Как найти показатель преломления алмаза
Оптические свойства
Характерные оптические свойства алмаза вместе с его твердостью и обусловили те его качества как драгоценного камня, которые ценятся с давних пор и до настоящего времени. Второго такого камня в природе нет.
Средний показатель преломления бесцветных кристаллов в желтом свете 2,4175±0,0003. С увеличением примесей показатель преломления повышается до максимальной величины 2,421, а для желтоватых алмазов он колеблется в пределах 2,419-2,421 и чаще 2,417.
Способность кристаллов разлагать белый свет на отдельные цветовые лучи называется дисперсией. Дисперсия алмаза равна 0,063. Показатели преломления алмаза для различных лучей неодинаковы:
Как показатели преломления, так и дисперсия алмаза намного превышают такие же свойства других прозрачных тел (табл. 5).
Таблица 5. Оптические свойства алмаза и других минералов
Блеск отполированного алмаза настолько характерен, что он получил название «алмазного». Он обусловлен сочетанием высокого преломления с чрезвычайно сильной дисперсией. Луч света, попадая в кристалл алмаза, претерпевает у противоположной поверхности кристалла полное внутреннее отражение, а при обратном выходе разлагается на составляющие спектр лучи и дает ту красивую радужную игру цветов, блеск которой характерен только для алмаза. Этим и объясняется «игра» бриллианта.
Угол полного внутреннего отражения для алмаза при показателе преломления 2,42 равен 24°51′ (показатель преломления воды и воздуха соответственно 1,33 и 1).
Алмаз, в противоположность стеклу, прозрачен для рентгеновских лучей. Он флюоресцирует под действием ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, а также α-, β- и γ-излучения. Некоторые алмазы флюоресцируют в ультрафиолетовых лучах (365 нм) синим или желто-зеленым светом, а многие светятся в темноте после пребывания на солнце (фосфоросценция), принимая молочный оттенок. Ряд кристаллов алмаза испускает свет при их нагревании, вызывая явление термолюминесценции. Под действием радона алмаз приобретает зеленый оттенок, который не пропадает даже при нагревании его до красного каления. Окраска, вызванная бомбардировкой α-частицами, пропадает только при повторной полировке или при нагревании в течение нескольких часов до температуры 540°С, но при обычных условиях она сохраняется более или менее неопределенное время.
Источник
АЛМАЗ и БРИЛЛИАНТ
Алмаз — царь камней
Удивительный минерал, известен человечеству уже более 5 тысячелетий.
При описании алмаза всегда используют эпитет превосходной степени «самый» — самый твёрдый, самый блестящий, самый редкий, самый дорогой и прочее-прочее.
Алмаз прочно удерживает первенство в ряду всех драгоценных камней с тех пор, как его искусно огранённые формы, известные как бриллианты, выявили всё совершенство свойств этого минерала.
Именно поэтому посвящаем волшебному камню отдельное описание.
Алмаз сочетает исключительную твёрдость, высокое светопреломление, сильную дисперсию и яркий блеск.
« Сырой » алмаз часто имеет непрезентабельный, невзрачный вид и непривлекателен для глаз.
Именно поэтому не трудно понять, почему персы ещё в XIII веке располагали алмаз в ряду драгоценных камней после жемчуга, изумруда и рубина.
от древне-греческого: ἀδάμας [adamas] — «неодолимый», «несокрушимый»
через арабабский ألماس [’almās]
и турецкого elmas
В Древней Индии алмазам приписывал фантастические магические свойства, поэтому все сведения об их добыче оберегали, тщательно скрывали.
В Европу алмазы попали в V — VI веках до нашей эры. Плиний Старший в своей «Естественной истории» описал известные в те времена свойства алмазов.
Посетители Британского Национального музея могут увидеть бронзовую статуэтку, найденную в Древней Греции, с двумя неограненными алмазами вместо глаз.
На Руси слово алмаз впервые было упомянуто в путевых записках под названием «Хождение за три моря» тверского купца Афанасия Никитина, жившего в середине XV века. В «Лапидариях» (XI — XIII века, популярный жанр литературы эпохи Средневековья и Возрождения) алмазы были разделены на женские и мужские.
