выходит на рынок. В ювелирном деле использовать камни не получалось, так как размеры созданных искусственных компонентов были малы. Зато ими заинтересовались промышленные и даже военные фирмы. Искусственный алмаз стал использоваться и для производства медицинской техники.

Удалось решить проблему с миниатюрными размерами только к 1970 году. Камни стали выпускать размером более 1 карата, чего хватило ювелирам, чтобы начать делать со вставками из искусственного камня украшения.

Где добывают?

Многие считают, что “площадка”, где добывают алмазы, – это Азия. Но это не так. В основном алмаз добывают на территории таких государств, как Австралия, Россия, ЮАР. Месторождения промышленного значения есть на всех континентах. В свое время большая часть минерала добывалась в Индии, но на данный момент месторождения остались полностью опустошенными.

Алмаз по старинке добывался вручную многочисленными старателями, но с появлением новых технологий, совершенствованием способов добычи и правильного обрамления камень стал невероятно популярным и очень дорогим в ювелирной индустрии.

История алмаза покрыта тайнами. Проверенные источники и ученые уверяют, что впервые его обнаружили в Азии

Ежегодно в мире добывают около 100 млн. карат (приблизительно 20 тонн) этого драгоценного представителя мира роскоши. Из них 40 млн. выпадает на страны Африки, остальное выпадает на обогащение ресурсов России и Австралии.

Цены колеблются в зависимости от качества и веса. За 1 карат необработанного материала готовы заплатить 100 долларов США. Но если камень обработанный, он переходит в официальную категорию роскоши под названием «бриллиант». Здесь уже на стоимость карата влияют цвет, обрамление, чистота, прозрачность. В данном случае цена достигает от 400 до 1000 долларов. За такую красоту ювелиры готовы заплатить космическую цену, ведь потом эксклюзив они продают вдвое дороже, а то и больше. Самым редким алмазом считается красный. На мировом рынке торговли выставляется всего несколько штук в год.

Также существуют технические алмазы. Они используются в проволоках, дисках для инструментов и как полупроводники в промышленности, электронике.

Существует категория, которая первоначально определяет изделие, она называется «ювелирный алмаз». На ее долю приходится порядка 25% всех добываемых камней. Кристаллы подвергают огранке, чтобы получить дорогостоящий бриллиант. К сожалению, при обработке исходный камень теряет практически половину своей первоначальной массы.

Свойства

Алмаз характеризуется рядом важных свойств.

Химические

Помимо углерода, в алмазе могут содержаться различные примеси. Главной из них является азот, который образует центры, отвечающие за окраску камня.

Неограненные кристаллы являются непрозрачными, принадлежат к типу I, то есть азот в них содержится в количестве 0,25%. Все остальные – к типу II, то есть включения этого вещества в них не превышают 0,001%.

Физические

Алмазы бывают не только бесцветными, но и с тем или иным оттенком. Среди них встречаются лиловые, желтые, коричневые, голубые, розовые, зеленые, молочные, серые – вплоть до черных. На сегодня известно, что при облучении заряженными частицами камень становится голубым или зеленым. Как преобразовать его из цветного в синий – до сих пор неизвестно.

Алмазные кристаллы могут люминесцировать (светиться), когда на них попадают рентгеновские лучи. А позже может наблюдаться фосфоресценция, иначе говоря, послесвечение.

Самое известное физическое свойство, которое присуще алмазу, – это, конечно же, твердость. По 10-балльной шкале Мооса он является эталоном, то есть имеет самое высокое значение – 10. Это самый твердый самоцвет, но при этом он очень хрупок. Плотность (или, как еще называют, удельный вес) прозрачных кристаллов имеет отметку в 3515 кг/м3, а непрозрачных и полупрозрачных – в 3500 кг/м3.

