Алмаз что это химия

Алмаз

Минерал — это однородное по строению и составу вещество, входящее в состав горной породы, метеорита или руды, образованное в земной коре либо ее водной оболочке в результате естественных физико-химических процессов.

Ювелирные камни (как драгоценные, так и полудрагоценные) являются красивыми и редкими разновидностями того или иного минерала.

Представляет собой отношение массы вещества к занимаемому им объему. При сравнении двух объектов с одинаковым объемом тяжелее будет тот, чья плотность выше.

Относительная шкала твердости минералов, в которой 1 по Моосу соотносится с наименьшей твердостью, а 10 — с наибольшей.

Эталоном наибольшей твердости является алмаз, имеющий 10 единиц по Шкале Мооса.

История открытия алмаза

Точное время открытия алмаза на данный момент не установлено. Все дело в том, что вид необработанных минералов достаточно тривиален и не привлекает особого внимания. Первые упоминания об индийских камнях относятся еще к III тысячелетию до н.э., но использовать их в ювелирных украшениях начали лишь около 500 лет назад, после того, как мастера освоили методы бриллиантовой огранки.

В России особую любовь к ним питала Екатерина II, во время ее правления в обиход вошло понятие бриллианта, как синонима богатства и роскоши.

Название минерала на разных языках имеет схожее звучание и значение. Арабы именовали его «алмас», то есть «самый твердый», греки — «адамас», что значит «несокрушимый». Русское слово «алмаз» было введено в оборот в середине XV века путешественником Афанасием Никитиным в книге «Хождение за три моря».

Физико-химические свойства алмаза

Алмазы — прозрачные бесцветные минералы, реже имеют розовые и желтые оттенки, обладают ярким блеском и высокими показателями светопреломления.

Минерал состоит из атомов углерода, равноудаленных друг от друга на расстояние 0,15 нанометров. Атомы образуют кубическую кристаллическую решетку, обеспечивающую алмазу самую высокую твердость по шкале Мооса — 10 единиц. Однако, из-за совершенной спайности кристаллы очень хрупки, а ошибочное отождествление понятий твердости и хрупкости часто влекло за собой разрушение ценных камней.

Так была уничтожена коллекция бриллиантов французского герцога Карла Смелого, который вел междоусобную войну с королем. Наемники Людовика XI, желая проверить подлинность камней с помощью молота, превратили их в порошок.

Образование и месторождения алмаза

Трудно поверить, но алмаз и графит являются практически братьями-близнецами. И тот и другой представляют собой чистый углерод. Для того, чтобы графит кристаллизовался необходимы особые условия: давление 45 000−60 000 атмосфер и температура 900−1300 °С, которые обеспечиваются на глубине 80−150 км под землей. Вместе с вулканической магмой камни выбрасываются из земных недр, формируя при этом коренные месторождения — кимберлитовые трубки.

Ученым известны также минералы метеоритного происхождения, образующиеся при столкновении космического тела с поверхностью Земли. Температура в момент удара достигает 3000 °C, а давление до 100 ГПа, в этих условиях формируется алмазоносная импактная порода. «Неземные» камни были обнаружены в Большом Каньоне в США в осколках метеорита, упавшего около 30 тысяч лет назад. В Якутии тоже имеется свое подобное месторождение — Попигайская астроблема, образовавшаяся 35 млн. лет назад.

Разработка импактитов является нерентабельной из-за малого размера кристаллов, поэтому промышленная добыча ведется традиционными методами на «земных» месторождениях, которые встречаются практически на всех континентах, а наиболее крупные расположены в Южной Америке (Бразилия), России (Якутия), Африке (Ботсвана, Ангола).

На данный момент признанным монополистом на рынке является американская компания De Beers, контролирующая 75% мировой добычи и оборота алмазов. Во всем мире высоко ценятся и пользуются большим спросом камни российского производства. Основной алмазодобытчик России — компания «Алроса», добывающая 95% алмазов в стране.

Помимо качественных бесцветных камней при удачном стечении обстоятельств иногда удается добыть фантазийные ярко-желтые, ярко-розовые и голубые алмазы, составляющие всего 1% от общего объема. Еще более редкими являются красные камни — алмазодобывающая компания Rio Tinto выставляет их на своем тендере всего несколько штук в год. Самыми ценными же среди цветных алмазов являются фиолетовые камни — они настолько уникальны, что цена их нередко превышает 1 миллион долларов за карат.