Древние жители думали, что алмаз вселяет в своего владельца дополнительную силу, твёрдость и мужество, защищает от враждебных сил, усиливает остроту ума, укрощает ярость и сластолюбие, дает воздержание и целомудрие.
Персы в XVI веке считали, что долгое и пристальное созерцание прозрачного алмаза разгоняет хандру, снимает с глаз пелену мрака, делает человека проницательнее и настраивает на весёлый нрав. А алмаз, прикреплённый к руке женщины, помогает разрешиться от бремени.
Также в те далёкие времена люди верили, что из двух воюющих сторон побеждает та, у которой алмаз больше.
Ослепляющая красота алмаза открывается только тогда, когда камень огранён в форму бриллианта. Название «алмаз» происходит от «адамас» — так называли минерал, который, как пологали во времена Плиния, превосходил по качеству другие камни.
Однако определение «адамас» Плиний часто применял для обозначения других минералов, помимо несравненного камня, который со времён Средневековья также известен как «diamond».
Название «diamond» происходит от латинского слова «adamantem» и его распространённой формы «adiamentem». Слово «борт» происходит, вероятнее всего, от старофранцузского «bord» или «bort», что означает «неполноценный». «Карбонадо» — португальское слово, означающее «углистый», употреблялось для обозначения плотных, зернистых разновидностей алмаза, встречающихся в Бразилии.
Свойства алмазов, диагностика
В настоящее время этот замечательный минерал изучен досконально.
Из всех драгоценных камней алмаз имеет самый простой химический состав.
Алмаз на 96-99.8% состоит из углерода. Алмаз является кристаллическим углеродом. В его кристаллической решётке атомы углерода прочно объединены силами ковалентных связей. Каждый атом соединён с четырьмя окружающими его атомами.
Кристаллы алмаза разнообразны, помимо плоскогранных, распространены кривогранные формы.
В качестве примесей алмаза, определяющих цвет и оттенок, в нём установлены в различных количествах до 0.3% более 25 элементов таблицы Менделеева, такие как: (водород) H, (алюминий) Al, (кремний) Si, (золото) Au, (серебро) Ag, (титан) Ti, (свинец) Pb и другие. В алмазе часто присутствуют примеси, в основном — окись железа и кремнезём со следами извести и магнезии, доля примесей не превышает 5%.
Алмаз бесцветен, либо, что бывает редко, обладает цветными оттенками разной степени интенсивности.
Совершенно бесцветные алмазы – большая редкость. Как правило, у них наблюдается какой-либо оттенок (нацвет). Алмаз может быть окрашен в жёлтоватые, сероватые, зеленоватые, сиреневатые и коричневые тона.
В основном встречаются алмазы, имеющие интенсивную окраску жёлтого, оранжевого, синего, голубого, розового, коричневого, серого, молочно-белого и чёрного цветов.
Именно наличие окиси железа объясняет желтоватый оттенок. Алмаз очень стабилен при нормальных условиях, но, находясь в вакууме или в инертном газе при повышенных температурах, переходит в графит.
Борт (bort или boart) представляет собой скрытокристаллическую форму, в которой кристаллы алмаза беспорядочно распределены. Этот термин используется также для обозначения кристаллов алмазов и их обломков, не находящих применения в ювелирном деле. Такие кристаллы измельчаются и используются при полировке.
Карбонаро (чёрный алмаз), как и bort, является скрытокристаллической разновидностью алмаза, неоднородная масса еще более мелких кристаллов. Используется при производстве режущих инструментов.
Твёрдость алмаза
Специалисты считают алмаз уникальным минералом, обладающим такими свойствами, которых нет у других веществ. Человеку пока неизвестны природные или искусственные материалы, более твердые, чем алмаз.
Высокая твердость и износостойкость алмаза обусловливает его широкое применение в науке и технике.
Например, на шкале твердости минералов алмаз является эталоном с самым высоким показателем, твёрдость алмаза равна 10, а самая высокая из всех минералов микротвёрдость находится в диапазоне от 93 157 до 98 648 Мпа. При этом у алмаза наблюдается анизотропия твёрдости. Это свойство проявляется так, что в разных направлениях и на различных гранях твёрдость кристалла отличается. Это свойство алмаза используется при его обработке.