Алмаз – диэлектрик и не проводит электричество. Устойчив ко всем кислотам даже при высоких температурных показателях. Обладает хорошей теплопроводностью. Может переходить в графит при 1880 градусах и атмосферном давлении

А при температуре 850 градусов алмаз может сгореть, но что важно – произойти это может только на воздухе

Магические

Многие люди верят, что алмаз, как и любой другой камень, обладает еще и магической стороной. Считается, что этот минерал – символ смелости и совершенности, который укрепляет силу духа своего хозяина, подчеркивает его мужественность и силу, а также делает счастливым, удачливым и охраняет его от недоброго взгляда и порчи.

Если человек дарит другому такой камень, то считается, что они связывают себя прочнейшим союзом. Подарок в виде бриллианта считается символом любви и верности.

Лечебные

Не менее интересным является тот факт, что алмазы обладают также лечебными свойствами: укрепляют иммунитет, снимают усталость, лечат бессонницу и помогают организму бороться с инфекциями.

О характеристиках

Эстетика камня сильно зависит от того, как построены атомы в кристаллической решетке. Она имеет кубическую форму, где четыре атома углерода располагаются в центре и восемь – в вершинах куба. Кроме углерода, в его составе можно обнаружить небольшие вкрапления железа, магния и кальция.

Камень разнообразен по цветовой гамме. В основном находят или добывают кристаллы совсем без цвета или желтоватого оттенка. Иногда они бывают синими, с красным отливом или голубым, розовыми, серыми, коричневыми и черными. Большой редкостью отличаются алмазы зеленого цвета. Также кристаллы различают по степени чистоты. У большинства камней окраска неравномерная, иногда доминирует один цвет.

Алмаз – это минерал наивысшей твердости с 10-балльной оценкой по шкале Мооса, по сравнению с иными камнями. С греческого его называют «неуязвимый». Но если его уронить, он разобьется. Можно заставить его гореть, применив простое увеличительное стекло и разогрев его до 700°С. Для древнегреческих властителей этот камень олицетворял могущество.

В мире нет двух одинаковых камней. У каждого из них имеются свои уникальные «включения», делающие его непохожим на другие камни. Включения – это внутренние пустоты, инородные вещества и трещины. Алмаз не боится сильных кислот, но щелочной раствор соды или селитры может окислить самоцвет.

У камня имеются люминесцентные свойства, позволяющие ему служить индикатором радиоактивности. При этом камень начинает испускать световые импульсы и слабый электрический ток.

Правила ухода

Для того чтобы украшения с рассматриваемым камнем долго оставались новыми, а бриллианты всё так же ярко сверкали на солнце, необходимо соблюдать ряд некоторых правил и рекомендаций специалистов.

• По возможности снимайте украшения дома, чтобы камень как можно меньше контактировал с агрессивными средствами бытовой химии.
• Хранить украшения желательно не просто на открытой полочке, а в специальном контейнере или мешочке. Так на драгоценности будет оседать меньше пыли.
• Также лучше, чтобы для каждого ювелирного изделия предназначалась своя коробочка или мешочек. Так вы предотвратите трение одного изделия об другое, в результате чего могут образоваться микротрещины и сколы.
• Необходимо раз в полгода производить чистку в ультразвуковой ванночке (это можно сделать у ювелира). В домашних условиях будет достаточно регулярно мыть и чистить украшения с помощью мыльного раствора.
• Старайтесь не подвергать ювелирные изделия с бриллиантами механическим воздействиям и ударам. Алмаз хоть и самый твердый из минералов, но еще и очень хрупкий.

Способы выращивания синтетических алмазов

Искусственный алмаз называется камнем, для производства которого нужно не так много действий. Однако, должны соблюдаться чёткие лабораторные условия. Колебания даже на сотую градуса температуры приведут к плачевному результату.

Востребованная технология — под воздействием давления и высокой температуры. Материал – кристаллический углерод – помещают в сосуд, а потом выкладывают под пресс. На решётку подаётся вода сильной струёй. Она воздействует на кристаллический углерод под большим давлением. Чтобы ещё больше увеличить этот показатель, добавляют хладагенты. Давление повышается в 10 раз и достигает 5 гПа.

После достижения необходимого показателя давления к кристаллической решётке подключается электрическая шина. По ней подается ток. В результате этого, материал быстро нагревается. Графит переходит в стояние твёрдого камня. На заключительном этапе конструкции размораживают, сливают жидкость, которая осталась от хладагентов. Искусственные алмазы вынимают, дополнительно обрабатывают.

