Алмаз как самый твердый минерал находит

Твердость алмаза: основные влияющие факторы и определение

Здравствуйте, дорогие читатели. Как уже неоднократно отмечалось в наших статьях, алмаз имеет самую высокую твердость среди других минералов. Но какова же твердость алмаза? С чем она сравнивается и кто первым установил этот удивительный факт?

Вообще твердость – это такая величина, благодаря которой можно узнать сопротивление твердого вещества при попытках его повредить другим веществом. Для этого чаще всего экспериментальный образец царапают. Понятное дело, после такой «проверки» экспериментальный образец безнадежно испорчен, так что подобные процедуры проводят только в самых необходимых случаях.

Открытие твердости алмаза

Еще в начале 19 века (а именно в 1911 году) известный и талантливый ученый в области минералогии Моос Фридрих впервые разработал специальную шкалу для определения твердости, названную в его честь. По этой шкале этот параметр минералов определяется при помощи коэффициента твердости, который распределяется от 1 до 10. Очевидно, что у алмаза данный показатель составляет все 10 баллов. Хотя настоящую твердость данная шакала не определяет, однако является важным показателем.

почему АЛМАЗ САМЫЙ твердый минерал?

За основу своей шкалы Моос взял самые доступные на тот момент минералы и сравнил их между собой путем царапания.

Есть ли минерал тверже алмаза?

На данный момент ученые экспериментируют в области создания камня или минерала, способного превзойти алмаз по своей прочности. На сегодня удалось, например, сделать карборунд. Это материал тверже корунда с твердостью 9, но все равно мягче алмаза. Это был самый твердый после алмаза минерал.

Сплавы сталей на сегодняшний момент также значительно отстают от рассматриваемого камня. Их твердости не превосходят 7,5 по шкале Мооса. Однако даже при таких условиях в некоторых производствах удается заменить алмаз на более дешевые сплавы сталей (для обработки различных деталей и т.п.).

Однако даже при этом факте прочность железа все равно определяют с помощью алмазных пластин, которыми врезаются в поверхность сплава. По создаваемой вмятине и определяют искомый параметр.

Но эксперименты продолжаются. Немногие слышали, но на данный момент есть так называемый лонсдейлит. Он был синтезирован учеными еще в 20 веке, хотя и встречается также в метеоритных останках и т.п. Этот материал (как ранее заявлялось) в полтора раза прочнее алмаза. Максимальное давление, выдерживаемое этой алмазной модификацией, якобы также на 55 ГПа больше.

Но по факту это не так, хотя и есть способы сделать его даже в два раза прочнее алмаза.

Например, при нанокоструированни, можно создавать навнополикристаллы или нанокомпозиты. В результате таких работ как раз и можно добиться ранее упоминаемых результатов. Производители уже готовы предложить такие кристаллы размером около кубического сантиметра.

Однако тут есть и ложка дегтя – стоимость производства лонсдейлита настолько огромна, что практически нигде в наше время не оправдывается экономически. Происходит это из-за трудностей получения вещества, названного в честь британского кристаллографа Лонсдейл Кейтлин. Как минимум, шлифовать лонсдейлит практически нереально в силу его исключительной твердости (если говорить о предварительной специальной обработке, упоминаемой ранее).

Связанные с твердостью алмаза факты

1. Как все мы знаем, графит и его родственник алмаз состоят из одного и того же уникального элемента – углерода. Но при этом минерал получил оценку 10 из 10 по шкале Мооса, а графит – всего лишь 1. Секрет такого распределения прост – все дело в структуре камня, его кристаллической решетке. Ведь стоит атомам распределиться несколько иначе, как мы получим некое вещество с абсолютно другими значениями твердости и других параметров.
2. Для графита характерна слоистая структура, а для алмаза кубическая.
3. Помимо твердости, в зависимости от вида связей атомов между самими собой, меняются также блеск, пластичность, даже внешний вид и многое другое. Тот же графит, например, обладает очень слабыми межатомарными связями.
4. Существует несколько предположений насчет названия камня, о свойствах которого уже очень давно знали наши предки. По одному из них «алмаз» происходит от греческого «адамас» («нерушимый»). По другой версии, от персидского «твердый» («ал-ма»). Ну а третья и вовсе отсылает нас к легенде об Элайзе, которая могла лечить людей от любых болезней, но своего возлюбленного спасти не успела. Из ее слез и появились алмазы, образованные от имени девушки.

