Атомная решетка алмаза. Характеристика строения алмаза

Разное
05.04.2020

Здравствуйте, дорогие читатели. Как вам известно, алмаз, несмотря на свой завораживающий внешний вид, является простым веществом. В этой статье вы узнаете что из себя представляет формула алмаза и обеспечивает.

Камень ведет себя во многих ситуациях достаточно нестандартно, многие эксперименты и определения некоторых значений из-за этого затруднены. Однако свойства камня настолько высоки, что по-прежнему проводятся различные исследования, выдвигаются гипотезы, продолжаются попытки создания аналогов и даже веществ, превосходящих по своим свойствам алмаз.

Химическая формула алмаза

На самом деле все очень просто:

Формула алмаза — C

Это объясняется тем, что состав камня почти на 100% состоит из углерода. Но остальных элементов настолько мало, что в формуле они не учитываются. Вообще, в природе углерода не так уж много – всего 0,15% от общего числа элементов. Порядковый номер углерода в таблице 6 (то есть он имеет 6 протонов внутри ядра). Это означает, что алмаз имеет тот же порядковый номер (если еще раз взглянуть на его формулу).

Ниже приведены краткие характеристики минерала, многие из которых зависят от исходной химической формулы.

Краткие характеристики алмаза и факты о нем

  • Алмаз имеет , в среднем оцениваемую как 3,5 г/см.
  • Чистый алмаз является прозрачным, но часто имеет цвета и оттенки (редкие цвета ценятся выше).
  • Очень блестящий благодаря показателям дисперсии и преломления.
  • При всей твердости очень хрупкий.
  • Очень плохо проводит электрический ток.
  • Пока удается превращать в алмаз только графит, другие аллотропные модификации углерода этому не поддаются. Но обратной реакции добиться проще (превращение минерала обратно в графит), хоть это и происходит при куда более высоких температурах.
  • Химическая формула не оказывает влияния на значительную разницу в свойствах разновидностей углеродных модификаций. Это обусловливается только разницей в строении кристаллических решеток веществ.
  • «Упакован» минерал очень плотно, имеет всего 18 атомов.


Происхождение

Предполагается, что на создание алмаза уходит огромное количество времени, миллионы лет, также большое давление и температура. Но речь идет о природных условиях.

Ученые не исключают вероятность появления камня из-за пределов земной орбиты. Предположение строится на основании большого количества камня в окружающем нас космическом пространстве. При этом доля самого углерода на Земле не высока.

Эта гипотеза подтверждается еще и обнаруживаемыми разновидностями алмаза в космических метеоритах (например, лонсдейлит).

Химические свойства

  • Алмазу присуща инертность в силу своей твердости. В связи с этим реакция горения для камня является основной:

2C + O2 = 2CO

C + O2 = CO2

  • Все атомы камня расположены наикратчайшим друг от друга образом. То есть каждый атом углерода находится в середине тетраэдра, а остальные атомы располагаются по вершинам.
  • Молярная масса составляет порядка 12 г/моль.

На видео представлена структура алмаза в наиболее удобной модели. Тут же вы можете узнать о некоторых свойствах камня.

Применение камня

Камень широко используется в ювелирном деле. Но помимо этого он находит свое применение в электронике, оптике и даже строительстве. С помощью него создают специализированные шкурки, им покрывают сверла, проверяют металл на прочность в установках с алмазными наконечниками.

Алмаз используется в химических опытах в качестве надежной защиты от очень едких реактивов вроде плавиковой кислоты. В хирургии без минерала также не обойтись, ведь он обеспечивает точность и миниатюрность надрезов. Алмазные скальпели – настоящая находка для врачей.

Получение минерала

Сейчас существует множество способов получения камня, так как для производства это выгоднее, чем использовать природные алмазы. Стоимость таких камней также значительно ниже. Хотя и свойства природных камней куда выше и лучше, из-за чего их добыча не прекращается несмотря на большое количество добротных аналогов, в том числе имеющих схожий состав, но алмазами не являющихся: фуллерены, лонсдейлит, графит, карбид и некоторые другие.

Также в производство отправляются камни с высоким содержанием примесей, которые в ювелирном деле не пригодятся. Таких включений должно быть более 5% в целом и более 2% одного конкретного вещества (им может оказаться кальций, азот, бор и некоторые другие). В этом случае внешний вид минерала сильно видоизменяется и никаким образом это не исправить.


В природе камень встречается в так называемых кимбрелитовых и лампроитовых трубках, также россыпях. В лабораторных же условиях и на производстве создают минерал совершенно иначе.

Исследования алмазов и эксперименты с ними продолжаются, поскольку камень очень перспективен с точки зрения своих свойств. Ученые и исследователи не оставляют попыток найти и более выгодные способы создания искусственных камней.

Таким образом алмаз благодаря своим формуле и строению обладает большим количеством полезных свойств, присущих в таких диапазонах только ему. Заходите на ресурс почаще и узнаете еще много нового о камнях и минералах.