Процесс изготовления искусственных алмазов на заводе

Выращивание алмаза метаном

Выращивание алмаза метаном — доступная технология. Её использование не вызывает затруднений, но следует соблюдать правила безопасности. Метановая технология представляет собой способ, при котором кристалл искусственного камня получается под действием взрыва вещества.

Взрыв метана приводит к нарушению целостности углеродной решётки. Искусственный алмаз нарастает, процедуру повторяют вновь. Не требуется соблюдать особые температурные показатели.

Существует несколько технологий взрыва метаном. Первая заключается в том, что происходит импульсный толчок. Камней получается много, но они небольшого размера. Второй способ состоит в том, что алмаз обдувают метаном при температуре от 1100 градусов по Цельсию. Второй метод затратный и требует соблюдения лабораторных условий. Но в результате получается камень любого размера, который продают по выгодой цене.

Мода на необработанные камни

Сегодня каждый стремится выделиться своей индивидуальностью, быть не таким, как все. А где есть спрос, там и предложения. Относительно недавно ювелиры стали включать в состав украшения необработанные алмазы, иногда едва отполировав. Также мода на подобные изделия исходит от мастеров-одиночек и ювелиров, торгующих через интернет по фото алмаза, где стоить они будут немало.

Конечно, чтобы такие украшения смотрелись выгодно и привлекательно, необходимо обладать тонким вкусом и правильно подобрать все материалы и дизайн к камню. Необходимо выгодно подчеркнуть природную красоту, естественную форму и магическое свечение внутри камня.

Применение самоцветов в промышленности

Широкое применение алмазы получили благодаря невероятной прочности. Детали, которые покрыты крошкой, имеют длительный период эксплуатации. К преимуществам относят также небольшой шум во время работы, высокую скорость выполнения заданий и невероятную точность распила. После себя камень не оставляет трещин, сколов и других деформаций на поверхности.

Для изготовления инструментов и комплектующих к ним

В нынешнее время используют алмазные инструменты для сверления бетона. При обработке такой поверхности не появляется пыль, и отсутствует вибрация.

Зачастую сверла с алмазной крошкой применяют для:

• создания отверстий водоснабжения;
• установки кондиционеров;
• взятия проб из скальных пород.

Также данный драгоценный материал нашел применение в космической сфере. Алмазом покрывают различные приборы, чтобы они приобрели высокую прочность и прослужили как можно дольше.

Телекоммуникации

Данный вид кристалла помогает проводить через один кабель несколько линий связи разной частоты. Он не поддается резким перепадам температуры и не реагирует на скачки напряжения. Камень также используют в фотоэлементах и деталях для оптических приборов.

Для того чтобы получить желаемый результат, достаточно использовать частицу камня, которая будет незаметна даже человеческому глазу.

Медицина

В данной области алмаз является незаменимой вещью. Хирургические скальпели обрабатываются подобным камнем

Благодаря ему, острые лезвия дают тонкие разрезы, что важно в медицине

Последняя разработка ученых – медицинский лазер. Основная составляющая его – именно алмаз, который выступает в виде проводника.

Ядерная промышленность

В этой сфере алмаз используется для создания ядерных излучений. При заряжении частицы в камне образуется вспышка, от которой появляется импульс тока. Подобную реакцию не вызывает какой-либо другой самоцвет.

Химическая и физическая сфера

Так как алмаз, по сравнению с другими камнями и материалами, не поддается воздействию различных кислот, его используют как защитный элемент. Все детали, которые созданы на основе алмаза, не дают погрешностей и работают надлежащим образом многие годы.

Алмазы нередко применяют в электронике.

Алмаз применяется во многих отраслях, и все это благодаря высоким показателям самоцвета. При верном использовании даже малая частичка даст желаемый результат. Главное – соблюдать определенные правила обработки самоцвета и его применения в разных промышленных сферах.

https://youtube.com/watch?v=HQUxSdI1lko

Другие характеристики

Если алмаз самый твердый минерал, означает ли это, что если его невозможно сломать? К сожалению, это не так. Дело в том, что в разных направлениях кристалла его твердость неодинакова. На этом свойстве как раз и основана его огранка, шлифовка и распиловка.