Читайте также:  Бриллиант для чего полезно

Отдельного внимания заслуживают черные алмазы. Являясь долгое время фактически отходами при добыче классически бесцветных камней, сегодня черные алмазы, и, как следствие, бриллианты задают собственный тренд в украшениях. Ювелирные изделия с черными бриллиантами зачастую становятся выбором тех, кто хочет выделиться из толпы и не любит идти на поводу у общепринятых канонов и правил.

Искусственные алмазы

Научные опыты по созданию искусственных алмазов начались в 1797 году, но первый минерал, выращенный в лаборатории, и метод его получения был запатентован американской компанией General Electric лишь в 1956 году. С тех пор технологии продвинулись настолько далеко, что сегодня многие искусственно выращенные камни совершенно неотличимы от природных без специального оборудования и большого опыта, а обычные способы распознания подделки работают далеко не всегда.

Однако, насыщение рынка такими камнями сдерживается законом спроса и предложения, так как падение цен на бриллианты невыгодно ни добытчикам натуральных ни производителям искусственных камней.

Известные аналоги природных алмазов

Стоит упомянуть наиболее распространенные камни, которые используются в украшениях вместо бриллиантов. Во-первых, это всем известные фианиты, впервые синтезированные в российском институте ФИАН. Во-вторых, это муассаниты, которые особенно сложно отличить от настоящего драгоценного камня, не имея нужных для этого знаний.

Примерное сравнение натурального бриллианта, муассанита и фианита

Кроме того, сравнительно недавно появились алмазы ASHA, поверхность которых покрыта слоем атомов углерода (из которого и состоит природный минерал), что фактически делает подобный камень композитным материалом и при этом дарит ему больше блеска и «огня» по сравнению с теми же фианитами.

Отдельно стоит упомянуть ВДВТ (высокое давление, высокая температура) алмазы. Этот метод был разработан в 1950-е годы и фактически полученные в результате обработки камни являются абсолютно натуральными.

Суть метода понять не сложно, если вспомнить об условиях формирования камня. В природе алмаз формируется под влиянием колоссального давления и температуры в течение определенного времени. Иногда такие камни попадают на поверхность раньше времени, представляя собой по сути «полуфабрикат». И для того, чтобы превратить его в красивый сверкающий алмаз, который в последствии будет огранен и инкрустирован, камень повторно подвергают воздействию высокого давления и высокой температуры, аналогичных природным, но уже в лаборатории. Такой алмаз остается полностью натуральным, но как бы «доработанным» людьми.

Наглядное сравнение настоящего бриллианта (в центре) с его аналогами: 1 — фианит (кубический цирконий), 2 — муассанит, 3— бриллиант ASHA, 4 —лабораторно выращенный бриллиант

Магические и целебные свойства алмаза

Литотерапевты считают, что алмаз ускоряет обновление клеток организма, способствует его очищению, борется с инфекциями и паразитами. Во многих учениях он используется как омолаживающее средство.

Йоги при помощи алмаза лечат психические заболевания, сердце, почки, очищают печень. Воины носили перстни с бриллиантом, веря, что он придаст им силы духа и сделает непобедимыми. Кроме того, камень приносит владельцу счастье и оберегает от скверных привычек и поступков.

Кому алмаз и бриллиант принесут пользу

Алмаз, как и бриллиант, — это камень смелых и решительных. Он требует к себе уважительного отношения и может оказаться бесполезным в руках слабого, неуверенного человека.

Каким знакам зодиака подходит бриллиант

Алмаз — главный зодиакальный камень, управляющий всем кругом. Талисман с ним или с ограненным бриллиантом в первую очередь подходит Овнам, во-вторую — Львам. Еще один знак, с которым дружит «король драгоценных камней», — Весы.

Что касается остальных знаков зодиака, то в целом, алмазы и бриллианты могут носить все, но стоит иметь в виду, что большой пользы это тоже не принесет.

Источник

Состав, структурная формула и прочие особенности алмаза

Алмаз — это простое вещество-неметалл, которое почти полностью состоит из углерода. Этот минерал известен благодаря своему широкому использованию в ювелирном деле, а также из-за своих необычных физических свойств, среди которых выделяется высочайшая прочность. При этом химическая формула алмаза такая же, как у обычного графита — C, а его уникальность и ценность обусловлена исключительно строением кристаллической решётки.