Команда ЛюбиКамни

Алмаз - природный минерал, один из самых известных и дорогих. Вокруг него ходит множество домыслов и легенд, особенно что касается его стоимости и выявления подделок. Отдельной темой для изучения является связь алмаза и графита. Многие знают, что эти минералы схожи, но далеко не всем известно, чем именно. Да и на вопрос о том, чем они отличаются, тоже не каждый сможет ответить. А что мы знаем о структуре алмаза? Или о критериях оценивания драгоценных камней?

Алмаз - один из трех минералов, представляющих собой кристаллическую модификацию углерода. Два других - это графит и лонсдейлит, второй можно обнаружить в метеоритах либо создать искусственным путем. И если эти камни - гексагональные модификации, то тип кристаллической решетки алмаза - куб. В этой системе атомы углерода расположены таким образом: по одному на каждой вершине и в центре грани, и четыре внутри куба. Таким образом, получается, что атомы расположены в виде тетраэдров, и каждый атом находится в центре одного из них. Частицы связаны между собой самой прочной связью - ковалентной, благодаря чему алмаз и имеет высокую твердость.

Химические свойства

Грубо говоря, алмаз - это чистый углерод, соответственно, кристаллы алмаза должны быть абсолютно прозрачными и пропускать весь видимый свет. Но в мире нет ничего идеального, а значит, и этот минерал имеет примеси. Считается, что максимальное содержание примесей в ювелирных алмазах не должно превышать 5 %. В состав алмаза могут входить как твердые, так и жидкие и газообразные вещества, наиболее распространенные из них:

  • азот;
  • алюминий;
  • кремний;
  • кальций;
  • магний.

Также в состав могут входить кварц, гранаты, оливин, прочие минералы, окиси железа, вода и другие вещества. Зачастую эти элементы находятся в составе минерала в виде механических минеральных включений, но некоторые из них могут замещать углерод в структуре алмаза - это явление называется изоморфизмом. В таком случае включения могут значительно влиять на на его цвет, а включения азота придают ему люминесцентные свойства.

Физические свойства

Структура алмаза обуславливает его физические свойства, они оцениваются по четырем критериям:

  • твердость;
  • плотность;
  • дисперсия и преломление света;
  • кристаллическая решетка.

Твердость минералов оценивается по его оценка по этой системе равняется 10, это максимальный показатель. Следующий в списке корунд, его показатель - 9, однако его твердость меньше в 150 раз, что означает абсолютное первенство алмаза по этому показателю.

Однако твердость минерала вовсе не означает его прочность. Алмаз достаточно хрупкий и легко раскалывается, если ударить его молотком.

Удельный вес алмаза (плотность) определяется в промежутке от 3,42 до 3,55 гр/см 3 . Он определяется в соотношении веса минерала к весу воды того же объема.

Помимо твердости, он обладает и высокими показателями преломления света (2,417-2,421) и дисперсии (0,0574). Такое сочетание свойств позволяет алмазу быть самым драгоценным и идеальным ювелирным камнем.

Значение имеют также и другие физические свойства минерала, такие как теплопроводность (900-2300 Вт/м·К), также самая высокая из всех веществ. Можно также отметить способность минерала не растворяться в кислотах и щелочах, свойства диэлектрика, низкий коэффициент трения по металлу в воздухе и высокую температуру плавления 3700-4000 °C при давлении 11 ГПа.

Сходства и отличия алмаза и графита

Углерод - один из самых распространенных элементов на Земле, он содержится во многих веществах, в особенности в живых организмах. Графит, как и алмаз, состоит из углерода, однако структуры алмаза и графита сильно отличаются. Алмаз может превращаться в графит под действием высоких температур без доступа кислорода, но в нормальных условиях он способен бесконечно долго оставаться в неизменном виде, это называют метастабильностью, к тому же тип кристаллической решетки алмаза - куб. А вот графит - минерал слоистый, его структура выглядит как ряд пластов, расположенных в разных плоскостях. Эти пласты составляются из шестиугольников, формирующих систему, похожую на соты. Сильные связи образуются только между этими шестиугольниками, а вот между пластами они крайне слабые, это и обуславливает слоистость минерала. Помимо низкой твердости, графит поглощает свет и имеет металлический блеск, чем также сильно отличается от алмаза.

Эти минералы являются самым ярким примером аллотропии - явления, при котором вещества имеют разные физические свойства, хоть и состоят их одного химического элемента.

Происхождение алмаза

Нет однозначного мнения по поводу того, как образуются алмазы в природе, существуют магматическая, мантийная, метеоритная и прочие теории. Однако наиболее распространенной является магматическая. Считается, что алмазы образуются на глубине около 200 км под давлением в 50 000 атмосфер, а после выносятся на поверхность вместе с магмой во время формирования кимберлитовых трубок. Возраст алмазов варьируется от 100 миллионов до 2,5 миллиарда лет. Также научно доказано, что алмазы могут образовываться при ударе метеорита о поверхность земли, а также находиться в самой метеоритной породе. Однако кристаллы такого происхождения имеют крайне мелкие размеры и редко подходят для обработки.

Месторождения алмазов

Первые месторождения, в которых были обнаружены и добывались алмазы, располагались в Индии, но уже к концу XIX века они были сильно истощены. Однако именно там были добыты самые известные, крупные и дорогостоящие образцы. А в XVII и XIX столетиях были обнаружены месторождения минерала в Бразилии и Южной Африке. История пестрит легендами и фактами об алмазной лихорадке, которые связаны именно с южноафриканскими рудниками. Последние обнаруженные месторождения алмазов находятся в Канаде, их освоение началось лишь в последнем десятилетии XX века.