Таким образом, на Земле на данный момент крайне трудно отыскать что-то столь же твердое как алмаз. Однако уже сейчас производятся материалы, превосходящие камень по своей прочности, способности к окислению и температурной устойчивости.

На этом мы прощаемся с вами, но надеемся еще не раз встретить вас на страницах ресурса. До скорых встреч, друзья.

Источник

Как добывают алмазы? Описание, фото и видео

Интересно

Алмаз является чистым углеродом также, как и графит, их химическая формула С, а по твёрдости это противоположные минералы. По шкале Мооса (параметров твёрдости) у графита начальная позиция, обозначенная 1, а у алмаза — конечная, обозначенная 10. То есть – алмаз самый твердый минерал из всех.

Как появляются алмазы?

Кимберлитовая трубка

Чтобы графит превратился в алмаз нужно воздействие огромных температур и давления. Это более 1100 градусов и свыше 35 килобар. Такие экстремальные условия создаются только глубоко в недрах планеты при извержении вулканов. Извержение сопровождается образованием кимберлитовых трубок, именно по ним выносит алмазные кристаллы на поверхность или ближе к верхним слоям земной коры, где их и находят или добывают люди. Поэтому геологи ищут сначала кимберлитовую трубку, только потом предполагают наличие на этом участке россыпей или внутреннего залегания драгоценных камней.

На Земле алмаз считается самым твёрдым природным кристаллом, это обусловлено прочностью и плотностью его кристаллической решётки. Данное свойство послужило особой востребованности алмазов, они применяются в ювелирном деле и промышленном производстве, особенно при создании высокотехнологичных инструментов и приборов. Получаемые способом огранки бриллианты являются самыми ценными драгоценностями, крупным камням даются имена, их обладатели владеют целым состоянием, которое не подвержено девальвации.

Среди самых известных камней – «Куллиан» (3 тысяч карат), «Эксельсиор» (995,2 кар), «Звезда Сьерра Леоне» (969,8 карат). Но это африканские и австралийские камни, на европейской территории таких гигантов не добывали. В Астраханской области на днях был найден самый крупный в Европе алмаз — 181, 86 карат.

Сложности добычи алмазов

Кимберлитовая трубка

Алмазные кристаллы находятся в кимберлитовой породе, их в ней очень мало, для того, чтобы извлечь от 1 до 5-6 карат приходится переработать тону каменных конгломератов. Но это не единственная трудность в добыче драгоценного минерала, его нелегко найти и сложно разрабатывать месторождение. Кроме того, россыпи и копи быстро иссякают, поэтому инфраструктуру необходимо устраивать на новых местах.

Добыча алмазов

Карьерный способо добычи алмазов

Самым распространённым способом добычи алмазов является карьерный. Их раскапывают, бурят шурфы, закладывают в них взрывчатку и взрывают, обнажая кимберлитовые трубки. Породу везут для обработки на обогатительные предприятия. Глубина карьеров бывает значительной, до полукилометра и более, есть даже полутора километровые карьерные разработки, но в таких глубоких карьерах алмазов уже находят мало, поэтому они закрываются.

Добыча алмазов в рудниках

При глубоком залегании кимберлитов добыча ведётся в рудниках. В них добывать алмазы сложнее, опасней и дороже. Но бизнес этот выгодный, поэтому шахтный метод применяется во всех алмазодобывающих странах.

