О блеске и твёрдости мы вспоминаем, когда думаем о таком камне, как алмаз. Оценивая окрас, прозрачность и различные включения в данное время различают почти тысячу сортов этого минерала с уникальными характеристиками в ювелирной сфере и промышленности.
Оценивают камни по четырём параметрам («4С»): Carat (вес), Colour (цвет), Clarity (прозрачность), Cut (огранка). Вес измеряют в каратах. Он равен 200 миллиграммам, менее 0,01 карата считают крошкой.
Основная характеристика – твёрдость – легла в основу его названия. На языке арабов «ал-мас» в переводе «твердейший», у греков камень назывался «адамас» — «несокрушимый». В самом начале его истории человек использовал без обработки в качестве чудо-украшения и даже как разменную валюту.
Как же камень попал на землю? Выдвигают несколько научных теорий рождения камня ( магматическая, мантийная, метеоритная, флюидная и другие) . Более понятная, на наш взгляд, рождение камня в магме. Атомы углерода, принимая давление в 50 тысяч атмосфер более 125 км в глубине недр, меняют свою кристаллическую решётку, превращаясь в алмазный камень. Магма вулкана выносит эти камни на доступный для добычи уровень земли. Другая теория не менее интересная. Минералы имеют внеземное или досолнечное происхождение. Кристаллы рождаются при попадании метеорита на землю в высоком давлении и огромных температурах. Возраст их насчитывает лет от 100 миллионов до 2,5 миллиардов.
Добыча этих минералов идёт по всему земному шару, только в Антарктиде их ещё не нашли. Места добычи разрабатывают в горизонтальных слоях земных пород: в первичных (коренных) в породах магмы или вторичных (россыпных), когда разрушаются коренные. 85% всех алмазов достают из кимберлитовых и лампроитовых трубок.
В природе находят зёрна (не более 5 мм). Поверхность у них совсем неблестящая и некрасивая. В месторождениях находят как отдельные зёрна, так и сростки, которые называют кристаллическими агрегатами - это сотни сросшихся камешков. В добытом виде они некрасивы. И только огранённый камень превращается в бриллиант. На языке французов слово brilliant означает «сверкающий».
Многообразие алмазов
Бесцветные минералы («чистой воды») сверх редкие. Даже самые чистые имеют различные вкрапления и «нацветы». Цвета у них рождаются самые интересные, чем он насыщеннее, тем дороже камень:
Желтый. Атомы азота придают оттенок, заменяя углеродные атомы в решётке. Встречается часто.- Коричневый. Добывают его на земле лишь в одном месте, в глубоком австралийском месторождении. Как они образуются до сих пор не известно.
- Синий. Эти камни относятся к уникальным. Дают синь камням атомы бора, которые попадают в кристаллическую решётку.
- Голубой. Крупный редкий камень. Можно приобрести трансформированный камень из жёлтого алмаза под действием давления и высокой температуры.
- Зеленый алмаз. Природная радиация дарит камню неповторимый зелёный цвет.
- Красный. Самый дорогой и самый редкий добывают в шахте Австралии Аргайл или выращивают искусственно.
- Розовый. Его добывают в той же шахте Австралии. Учёные до сих пор не находят никаких посторонних атомов в структуре кристаллов, наличие цвета остаётся загадкой.
- Чёрный. Находят их в верхних слоях коры. Срослись микроскопические кристаллы, он красив и очень прочен. Из-за своей прочности является самым дорогим. Обрабатывать его возможно только таким же прочным камнем.
Физические свойства алмаза
Из всего многообразия минералов эти кристаллы выделяются исключительными свойствами:
- Высокая плотность камня алмаза. По так называемой шкале твёрдости Мооса, максимальные 10 баллов среди всех земных минералов. Оставляет след на любом материале, остаётся в первоначальном виде.
- Малые дозы ядерного излучения, проникая в кристалл, рождают электрические импульсы и вспышки (сцинтилляции) минерала. Отличный проводниковый эффект.
- Минерал устойчив даже к самым сильным кислотам (серная, азотная и т.д.), однако расплавы щелочей (с содой и селитрой) могут сжигать и окисливать его.