Особенно интересны рудники Намибии, хотя добыча алмазов там является делом сложным и опасным. Залежи кристаллов сосредоточены под слоем грунта, что хоть и усложняет работу, но говорит о высоком качестве минералов. Алмазы, прошедшие путь в несколько сотен километров до поверхности при постоянном трении о прочие породы, являются высокосортными, менее качественные кристаллы просто не выдержали бы такого путешествия, а потому 95 % добытых камней - ювелирного качества. Также известные и богатые минералами есть в России, Ботсване, Анголе, Гвинее, Либерии, Танзании и других странах.

Обработка алмазов

Обработка алмазов требует огромного опыта, знаний и умений. Прежде чем приступать к работе, необходимо досконально изучить камень, чтобы впоследствии максимально сохранить его вес и избавиться от вкраплений. Наиболее распространенный тип огранки алмазов - круглый, он позволяет камню заиграть всеми красками и максимально выгодно отражать свет. Но такая работа является и самой сложной: круглый бриллиант имеет 57 плоскостей, и при его огранке важно соблюдать точнейшие пропорции. Также популярными типами огранки являются: овал, слеза, сердце, маркиза, изумрудная и другие. Выделяют несколько этапов обработки минералов:

  • разметка;
  • раскалывание;
  • распиловка;
  • закругление;
  • огранка.

До сих пор считается, что после обработки алмаз теряет около половины своего веса.

Критерии оценивания алмазов

При добыче алмазов лишь 60 % процентов минералов пригодны для обработки, их называют ювелирными. Естественно, стоимость необработанных камней значительно уступает цене бриллиантов (более чем в два раза). Оценка стоимости бриллиантов проводится по системе 4C:

  1. Carat (вес в каратах) - 1 карат равен 0,2 г.
  2. Color (цвет) - чисто белых алмазов практически не встречается, большинство минералов имеют определенный оттенок. От окраски алмаза во многом зависит его стоимость, большинство встречающихся в природе камней имеют желтый или коричневый оттенок, реже можно обнаружить розовые, голубые и зеленые камни. Наиболее редкими, красивыми, а оттого и дорогими являются минералы насыщенных оттенков, их называют фантазийными. Наиболее редкие из них - зеленый, фиолетовый и черный.
  3. Clarity (чистота) - также важный показатель, который определяет присутствие дефектов в камне и значительно влияет на его стоимость.
  4. Cut (огранка) - от огранки сильно зависит внешний вид бриллианта. Преломление и отражение света, своеобразное "бриллиантовое" сияние делают этот камень столь ценным, а неправильная форма или соотношение пропорций при обработке могут напрочь его испортить.

Изготовление искусственных алмазов

Сейчас технологии позволяют "выращивать" алмазы, практически неотличимые от натуральных. Существует несколько способов синтеза:

Как отличить оригинал от подделки

Говоря о методах определения подлинности алмазов, стоит различать проверку подлинности бриллиантов и необработанных алмазов. Неопытный человек может спутать алмаз с кварцем, хрусталем, другими прозрачными минералами, и даже со стеклом. Тем не менее исключительные физические и химические свойства алмаза позволяют с легкостью определить подделку.

В первую очередь стоит вспомнить о твердости. Этот камень способен поцарапать любую поверхность, а вот на нем оставить следы может только другой алмаз. Также на натуральном кристалле не остается испарины, если на него подышать. На мокром камне будет след как от карандаша, если провести по нему алюминием. Можно проверить его рентгеном: натуральный камень под излучением имеет насыщенный зеленый окрас. Или посмотреть сквозь него на текст: сквозь натуральный алмаз его будет невозможно разобрать. Отдельно стоит отметить, что натуральность камня можно проверить на преломление света: поднеся к источнику света подлинник, можно увидеть лишь светящуюся точку в центе.

Узнав физические свойства алмаза и графита, ученые отметили, что это разные формы углерода. Первый – это драгоценный минерал, один из самых твердых в мире. По принятой у геммологов шкале Мооса алмаз имеет наибольший балл твердости – 10. Графит по этой системе не дотягивает даже до 2. Блестящая драгоценность и грифель простого карандаша состоят из углерода. Различие этих минералов определяет тип кристаллической решетки. Но свойства их сильно отличаются друг от друга. Об этом читайте ниже.

Что такое алмаз и графит

Алмаз – самый твердый минерал. Внешне это прозрачный камень, у которого четко видна кристаллическая форма. Диаманты бесцветные, но встречаются разные оттенки, среди которых даже черный. Цвет зависит от природных условий, в которых формировался камень, а также от различных примесей в его структуре.

Графит – хрупкое, жирное на ощупь вещество, имеющее металлический блеск, состоящее из молекул углерода, расположенных слоями и образующих мелкие тонкие пластинки. При его нажатии на листке остается след.

Состав минералов

Первое, с чего начнем рассмотрение характеристики алмаза и графита, это состав минералов. Оба – из углерода, шестого элемента периодической системы.