Износостойкость алмаза колеблется в широких диапазонах, среднее ее значение в несколько раз превышает износостойкость известных абразивных материалов, таких как карбиды кремния и бора.
В популярной литературе можно встретить такой «метод» для отличия бриллианта от других камней (по твердости): бриллиант оставляет царапину на стекле, в то время как все остальные камни стекло не царапают.
В действительности же некоторые имитации бриллианта (в том числе самая распространенная – фианит) легко царапают стекло. Твердость оконного стекла равна 6, кварца – 7, топаза – 8, фианита – 8,5, бесцветного корунда (лейкосапфира) – 9, искусственного муассанита – 9,5. Поэтому тест со стеклом – не очень удачный диагностический метод. Теоретически вместо стекла можно воспользоваться другим более твердым материалом – например, корундом или муассанитом, твердость которых около 9. Но важно учесть, что в этом случае на не бриллиантах останутся царапины.
В итоге твёрдость алмаза, которой он действительно отличается от всех других камней, геммологи обычно не могут использовать как диагностическое свойство. Оно может служить только косвенным признаком: благодаря высокой твердости бриллиант не теряет блеска и игры с годами, поскольку его полировку сложно испортить. Нужно только время от времени очищать камень от микрочастиц пыли и жира.
При этом другие более мягкие имитации (стекло, например) с годами истираются: их грани покрываются царапинами, а ребра завальцовываются («затираются»).
Абразивная способность любого материала определяется отношением массы сошлифованного материала к массе израсходованного для этого абразива.
Если принять за единицу абразивную способность алмаза, то абразивная способность карбида кремния составит 0.2-0.3, а карбида бора – 0.5-0.6.
Электро и теплопроводность алмаза
Алмаз обладает высокой теплопроводностью. В основном, алмазы не проводят электричество,
исключение составляют голубые алмазы, содержащие бор.
Ювелиры часто используют для диагностики бриллиантов даймонд-тестер (даймонд-детектор). Их работа основана на измерении теплопроводности камня. Они позволяют отличить бриллиант от всех имитаций, за исключением муассанита (поскольку у последнего также очень высокая теплопроводность).
Различить между собой бриллиант и муассанит позволяет муассанит-тестер (или дуотестер), помимо теплопроводности измеряющие электропроводность:
в отличие от проводящего муассанита, алмаз электричество не проводит!
Теплопроводность алмаза может меняется под воздействием температуры.
Плотность алмаза
Плотность алмаза составляет 3.515 грамма на кубический сантиметр.
В природе попадаются алмазы, у которых находят существенные отклонения от этой величины, обусловленные наличием трещин, пор, различных включений.
Плотность прозрачных с наличием зеленоватых пятен алмазов или дымчато-коричневых немного ниже, чем у жёлтых или бесцветных алмазов. Но эти колебания плотности очень незначительны.
Однако в качестве диагностического признака у плотности есть важное ограничение: измерить плотность можно только для неоправленного камня.
Рассмотренные выше свойства – твердость, теплопроводность, электропроводность, плотность – условно относят к физическим. Другая группа свойств камней называется оптическими (например, показатель преломления, дисперсия, цвет).
Показатель преломления алмаза
Показатель преломления света в алмазе высокий – 2,42.
Он позволяет находить такие формы и пропорции огранки бриллианта, при которых лучи света, входя в камень со стороны короны, переотражаются гранями павильона и выходят обратно снова через грани короны.
В результате наблюдатель видит в бриллианте вспышки света, даже когда камень находится в изделии, и со стороны павильона свет в него не поступает. Если такую же форму огранки придать другому камню с близким к алмазу показателем преломления, лучи будут идти тем же путем, поэтому мы не можем отличить ограненный бриллиант от фианита ни по яркости, ни по рисунку отражений граней.
Если же стандартной бриллиантовой огранкой огранить бесцветный сапфир (его показатель преломления 1,76) или горный хрусталь (показатель преломления 1,54), то их можно отличить от бриллианта по внешнему виду: у этих камней по сравнению с бриллиантом яркость меньше, через грани павильона в лупу можно видеть фон, а рисунок отражений граней отличается от такового в бриллианте. Имитирующие бриллиант стекла могут иметь разные показатели преломления, и чем выше показатель, тем больше такое стекло внешне похоже на бриллиант. « Стразы » – старинное название имитаций бриллианта из стекла, которые за счет примесей обычно имеют высокий показатель преломления.