Формула и структура минерала

Углерод, он же карбон — это элемент, имеющий в таблице Менделеева шестой порядковый номер и записывающийся как C. Именно из него целиком состоит алмаз — количество примесей, если они есть, настолько мало, что они не учитываются в формуле. Помимо алмаза, углерод принимает такие аллотропные, то есть состоящие из одного вещества, формы:

  • древесный уголь;
  • сажа;
  • графит;
  • графен;
  • карбин;
  • кокс;
  • алмаз гексагональный, или лонсдейлит;
  • фуллерен;
  • поликумулен;
  • УНТ или углеродные нанотрубки.
Читайте также:  Где могут быть алмазы

Некоторым трудно поверить, что прозрачный и прочный алмаз имеет одинаковый состав с обычной сажей, углём или графитом, но это так. Дело в том, что, в отличие от прочих веществ, состоящих из углерода, атомы алмаза образуют кубическую упорядоченную структуру, чем и объясняются его необычные качества и внешний вид.

Кристаллическая решётка минерала имеет кубическую форму. Каждый атом в её структуре находится в центре тетраэдра, вершины которого представляют собой 4 других атома, при этом между ними образуется надёжная сигма-связь. Расстояние между всеми атомами одинаково и составляет примерно 0,15 нм. Кроме того, для решётки минерала характерна кубическая симметрия. Все эти качества и особенности структурной формулы алмаза и обусловливают его огромную прочность по сравнению с веществами-«родственниками».

Характеристики вещества

Алмаз — это очень необычное вещество, не имеющее ни природных, ни искусственно созданных аналогов. Его происхождение неизвестно, но есть несколько гипотез, среди которых выделяются две наиболее правдоподобные: нагревание карбона при высоком давлении из-за подъёма магмы на поверхность планеты и падение на Землю большого количества содержащих этот минерал метеоритов.

От подделок и имитаций настоящий драгоценный камень отличают с помощью «алмазного щупа», который измеряет его теплопроводность. Ещё иногда используют пробу специальным жировым фломастером, который должен оставлять на поверхности минерала сплошную линию. Оба метода позволяют подтвердить наличие у вещества особенностей, характерных только для подлинного алмаза.

Химические и физические свойства

Стоит отметить, что алмаз состоит из атомов, а не из молекул углерода — последние очень редки и в природе почти не встречаются. Кроме того, строение драгоценного камня наделило его множеством уникальных свойств, среди которых выделяются:

  • Наивысшая твёрдость среди минералов по шкале Мооса — 3,47 — 3,55 г/см³. Это значит, что поцарапать поверхность алмаза способен только другой алмаз.
  • При этом минерал очень хрупок, и его можно разбить. Раскалывается кристалл строго по определённым плоскостям.
  • Ещё для него характерна очень высокая устойчивость к воздействию как кислотной, так и щелочной среды, а также отличная износостойкость.
  • Минерал отталкивает воду, но при этом прилипает к жиру.
  • При обычном давлении алмаз не плавится, а сублимирует (сразу превращается в газ, минуя жидкое состояние) при температуре в примерно 3500 °C. Если нагревание проводится при отсутствии кислорода с давлением в 11 ГПа, его температура плавления составляет 3700—4000 °C.
  • При этом если есть свободный доступ кислорода, минерал горит при температуре всего 750—800 °C. В процессе сгорания он выделяет углекислоту.
  • Ещё для него характерна очень высокая теплопроводность. Благодаря ей минерал не нагревается в руках — это самый простой способ проверить его подлинность. Кроме того, у вещества плохая проводимость электричества.
  • Отличает алмаз и крайне небольшой коэффициент трения по металлу: если присутствует воздух, оно составляет всего 0,1. Ещё у него самая низкая среди всех веществ способность к деформации (и, соответственно, самый высокий модуль упругости) и сжимаемость.

Особенности внешнего вида

Алмаз известен в первую очередь благодаря своему внешнему виду, сделавшему его очень популярным и роскошным ювелирным украшением. Среди прочих драгоценных минералов его выделяют высокие показатели прозрачности и преломления цвета, а также дисперсии. Именно благодаря ей огранённый камень обладает очень красивой люминесценцией, то есть сверкает всеми цветами радуги, переливаясь на свету.

В идеале драгоценный камень должен состоять из чистого углерода, но в природе такое встречается редко. Примеси в минерале могут как отрицательно влиять на его качество, снижая цену, так и придавать ему красивые и необычные оттенки. Ещё на цвет иногда может повлиять радиоактивное излучение. Обычно натуральные алмазы — жёлтые, но встречаются и голубые, синие, зелёные, розовые и даже красные экземпляры. Несмотря на разнообразие оттенков, чистый минерал всегда должен быть прозрачен.