Поскольку алмаз и графит состоят из частиц углерода, тип вещества у них – индивидуальный, а качественный состав образован соединениями атомов углерода. Формула алмаза и графита в химии проста – С, углерод. Этот химический элемент не имеет запаха, поэтому ни алмаз, ни графит ничем не пахнут.

Хотя химическая формула алмаза имеет схожесть с формулой графита, у структур, в которые соединяются атомы углерода, образуя кристаллическую решетку, есть разница.

Когда у минералов кристаллические решетки имеют отличие, но для них характерен идентичный химический состав, их называют полиморфами. Рассматриваемые минералы – разные виды полиморфных модификаций углерода.

Как и где находят углеродные минералы

Сходство элементарного химического состава не обуславливает схожие свойства веществ. Различия объясняются сложностями происхождения двух разных углеродных пород. Алмазы образуются под действием сильного давления после сверхбыстрого охлаждения. А если атмосферное давление занижено, то при довольно высокой температуре образуется графит.

Подтверждением того, что алмаз и графит образовались не одинаково, служит их нахождение в природе. Около 80% всех бриллиантов добывают в кимберлитовых трубках – глубоких воронках, образованных магмой, вышедшей после взрыва и выхода наружу подземного газа.

Графитовых же месторождений много в осадочных породах и пластах, образованных магмой.

Химическая связь в углеродных минералах

Частицы, из которых состоят твердые вещества, соединены в кристаллические решетки. Науке известны 4 вида таких решеток – ионная, молекулярная, атомная и металлическая.

Внешне драгоценный кристалл схож с кристаллами соли, но у солей ионная кристаллическая решетка.

Тип кристаллической решетки алмаза, как и его полиморфа графита, атомная. В ее узлах лежат атомы углерода. Агрегатное состояние – твердое тело. Но все же по твердости углеродные полиморфы различны.

Свойство алмаза быть таким прочным обусловлено силой химической связи атомов. Структура диаманта трехмерная, атомы углерода в нем расположены в форме трехгранной пирамиды, тетраэдра. Каждая атомарная частица одинаково крепко соединяется со всеми четырьмя соседними, это осуществлено посредством ковалентной связи.

Атомарно графит – это множество слоев шестиугольных фигур, в каждой вершине которых расположен атом углерода. Его слоистая структура двухмерна. Связь в слоях ковалентная сильная, а между слоями гораздо слабее, как у веществ с молекулярной кристаллической решеткой. Пласты связаны непрочно. Поэтому твердость графита меньше по сравнению с бриллиантом.

Взаимосвязь атомного строения и физики минерала

Рассмотрим, как внешне проявляется геометрия атомов. Различие свойств алмаза и графита напрямую связано с типом строения кристаллической решетки. Кристаллическая решетка алмаза имеет звенья из 4 хорошо соединенных атомов углерода. Они образовали сверхпрочные ковалентные сигма-связи. Оптические свойства межатомных соединений поглощают свет, делая кристалл прозрачным. А крепкая фиксация отрицательно заряженных элементарных частиц в однородных по силе связях придает ему твердость и свойства диэлектрика.

Образованные ковалентные пи-соединения гексагональной кристаллической решетки графита скрепляют атомы углерода в слои. При такой связи несколько электронов остаются свободными, поэтому пласты скреплены между собой незначительно. Движение нелокализованных элементарных частиц со знаком минус придает графиту электропроводность. У них отсутствует световая проводимость, что лишает вещество прозрачности, поэтому у графита цвет черный.

Аллотропные модификации углерода

Аллотропия – это способность химических элементов существовать в двух и более физических формах (аллотропах). Самой широкой из всех открытых является аллотропия углерода.

Если вы перечислите основные углеродные аллотропные видоизменения, то это будут:

  • алмаз;
  • графит;
  • карбин;
  • фуллерен.

Из указанных выше два аллотропа углерода синтезированы. Карбин и фуллерен – полученные искусственно аллотропные видоизменения углерода. Карбин – порошок из мелких кристалликов черного цвета. После открытия в лаборатории было найдено и природное вещество. Фуллерен – синтезированный в конце прошлого века в США желтый кристалл около 5 мм в диаметре.

Аллотропические формы углерода могут трансформироваться. Сам по себе переход алмаза в другое состояние не произойдет. Но при нагревании кристалла в безвоздушном пространстве до 1800 градусов он превратится в графит.

Известны методы, позволяющие осуществить и обратные превращения.

Как получить драгоценный камень из графита

Получить алмаз можно из графита. При давлении выше 1000 Па и температуре 3000 градусов с добавлением металлов углерод в графите меняет ковалентные связи. Полученные в результате камни мутные и пористые.

Другой метод – это применение ударной волны, после которой можно любоваться чистыми, прозрачными кристаллами правильной геометрической формы, но очень маленького размера.

Несовершенство этих методов привело к выводу, что алмазы лучше всего выращивать. При нагреве бриллианта до 1,5 тысячи градусов он растет. Но это дорого, поэтому сегодня искусственные драгоценности получают из метана.

