Тип кристаллической решетки алмаза какая

Алмаз

507-каратный алмаз Cullinan Heritage

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.

Смотрите так же:

СТРУКТУРА

Кристаллическая структура алмаза

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 СО2; 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.

Алмаз Куллинан разбитый на 9 частей

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.

Читайте также:  Как варить рис рубин чтобы он был рассыпчатым

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.

Источник

Как гранят алмазы

Огранка алмаза – процесс придания кристаллу формы и нанесение фацетов (граней). Смысл обработки заключается в отсечении неправильных или дефектных частей, а также в придании алмазу способности максимально эффективно отражать падающий свет. Количество и угол нанесения граней рассчитывается исходя из математической обоснованности. Грань получают путем шлифовки кристалла на диске с алмазным покрытием со скоростью 4000 оборота в секунду.

Читайте также:  Александрит каким знакам зодиака не подходит

Задача ювелира выбрать оптимальный вид огранки для конкретного камня, ведь именно критерий качества обработки в дальнейшем будет влиять на стоимость камня. Огранку начинают в следующем порядке:

  1. подшлифовка площадки бриллианта;
  2. гранят павильон (нижняя часть камня);
  3. формируют шип;
  4. наносят клинья;
  5. чистовая полировка площадки;
  6. огранка короны (верха бриллианта).

При осуществлении всех подготовительных и основных манипуляций ювелир должен учитывать специфические свойства камня, чтобы не причинить вред чрезмерным воздействием либо некорректно заданным углом. Правильно ограненный алмаз будет сверкать и переливаться даже при небольшом источнике света. А вот нарушение закономерностей при огранке приведет к тому, что знаменитый бриллиантовый блеск не проявится, камень будет выглядеть тускло.

Строение кристалла и способ образования

Кристаллы адаманта в природе образуются глубоко в недрах земли. Обязательным условием становится высокая температура и давление, заставляющее атомы углерода сжаться в кристаллическую решетку с прочными связями. Алмаз – это кристаллическая модификация углерода кубического типа. Он может образовываться в естественных и искусственных условиях. Кристаллы алмаза могут иметь форму:

Чтобы запустилась кристаллизация алмаза в естественных условиях требуются давление порядка 40000 атмосфер, что соответствует глубинам около 140 км. Температура на такой глубине достигает порядка 900 °С.

Важно: для кристаллизации алмаза свободному углероду требуется малое количество кислорода. Иначе реакция приведет к образованию окиси или закиси углерода. В процессе роста кристалл алмаза может захватывать молекулы окружающей среды – минералы или флюиды. Такие включения оказывают влияние на окраску итоговую алмаза.

Какой тип кристаллической решетки у алмаза

Алмаз кристаллизуется в кубической системе. Это самая прочная из существующих систем, что и определяет уникальные свойства алмазов. Ему присуща атомная кристаллическая решетка.

  • Каждый атом связан с четырьмя соседними самой прочной ковалентной сигма-связью.
  • Все атомы углерода в алмазе расположены в центре тетраэдра.
  • Одна элементарная ячейка алмаза по размеру равна около 0,36 нм.
  • Минимальное расстояние между соседними атомами в решетке алмаза — 0,15 нм.

При образовании кристалла в составе могут оказаться посторонние примеси – алюминий, бор, кальций, газы. Присутствие постороннего элемента снижает показатели чистого алмаза, в основе которого исключительно углерод. Именно поэтому участки примесей стараются удалить во время огранки. Если инородные вкрапления располагаются на поверхности камня, их убирают. Если же дефект оказался внутри кристалла и избавиться от него нельзя, алмаз переходит в категорию промышленного. Его ценность будет значительно ниже, чем у ювелирного образца.

Физические и химические свойства

Атомарная кристаллическая решетка алмаза образована углеродом, потому химическая формула обозначена исключительно как «С». Так как связи между атомами очень прочные, между ними нет свободного места, алмаз остается химически инертным, не вступая в реакции с другими химическими веществами. Он устойчив к щелочам и кислотам, в частности, даже агрессивная плавиковая кислота не сможет повредить кристалл адаманта.