Дисперсия алмаза
Дисперсия света отвечает за «игру» камня. Для алмаза дисперсия численно равна 0,044, и по сравнению с другими камнями это высокая дисперсия, поэтому в бриллианте мы часто можем видеть не только белые, но и цветные вспышки света.
Высокий показатель преломления (2.417) объясняет яркий блеск алмаза. Для лучей света разной длины (цвета) показатель преломления алмаза неодинаков: для красного света – 2.402, для жёлтого – 2.417, для зеленого – 2.427, для фиолетового — 2.465.
Именно высокой дисперсией объясняется « игра » ограненных алмазов – бриллиантов. Дисперсия фианита и муассанита близка по значению к дисперсии алмаза, поэтому по частоте проявления цветных вспышек мы не можем отличить эти материалы от алмаза.
Некоторые имитации – например, титанат стронция (фабулит) или синтетический рутил, – имеют более высокую дисперсию и потому проявляют больше цветных вспышек, чем бриллиант.
С другой стороны, камни с низкой дисперсией (кварц, топаз, лейкосапфир) мы можем отличить от бриллианта по отсутствию цветных вспышек.
Цвет алмаза
По цвету все алмазы условно разделяют на две группы.
Первая группа – это алмазы бесцветные или околобесцветные (с цветовыми оттенками, особенно часто – желтоватыми и коричневатыми), среди них наиболее ценными являются камни бесцветные, не обладающие цветными оттенками).
Другая группа – это цветные алмазы.
Некоторые имитации алмаза, например, фианит, можно выращивать разных цветов, в том числе и таких, которых не бывает у алмаза.
В этом случае фианит является имитацией других камней, например, зеленый – изумруда, фиолетовый – аметиста. С другой стороны, природный цветной камень может быть имитацией цветного алмаза, например, коричневый циркон могут выдавать за коричневый бриллиант.
Чёрный искусственный муассанит используют как имитацию черных алмазов.
В отличие от остальных свойств, цвет в неодинаковой мере присущ разным алмазам. То есть все алмазы имеют одинаковую твердость и плотность, но разные алмазы могут иметь разный цвет, в зависимости от содержания в них окрашивающих примесей. Изредка можно встретить алмазы или бриллианты с заметным неравномерным распределением окраски.
Определённой привлекательностью обладают алмазы коричневато-жёлтого цвета. Обычны также камни зеленоватого оттенка, хотя этот цвет редко присутствует по всему объему алмаза. Нередки и коричневые алмазы, а розовые, рубиново-красные, розовато-лиловые и синие алмазы редки.
Окраска алмазов связана с наличием различных примесей в структуре кристаллов, иногда – с включениями ряда минералов. Наиболее распространена окраска алмазов жёлтого цвета, обусловленная наличием атомов азота. Зелёные пятна пигментации , окрашивающие поверхность алмазов в зеленоватый или голубоватый цвет, появляются в результате природного радиоактивного облучения. При нагревании они становятся жёлтыми. Жёлтые пятна пигментации наблюдаются на алмазах из древних россыпей.
Встречаются алмазы с синей и голубой окраской, обусловленной вхождением в структуру алмаза бора.
Сапфирово-синие алмазы чрезвычайно редки и стоят весьма дорого.
Очень распространены дымчато-коричневые и реже розовато-сиреневые алмазы, окраска которых связана с дефектами на плоскостях скольжения.
Молочно-белая окраска объясняется наличием мелкодисперсных включений граната во внешней части алмаза.
Серая, чёрная окраска алмазов зависит от концентрации включений графита.
Для обозначения алмазов с чёрными пятнышками вкраплений используют определение « пике » (от французкого слова «pique» — исколотый, пятнистый от укусов насекомых).
Алмаз становится синим, сине-зелёным, а при увеличении длительности облучения – темно-зелёным и чёрным.
В зависимости от свойств алмазы делят на ювелирные и технические. Технические алмазы низкосортны. К ювелирным относят прозрачные алмазы (бесцветные или с нацветом) с небольшим количеством дефектов.
Именно ювелирные алмазы после огранки превращаются в бриллианты .
Источник