Физические и химические свойства

Алмаз не обладает электропроводностью, но тепло проводит. Хорошо преломляет и отражает свет. Прозрачен, имеет блеск. Плавится при 3700-4000 градусов. Лавуазье впервые сжег диамант в 18 веке.

Позже ученые выяснили, что в соединении с кислородом алмаз горит при 721-800 градусах, испаряясь углекислым газом. Без воздуха может перейти в графит при нагреве до 2001-3000 градусов. Химические свойства говорят об устойчивости к воздействию кислот.

Графит электро-и-теплопроводный, нерастворим кислотами и водой, теплостойкий. Температура плавления 2500 – 3000 градусов. Не горит до 250-300 градусов, но при сжигании с температурой выше 300 и до 1000 превращается в углекислый газ.

Сравнительная характеристика

Сравним строение алмаза и графита и их физические свойства: твердость, теплопроводность, электропроводность, особенности химической связи.

О характеристиках минералов расскажет подробная сравнительная таблица:


В этой статье:

Алмаз является красивым минералом, а после огранки в виде бриллианта ценится любителями ювелирных украшений. Но не все знают, что скрывается в составе этого вещества, в чем заключается секрет его популярности, а также почему камень является действительно уникальным? В этих вопросах поможет разобраться кристаллическая решетка алмаза, его химический состав и свойства камня.

Формы углерода и их кристаллические решетки

Если описывать строение решетки, то можно использовать атомный и молекулярный типы вещества. Правда, такого понятия, как молекула углерода, в природе не существует, поэтому можно говорить только об атомном типе строения. Именно атом, а не молекула, лежит в основе решетки и образует соединения между остальными атомами.

Структура алмаза

А говоря о химических модификациях углерода, то ученые в конце восьмидесятых годов ХХ века вывели такое понятие, как фуллерен. Это шестидесятиатомная молекула, которая внешне напоминает строением футбольный мяч. Позже обнаружили молекулу фуллерена, которая имела еще больше атомов в своем составе. Это помогло исследовать графит, а также другие модификации углерода с использованием лазерного спектра.

Кристаллическая решетка рассматривает строение вещества с точки зрения соединения атомов элемента между собой. Существует несколько типов связи:

  • ионная;
  • ковалентная;
  • металлическая;
  • водородная.

В данном случае алмаз имеет ковалентные связи, которые образуются между одинаковыми атомами и считаются самыми прочными в химии. Алмаз является чистой кристаллической модификацией углерода, а его кристаллическая решетка имеет форму куба. Это самая плотная упаковка атомов, которая существует.

Если выражаться по-научному, то минерал кристаллизуется в кубической сингонии. Соответственно, в каждой вершине куба располагается атом углерода, а гранями куба выступают ковалентные связи. При этом в центре каждой грани размещено еще по одному атому углерода, которые также связаны между собой.

Форма кристаллической решетки изображается схематически, потому что точно неизвестно из скольких кубов состоит целостный алмаз. Но именно благодаря такому расположению атомов камень и является самым твердым минералом на планете.

Аллотропные модификации камня

Если химический состав алмаза - углерод в чистом виде, то стоит выяснить, что это за элемент, а также разобраться в его модификациях и физических формах. Согласно мнению ученых, это вещество изначально входило в газовое облако, из которого постепенно образовывались планеты. Так или иначе, в составе каждой из планет Солнечной системы присутствует углерод в каком-то агрегатном состоянии.

Если говорить о земной коре, то она на 0,14% состоит из этого неметаллического элемента. А также по одной из теорий происхождения человека считается, что углерод - один из четырех макроэлементов, являющихся «стройматериалом» тела. Наиболее известные модификации одного углерода называют так:

  • алмаз - наиболее дорогая форма;
  • графит - известное вещество, которое используется в промышленности;
  • карбин;
  • лонсдейлит - содержится в метеоритах;
  • фуллерены - наиболее молодые формы, которые были открыты;
  • углеродные нанотрубки - применяются в каркасах к наноизделиям;
  • графен;
  • уголь - вещество, которое используется в качестве промышленного сырья для получения тепла;
  • сажа.

Казалось бы, что общего может быть у кристально чистого алмаза с графитом или углем? А вот состав этих веществ говорит об обратном и наглядно демонстрирует важность расположения атомов в кристаллической решетке. Притом, что кроме углерода, в веществах ничего нет.

Вполне реально, что кроме этих элементов, существуют другие не открытые формы. А их исследование во многом зависит от алмазов, поскольку во время работы с этим драгоценным камнем ученые пытаются расшифровать его структуру, чтоб производить искусственно, и, вместе с тем, находят новые модификации элемента.

Исходя из структуры алмаза, можно сделать вывод, что камень абсолютно прозрачен и пропускает весь видимый спектр через себя. Но ничего идеального в природе не существует. Поэтому даже у такого кристалла могут быть примеси в решетке. Если рассматривать наиболее чистые экземпляры камня, то там содержится до 1018 атомов на 1 кубический сантиметр. И это нормальное явление, поскольку количество примесей зависит от процессов, в которых рос камень. И не факт, что посторонние вещества будут видны невооруженным глазом.

Среди примесей встречаются такие элементы, как:

  • азот;
  • кремний;
  • кальций;
  • магний;
  • алюминий.