  • Кристалл алмаза относится к диэлектрикам – электрический ток он не проводит совсем, либо очень слабо.
  • У него высокая способность преломлять и отражать свет. Именно ее важно учитывать при осуществлении огранки – чем больше света камень отразит, тем ярче его блеск.
  • У алмаза высокая теплопроводимость. Это свойство используют, когда нужно отводить избыточное тепло, чтобы избежать перегрева.

При этом адамант способен гореть, если температура поднимется свыше 721 о С и будет присутствовать кислород. А жар более 3700 о С способен кристалл расплавить.

Читайте также:  Сапфир к каким глазам

К физическим свойствам алмаза можно отнести следующие характеристики:

  • кристаллы преимущественно бесцветные, прозрачные, но допустимы оттенки – от желтоватого до бурого и черного, синие, розовые и красные;
  • в УФ лучах алмаз люминесцирует;
  • рентгеновское излучение способно ослабить силу связи между атомами;
  • твердость – 10 баллов по шкале Моос (максимальный показатель);
  • плотность алмаза — 3,5 г/см 3 ;
  • камень хрупкий, его спайность оценивается как «средняя» или «совершенная».

При огранке или необходимости расколоть самородный кристалл, ювелиры учитывают специфику спайности алмаза. Приложить силу для раскола необходимо так, чтобы она не стала избыточной, иначе можно получить массу мелких осколков.

Аллотропные модификации

Один и тот же химический элемент способен существовать в формах нескольких веществ. Это явление называется аллотропия. В кристаллической решетке алмаза основой выступает углерод. Но помимо адаманта есть другие кристаллы и вещества с аналогичным химическим составом. Различие в данном случае заключается в расположении атомов. Элементы с атомной массой большей чем у алмаза имеют большее расстояние между атомами, что делает их менее прочными.

К аллотропным модификациям относятся:

  • уголь;
  • графит – для него характерна гексагональная кристаллическая решетка и пи-связи, есть свободные электроны;
  • карбин – искусственный кристалл, черный, с очень малым размером зерна, чаще всего представлен в виде порошка;
  • фуллерены – также искусственная форма, кристаллическая решетка напоминает формой футбольный мяч с основой из восьмиугольников;
  • углеродные нанотрубки;
  • лонгсдейлиты – «метеоритные» алмазы с гексагональной кристаллической решеткой.

У всех аллотропных модификаций есть свойство преобразовываться в графит при воздействии температуры выше 1800 о С.

Синтетические алмазы

Так как в высококачественном алмазном сырье нуждается не только ювелирная промышленность, ученые много лет были в поисках решения проблемы создания алмазов искусственным путем. Решение задачи позволило бы сделать более дешевым не только производство украшений, но также удовлетворило бы спрос на электроннику, медицинское и научное оборудование. Во второй половине ХХ века проблему удалось решить, более того, с 2003 года искусственно были получены алмазы ювелирного качества, что произвело настоящий переворот в ювелирном секторе.

  • Первый способ обращения графита как источника углерода в алмаз заключается в имитации естественных условий преобразования – сочетания высокого давления и температуры. Результат достигался посредством применения электрического тока и гидравлического пресса. Недостаток этого способа в высокой стоимости, хотя полученные камни соответствуют требуемым качествам.
  • Второй способ – воссоздание взрыва. Здесь давление и нужная температура образуются в процессе резкого высвобождения энергии.
  • Третий вариант – выращивание кристалла алмаза в безвоздушной метановой среде.

Важно: при искусственном взрыве камни получаются мелкими, а вот метановая среда позволяет получать кристаллы любого размера. Синтетические камни преимущественно идут на промышленные нужды. Графит – качественное и недорогое сырье, потому себестоимость таких алмазов значительно ниже, чем у природных собратьев. При этом важно понимать, что отличить искусственный алмаз от натурального «на глаз» практически нереально, определить синтетического двойника можно только в лаборатории.

Современная огранка алмазов осуществляется с помощью лазеров на стадии распила, но и шлифовка алмазными дисками остается актуальной. Возможно, в скором времени технологии изменятся – в процессе синтетического производства из углерода был получен камень, который назвали ACNR. Камень был открыт в 2005 году и показал твердость, превосходящую алмазную. Он может легко их царапать, а значит, может стать еще одним инструментом для проведения работ по огранке драгоценных камней.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл и камни