В природе алмазы имеют самые разные формы. Чаще всего встречается кристалл с восемью гранями в форме правильного треугольника. На втором месте — ромбододекаэдр с двенадцатью гранями. Бывают также кубические и круглые камни, но они очень редки. При огранке минерала потери вещества стараются свести к минимуму, чтобы максимизировать прибыль от производства бриллиантов.

Читайте также:  Дина рубина любка читаем ком

Добыча и производство

История добычи и продажи этих драгоценных камней насчитывает тысячи лет. Впервые их обнаружили в Индии — точная дата неизвестна, но описание кристалла было сделано ещё в IV до н. э. Ещё тогда он считался очень ценным, даже несмотря на то, что люди того времени не умели гранить минерал и только шлифовали его. Известно, что алмазы были популярны ещё и в древнем Египте, а в Европу их завезли во времена Александра Македонского.

Гранить кристаллы научились с XVII века, и с тех пор это искусство постоянно совершенствовалось. На протяжении столетий появлялись всё новые формы и способы обработки драгоценного минерала, до тех пор, пока в 1919 году Марсель Толковский не изобрёл идеальную огранку бриллиантов, которую применяют и сейчас.

В природных условиях

Алмазы относятся к природным ископаемым. Основная часть драгоценных камней — около 90% — содержится в кимберлитовых трубках, также их некоторое количество можно найти в лампроитах и россыпях. Наличие этого ценного минерала в горной породе определяют с помощью рентгеновских лучей. При этом бо́льшая часть добытых камней идёт не в ювелирное дело, а на промышленность — это происходит из-за наличия в них большого количества (>5% в целом или >2% вещества одного типа) примесей, а также структурных дефектов. Промышленные кристаллы бывают таких типов:

  • борт — мелкая алмазная крошка, которую невозможно огранить, используется для резки некоторых огнеупорных материалов;
  • баллас — мелкозернистые кристаллы, оболочка которых твёрже ядра, обычно имеют мутно-белый или серый цвет и используются для производства буровых коронок;
  • карбонадо — непрозрачный или полупрозрачный чёрный алмаз, похожий на уголь, обычно содержит много примесей железа, графита или сульфитов.

Искусственный синтез

В лабораториях можно получить алмаз из графита. Это достигает путём влияния на его кристаллическую решётку, но такой переход представляет собой очень дорогой, трудоёмкий и энергозатратный процесс. Более дешёвые кристаллы, по своим свойствам напоминающие алмаз, можно искусственно выращивать. В целом лабораторное создание этих драгоценных камней можно поделить на три типа:

  • HPTH (High Temperature High Pressure, что переводится как высокая температура и давление) — создание условий, похожих на природную среду формирования минерала, с помощью особых приборов. Синтез вещества при этом происходит из графита, оседающего на кристаллической решётке затравочного алмаза.
  • CVD (Chemical vapor deposition или химическое парофазное осаждение) — получение вещества из паров метана химическим путём. Этот способ также использует осаждения графита.
  • Взрывной синтез — переход структуры углерода из графита в алмаз при ударно-волновом нагружении.

Ни один из этих способов пока что не может создать камни, по своему качеству близкие к натуральным, потому их редко используют в ювелирном деле. Кроме того, все виды производства далеки от массовых, потому старания учёных в этом деле пока продолжаются.

Применение алмаза

Огранённый алмаз, он же бриллиант — это очень популярный драгоценный камень, являющийся также одним из самых дорогих. Хотя на продажу в качестве ювелирных украшений поступает только малая часть минерала, именно она составляет основную часть дохода с его добычи. В значительной степени дороговизна камня обусловлена монополизацией производства бриллиантов — более 50% их оборота принадлежит одной компании.

Помимо ювелирного дела, есть ещё множество отраслей, в которой минерал нашёл своё применение. В основном ценится его высочайшая прочность, обусловленная структурной формулой алмаза. В химии его применяют для защиты от кислот и некоторых очень едких веществ. В промышленности алмазную плёнку наносят на резцы, свёрла, ножи, части добывающих установок и другие подобные инструменты Алмазную крошку используют как абразив для шлифования точильных поверхностей.

Используют его и в создании медицинских инструментов, так как острота и прочность алмазных изделий может обеспечить максимально точные надрезы при операциях. Ещё его применяют для изготовления деталей для современных квантовых компьютеров и часов, в ядерной промышленности, а также во многих других отраслях.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл и камни