Конечно, если их много, то от этого страдает чистота камня и, соответственно, падает стоимость. Или же такие алмазы направляют для использования в промышленность. При этом в алмазах встречаются не только твердые, но и жидкие и даже газообразные формы включений. Они могут располагаться неравномерно, а также скапливаться в центре либо на периферии камня. Все они влияют на свойства камня, на его оттенок и способность преломлять свет. Например, азот влияет на люминисцентность алмаза.

По спектрам поглощения в ИК- и УФ-диапазонах выделяют три типа алмазов:

  • Первый тип. В них азот содержится либо в виде пар атомов и плоских встроек, либо в виде одиночных атомов, которые равномерно распределены по объему камня.
  • Второй тип. В них азот, как правило, отсутствует. В подтипе IIа нет примесей, а в подтипе IIб присутствуют атомы бора.
  • Третий тип может включать в себя примеси кремния.

Синтетические алмазы

Открытие аллотропных модификаций дало ученым надежду на синтетическое произведение алмазов. И у них отчасти это получилось, хотя сам процесс нельзя назвать легким. С химической точки зрения, тот же графит, например, должен получить сигма-связи. Такие условия воссоздать можно только в самых мощных лабораториях под действием больших температур и давления.

  • HPHT - тип алмаза получается из растворения графита и оседания его в катализаторе на затравочном минерале. После этого вещество начинает выстраивать необходимые связи.
  • CVD тип - основывается на пленочном осаждении графита с использованием паров метана.
  • Метод взрывного синтеза - наиболее естественный, с использованием углерода под высоким давлением.

Пока даже эти методы осуществляются с трудом, поэтому стоимость алмазов остается высокой. Но технологии продолжают развиваться в этом направлении.

Свойства алмазов

Благодаря своему составу и строению, алмаз получил такие свойства, как:

  • Стойкость к воздействию химических веществ, кислот, щелочей.
  • Наивысшая твердость вещества (абсолютный показатель, который равняется 10 по шкале Мооса), но при этом хрупкость камня.
  • При нагреве без доступа кислорода взрывается и превращается в графит, а дальнейшее плавление алмаза аномально. С кислородом температура плавления находится на уровне 4 тысяч градусов по Цельсию.
  • 20-24 Вт/см - это показатель теплопроводности. Настоящий алмаз не нагреется, даже если его долго держать в руке.
  • Алмаз отлично подходит в роли изолятора.
  • Камень обладает уникальным свойством преломлять лучи и при этом светиться.

Если говорить об отличиях алмаза и графита, самого доступного для нас вещества, то стоит сказать, что свойства разнятся из-за строения кристаллической решетки. О строении алмаза уже известно, а вот у графита ситуация обстоит по-другому. Его кристаллическая решетка имеет два типа связи: ковалентная сигма-связь находится только в одной плоскости, а в других плоскостях связь между атомами не такая устойчивая - ковалентная пи-связь. Такое строение позволяет электронам графита перемещаться на другие уровни, а также этот эффект объясняет наличие металлических свойств графита. Решетка алмаза и графита обусловила свойства и применение каждого вещества.

Алмаз - минерал, имеющий природное происхождение. Само название этого камня означает «твердый», а многие истории о его ценности и красоте уже давно обратились в легенды. Среди вас, любителей драгоценных и полудрагоценных камней, наверняка есть те, кто желает знать все об алмазах - в том числе и то, как выглядит алмаз в природной среде и после профессиональной обработки ювелирами.

Из истории алмаза

Впервые алмазные камни были упомянуты около третьего тысячелетия до нашей эры, но применять их в качестве украшений стали сравнительно недавно - менее 500 лет назад, когда мастера ювелирного дела начали осваивать методику огранки этого камня, позволяющую сделать из него бриллиант.

Известно, что русская императрица Екатерина II очень любила драгоценные камни: алмаз, безусловно, снискал ее особое расположение как наиболее прекрасный из всех минералов, а слово «бриллиант» в русском разговорном обиходе быстро стало синонимом роскоши, достатка и богатства.

Это может показаться странным, но время, когда алмаз был точно обнаружен, не удается установить до сих пор. Принято считать, что этот камень является одним из самых красивых и роскошных по внешним признакам, но таково общепринятое заблуждение, которое имеет мало общего с реальностью.

Природный алмаз, не обработанный человеком, часто выглядит даже не как драгоценный камень, а похож на кристаллический горный хрусталь неопределенной формы. Алмаз в природе часто бывает бесцветный, либо прозрачный, и неискушенный взор далеко не всегда распознает в нем тот самый вид камня, который может оказаться бесценным экземпляром для хорошего специалиста.

На разных языках твердость алмаза выражается почти одинаково. По арабски это звучит как «алмас», то есть, «тверже всех». В греческом языке описание этого камня выражено словом «адамас», что в переводе означает «несокрушимый». В русском языке понятие «алмаз» впервые прозвучало из уст знаменитого путешественника Афанасия Никитина в XV веке, что получило свое описание в известном литературном произведении «Хождение за три моря».

Есть ли в природе что-либо тверже?