Поэтому прочность алмаза невелика, от сильного удара он может расколоться на части. Это несколько ограничивает его применение. Высокая твердость обуславливает его высокую износостойкость и сопротивление стиранию, но не гарантирует, что алмаз не сломается.

Кажется, что если алмаз имеет такую высокую твердость то как минимум должен быть очень плотным. На самом деле его плотность составляет всего около 3,5 грамма на сантиметр кубический. Это в три раза больше, чем воды, но, например, в шесть раз меньше, чем у золота.

Тем не менее для камня такая плотность является достаточной, можно даже сказать большой, что также влияет на его прочность. Бриллианты имеют характерный блеск и игру цвета, которые объясняются таким параметром, как показатель преломления. Показатель преломления бриллиантов составляет примерно 2,4, что является наибольшим значением для драгоценного камня. Еще одним важным параметром является дисперсия. Дисперсия представляет собой различие показателей преломления в зависимости от длины волны применяемого освещения.

Шкала Мооса

Чем больше показатель дисперсии, тем сильнее выражена игра цветов. У алмазов этот показатель высокий, что и дает ему уникальное сияние. Сочетание преломления и дисперсии, а также твердости минерала, которая позволяет отполировать его без малейшего изъяна или трещины, составляют вместе тот необходимый набор, который делает этот камень самым дорогим в мире.

Алмаз имеет еще одно интересное свойство — он характеризуется самой высокой теплопроводностью, которая является наибольшей среди всех твердых тел. Это позволяет рассматривать его в качестве перспективного полупроводника для применения в электронике. Однако это возможно только при условии, что научатся синтезировать дешевые алмазы. Кремниевые полупроводники могут работать при температуре до 100 градусов по Цельсия в то время, как микросхема на алмазах будет выдерживать намного большие температуры.

Алмаз не растворяется в кислотах и щелочах. Обладает низким коэффициентом трения в воздухе, что происходит за счёт образования пленок абсорбера на поверхности камня. Температура плавления составляет 3500-4000 градусов Цельсия при определенных условиях давления. Если он находится на воздухе при температуре около 860 градусов, начинается процесс горения. Если его нагревать до высокой температуры без доступа кислорода, он переходит в углерод за несколько минут.

Виды

В настоящее время существует множество разновидностей алмазов, которые известны человеку. Виды характеризуются в зависимости от выбранного параметра.

Итак, по весу алмазы делятся на следующие разновидности:

1. мелкие, вес которых не превышает 0,29 карата;
2. среднего размера, которые весят в пределах 0,3-0,99 карат;
3. крупные, вес которых превышает 1 карат.

Обратите внимание, что один карат по системе измерения (СИ) составляет 0,0002 кг

Некоторые самоцветы различают по типу кристаллической решетки.

• Борт – кристалл с мелкозернистой структурой, имеющий в своем составе вкрапления графита, трещины и прочие дефекты. С точки зрения ювелирной промышленности, такой камень является «неполноценным».
• Карбонадо – темно-зеленые или серовато-черные минералы, состоящие из аморфного углерода, а также графита. Обладают высоким сопротивлением и высоко ценятся в промышленности.
• Баллас – камни округлой формы, полупрозрачные, реже – непрозрачные или полностью прозрачные. По цвету преимущественно черные, серые, зеленоватые.

Различают алмазы и по цвету.

1. Прозрачные («кейп»).
2. Окрашенные в различные оттенки (фантазийные). Такие камни бывают розового, желтого, зеленого, красного, голубого тонов. Камни, которые наиболее ярко окрашены, считаются такими же ценными, как и полностью прозрачные.

Также алмазы следует различать по форме огранки.

Круглые (57 граней). Такой камень способен отражать практически весь свет, который на него попадает.

Фантазийные:

«маркиз» имеет челночную форму;

Строение алмаза и его характеристика

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.