- Ещё одно свойство — гидрофобность. Воду отталкивает, а к жиру липнет . Реализация добычи минералов из руды – простой способ.
- Горит при 720 градусах, а сгорит – при 1000 градусов. После 1200 градусов в атмосферном давлении он трансформируется в графит.
- Теплопроводность - полезное свойство в промышленности. Инструменты с алмазным напылением не перегреваются, излишки тепла быстро выводятся.
- Дисперсия – разложение белого цвета на радужные, ещё одно уникальное свойство камня. Свет отражается внутри, возвращается обратно, а насквозь не проходит.
Алмаз в химии
Химический состав минерала: С (чистый углерод), аллотропная модификация шестого элемента химической таблицы Менделеева.
Помимо углерода, практически в каждом кристалле алмаза можно обнаружить примеси. Как правило, они расположены хаотично по всему объёму камня. В процентном соотношении эти примеси не превышают 5%, например, кремний, азот, кальций, бор, магний, алюминий. Реже, но встречаются: железо, медь, барий. В них можно обнаружить твёрдые включения, жидкие и даже газообразные.
Алмаз - простой неметалл, один из аллотропных модификаций углерода, по сути, это кристаллическая форма углерода. Формулы строения алмаза и графита идентичны. Оба из одного элемента и происхождение их схоже. Графит получается при горении алмаза, решётки их различны.
Решётка алмаза - гранецентрированный куб с атомами в каждой вершине и четырёх дополнительных атомов внутри, связанными прочной ковалентной связью в кристаллической решётке. Иной вид имеет кристаллическая решётка графита. Сетки атомов углерода плоскими решётками расположены последовательно и достаточно далеко друг от друга.
Углерод входит в состав газового облака во вселенной. По одной из версий, из подобных облаков образовались в солнечной системе все планеты. В земной коре около 0,14 % углерода. Кроме того, у углерода есть и другие аллотропные варианты (алмаз; графит; карбин; лонсдейлит; фуллерены; углеродные нанотрубки; и другие).
Изменяя ковалентную связь, углерод тут же меняет свои свойства. Шесть электронов атома углерода на двух энергетических уровнях, возбуждаясь, переходят, перемещаются на иные подуровни. Электроны гибридизировались, атом становится по форме тетраэдром.
Если же участвуют два электрона, то облака гибридные располагаются в плоскостях параллельных и перпендикулярных, в зависимости от их участия в процессе. При этом образуются двойные ковалентные связи: сигма (прочная) и пи связь (не прочная).
Учёные разобрались давно, что формула алмаза - чистый углерод. Но создать аналог в искусственных условиях им удалось только в прошлом веке, даже алмаз красного цвета.
Сейчас получить искусственные камни можно несколькими технологиями (фианит, страз, рутил, фабулит, муассанит, сегнетоэлектрик, церуссит).
Обработка камня
В конце обработки добытого минерала совершают огранку, шлифовку, полировку.
Огранка бывает всего трёх видов: при круглых камнях бриллиантовая; при прямоугольных формах ступенчатая, при обработке мелких образцов розой или розеткой.
Два типа огранки используют обычно: круглая (57 граней) и фантазийная («овальная», «груша», «маркиза» (похож на изображение глаза), «принцесса», «радиант», другие виды).
Огранкой бриллиантов занимаются несколько стран мира: Индия, Израиль, США , Китай и Таиланд, Россия и Бельгия.
Высокая прочность и уникальность физических свойств алмаза позволяют использовать минералы в различных сферах жизни человека.
В медицине пользуются тончайшим алмазным скальпелем и в лазерных установках. С их помощью разрабатывают алмазные импланты.
В телекоммуникации, кстати, пришлось свойство выдерживать высокое напряжение и резкие перепады температур, а также одновременная проходимость нескольких сигналов через кристаллы по кабелю.
В электронике именно эти минералы выводят тепло в микроэлектронных устройствах.
В добыче горных пород буровое долото из камней этого минерала превратило процесс в более эффективный и экономичный.