Твердость алмазного камня давно уже известна, и считается, что ему нет в этом равных. Однако любопытное человечество уже давно задается вопросом: может, есть в природе какая-нибудь горная порода или иные полезные ископаемые, которые могли бы составить конкуренцию алмазу по показателю его легендарной «несокрушимости»?

Сразу хотелось бы точно заверить всех интересующихся: алмаз - самый твердый минерал, и равных ему в этой области, действительно, нет. Он полностью соответствует своему названию, и тверже него может стать только он сам, если его обработать с помощью специального способа.

От чего зависит твердость, которой так славятся алмазные камни? Этот показатель напрямую зависит от состава их кристаллической решетки. Если кристаллическую решетку обработать путем определенного метода, удалив из нее все возможные дефекты, то синтетическим путем возможно получить новое лабораторное вещество под названием «гипералмаз». Это алмаз, кристалл которого настолько идеален, что по прочности в одиннадцать раз превышает показатель натурального материала. За основу был взят тип прочной «решетки», которую подарила ученым редкая разновидность алмаза под названием «карбонадо»: камень черного цвета.

Как известно, обычные алмазы, состоящие из одного кристалла (или монокристаллические), несовершенны и имеют много природных изъянов и трещин. Бывает, что они не выдерживают очень высоких температур и давления. Но после того, как у специалистов получилось воспроизвести в лабораторных условиях поликристаллическую структуру карбонадо, можно с уверенностью сказать, что тверже такого материала камня точно нет. Из него можно создавать изделия, имеющие самые разнообразные размеры и формы, которые являются сверхустойчивыми к любым температурным условиям.

Состав и свойства камня

Алмазный камень имеет углеродное происхождение. Самый распространенный его вид - это прозрачный алмаз, который может быть как бесцветным, так и иметь определенные оттенки той или иной цветовой гаммы, придающие ему особенную привлекательность. Блеск алмаза на солнце очень ярок - вероятно, именно он когда-то и привлек человека к себе, побудив его начать использовать разные виды алмазов в качестве украшений, а впоследствии - к созданию уникальных бриллиантовых экземпляров, получивших великолепную рукотворную огранку.

Атомы кристаллической решетки камня имеют кубическую форму. Именно она является причиной высоких показателей твердости: шкала Мооса дает ему самую высокую оценку в десять баллов. Но есть одна тонкость, которую в свое время мастера не могли учитывать: это так называемая совершенная спайность, по причине которой алмазные кристаллы, несмотря на прочность, являются очень хрупкими . Именно такое парадоксальное свойство часто становилось причиной того, что ценные виды алмаза подвергались разрушению.

Как уже говорилось, алмазы, природные свойства которых не были облагорожены рукой хорошего мастера-ювелира, выглядят весьма скромно и порой даже невзрачно. Как выглядит алмаз, только что найденный в том или ином месторождении? Обычно, он представляет собой небольшой окаменевший конгломерат, поверхность которого выглядит матовой, а если ее взять в руки, то сразу можно почувствовать приятную шероховатость.

Кристаллы алмаза чаще встречаются единичные (или обособленные), но бывают и сросшиеся экземпляры, представляющие собой мелкокристаллические образования, либо разновидности алмазов более крупной формы.

Где и как они образуются

Теорий, рассказывающих о том, существует несколько. Наиболее обоснованная и логичная из них - это магматическая теория . Если опираться на нее, то атомы углерода под воздействием высокого давления (как минимум, пятьдесят тысяч атмосфер) могут изменять структуру своей кристаллической решетки, формируя этот замечательный камень. При этом глубина его залегания составляет 100 км и более. В дальнейшем при извержении вулканов алмазы выносятся магмой на поверхность Земли.

Классификация алмазов, которая сортирует их на основании форм кристаллов, цветового показателя и иных свойств, выделяет интереснейшие метеоритные виды этих камней. Вероятно, что такая разновидность алмаза имеет неземное происхождение и возникла еще до того, как в нашей Галактике появилось Солнце. Также есть доказательства того, что в природе имеются кристаллы, которые образовались на падающих метеоритах вследствие действия на них огромного давления и температурных факторов.

Примечательным фактом является и то, что любые типы алмазов - это не что иное, как «близкие родственники» графита, который и подвергается процессам кристаллизации в недрах Земли под высочайшим давлением и температурой на большой глубине. Когда вулканическая лава выбрасывает уже «подготовленные» природой камни наверх, происходит образование кимберлитовых трубок: так называются все коренные алмазные месторождения.

Когда на Землю падает метеорит, показатель температуры в тот момент, когда он ударяется о ее поверхность, составляет 3000°С, а давление поднимается до 100 гПа. Поскольку такие экстремальные условия приближены по цифрам к тем процессам, которые происходят в недрах нашей планеты, это и становится реальной почвой для образования импактного вида горной породы, в состав которой входят кристаллы алмазов.

Камни, имеющие явно внеземное происхождение, в больших количествах находили в США - в том самом Гранд-Каньоне, куда 30 000 лет назад упал огромный метеорит. Похожее месторождение, возникшее в результате падения метеорита, есть и в Якутии. Такие крупные метеоритные кратеры называются астроблемами и имеются в разных уголках Земли: кроме США и Якутии аналогичное месторождение в виде кратера имеется в северных регионах Сибири.

Несмотря на свою очевидную редкость, алмаз - это камень, который распространен очень широко. Его месторождения можно отыскать везде, кроме Антарктиды.

Разнообразие форм и размеров

Алмаз - это камень с весьма разнообразный по своим морфологическим признакам. Форма алмаза бывает как моно-, так и поликристаллической, от чего напрямую зависит и показатель прочности. Уже упоминавшийся черный карбонадо как раз имеет поликристаллическую структуру, которая и была скопирована учеными в лабораторных условиях для синтетического выведения суперпрочного камня. Кимберлитовые месторождения представляет исключительно тот алмаз, форма которого являет собой октаэдр или плоскогранник.

Бывают и сложные кристаллы с изначальной формой ромбов или кубов, среди которых встречаются экземпляры, имеющие типичные формы с округлыми гранями - ромбодекаэдроиды. Они возникают, когда алмазы растворяются под действием кимберлитового расплава. Что касается кубоидного вида кристаллов, их образование обеспечивает волокнистый рост алмазов, идущий по нормальному механизму. Кстати, алмазы, выведенные лабораторным путем, чаще всего характеризуются кубовидными кристаллами, что является одним из их отличий от природного камня.

Кристаллы у разных алмазов бывают разными: от тех, которые можно рассмотреть только под микроскопом, до очень крупных. Например, в 1905 году в Южной Африке был обнаружен экземпляр весом 0,621 кг, что составляет 3106 карат . Его изучали в течение нескольких месяцев, а потом раскололи на несколько частей. Редкими камнями считаются те, масса которых превышает 15 карат, редчайшими - с массой в 100 карат и более. Как правило, они непременно занимают особое место в истории, и им даже дают имена.

Цветовая гамма

Каких цветов бывают алмазы? В зависимости от примесей, содержащихся внутри них, а также особенностей химических реакций, которые протекали в процессе образования камня, цвет алмаза может варьироваться.

Необычайную красоту представляет собой камень, который не имеет никаких цветов, прозрачность алмаза такого типа иногда образно охарактеризовывается известной фразой «алмаз чистой воды». Чаще всего экземпляры имеют легкий оттенок какого-либо цвета или «нацвет». Камни же «чистой воды» попадаются среди них реже всего.

Процесс образования красных, розовых и коричневых камней до сих пор не изучен до конца, что придает им своеобразную мистичность и привлекательность

Если речь идет о камне синего цвета, алмаз, имеющий такую окраску, давно заслужил звание аукционного и уникального. Синий цвет ему придает замещение атомов кристаллической решетки с углерода на бор. Облагораживание природных алмазов синим цветом часто практикуется специалистами и в лабораторных условиях.

Также не менее редкими являются , миссия которых - представлять ценнейшие частные коллекции. Однако и здесь уже давно применяется технология «превращения» более распространенного желтого алмаза в голубой путем рукотворных химических реакций.

Зеленый цвет алмаза приобретается, когда на него длительное время действует природное радиационное излучение. Эти минералы, действительно, прекрасны своим насыщенным темно-зеленым оттенком и получают у ювелиров очень высокие оценки.

Черный алмаз залегает в верхних слоях земной коры, а структура его решетки состоит из микроскопических кристаллов, сросшихся между собой. Он необычайно красив и прочен - о нем уже неоднократно упоминалось в нашей статье.

Применение

Как отличить настоящий алмаз от подделки

Развитие химической промышленности дает простор для распространения искусно выполненных подделок или имитаций, многие из которых пользуются известным успехом у покупателей по причине яркости и невысокой стоимости.

Однако всегда есть возможность отличить природный камень от рукотворного:

  1. Например, натуральный бриллиант обладает способностью сильно рассеивать световой поток . Если через камень направить световой луч, и он не изменит своего направления и останется однородным - это точно подделка.
  2. Природный алмаз начинает светиться при воздействии на него ультрафиолетовых лучей .
  3. Известный своей прочностью, настоящий алмаз не подвергается истиранию . В связи с этим имеет смысл внимательно рассмотреть все его грани через лупу: если на них есть царапины, трещины или потертости - камень фальшивый.
  4. Если условия позволяют, по грани камня можно провести маркером . Если линия прямая и не расплывается - алмаз, скорее всего, настоящий.
  5. Натуральный камень не запотевает , если на него слегка подышать.
  6. Также существует весьма «варварский», но целесообразный опыт погружения алмаза в кислоту - если это не подделка, с ним точно ничего не случится .

Часто за алмазы выдают фианиты - искусственные камни, разработанный в институте ФИАН почти пятьдесят лет назад. Отличить его от природного камня бывает непросто, но здесь следует обратить внимание на количество граней. У бриллианта их стандартное количество - 57, а у подделок - намного меньше. Обычно такой эксперимент проводится через лупу с 12-кратной степенью увеличения.

Алмаз - прекрасный камень, который всегда будет цениться среди любителей и профессионалов в ювелирном деле, а если уметь отличать натуральный минерал от подделки и знать о том, как определить алмаз на предмет подлинности, есть шанс приобрести украшение хорошего качества, которое будет служить вам в течение многих лет.