Копи алмазов

С самых древнейших времён алмазные разработки называются копи, от слова копать. Так именуют и открытые и закрытые разработки. Самые богатые современные алмазные копи находятся в ЮАР, Ботсване, Конго, Австралии, России (Якутия).

Как извлекают алмазы из руды?

С древности и до наших дней технология отделения драгоценных камней из породы совершенствовалась от примитивных способов до высокотехнологичных процессов.

Извлечение алмазов из руды с помощью жировых установок

С помощью жировых установок

Порода поступает на стол, обработанный жировым слоем, с потоком воды. Кристаллы прилипают к жировой основе, а водный поток уносит пустую породу.

Рентгенные установки

Кристаллы светятся в рентгеновских лучах, обнаружив их, осуществляют извлечение механическим способом.

Магниты

Это наиболее лёгкий способ извлечения углеродных кристаллов из руды. Это делается с помощью магнитных полей, образованных постоянными магнитами.

С использованием суспензий высокой плотности

Рудные обломки обрабатывают подобной жидкостью, порода тонет, а более лёгкие алмазы всплывают.

Искусственные алмазы

Искусственные алмазы

В настоящее время созданы искусственные алмазы, эти кристаллы по свойствам не уступают естественным, поэтому для технических нужд всё чаще используются именно они.

Приборы и аппаратура на основе этого материала стоят дешевле. Но значение и ценность натуральных камней от этого не уменьшается.

Как добывают алмазы – интересное видео

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник

Алмаз, описание, характеристики, свойства и происхождение

Алмаз, описание, характеристики, свойства и происхождение.

Алмаз представляет собой твердую аллотропную форму углерода, атомы которого имеют кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку.

Алмаз, характеристики, описание, кристаллическая решетка, химический состав:

Алмаз (от др.-греч. ἀδάμας «несокрушимый», через араб. ألماس‎ [’almās] и тур. elmas) – минерал, кубическая аллотропная форма углерода . Химическая формула алмаза – C.

Алмаз – это природный минерал, состоящий из углерода и кристаллизующийся в кубической сингонии.

Наряду с графитом , алмазом существуют еще много аллотропных форм углерода. Например, графен , фуллерен , углеродные нанотрубки и т.д. Свойства данных веществ совершенно отличаются друг от друга.

Алмаз является самым твердым природным материалом на Земле.

Алмаз – редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. К настоящему времени алмазы найдены на всех континентах Земли, в том числе и в Антарктиде.

Алмаз представляет собой твердую аллотропную форму углерода , атомы которого имеют кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку. При этом, каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших атома.

Таким образом, в алмазе каждый атом углерода связан с четырьмя другими атомами. В алмазе связи сформированы sp 3 гибридными орбиталями. Такая связь является наиболее прочной. Именно прочная связь атомов углерода и отсутствие свободного электрона объясняет высокую твёрдость алмаза. Из всех известных веществ алмаз также имеет наибольшее количество атомов на единицу объема, поэтому он одновременно и самый твердый, и наименее сжимаемый.

Наоборот, в графите – другой аллотропной форме углерода, каждый атом углерода связан с тремя атомами аналогичными атомами и имеет один свободный электрон. В графите межатомные связи сформированы sp 2 гибридными орбиталями. Связи между атомами углерода в графите формируются в одной плоскости. Связи между плоскостями графита слабы. Это и обуславливает высокую мягкость графита и свойство слоев графита легко отделяться (отслаиваться) друг от друга.

При нормальных условиях (т.е. комнатной температуре и нормальном давлении), а также высоких давлениях алмаз может существовать неограниченно долго. При комнатной температуре и давлении другая твердая форма углерода, известная как графит, также является химически стабильной формой, но алмаз почти никогда не превращается в нее. И только в вакууме или в инертном газе при повышенных температурах – при 2000 о С алмаз постепенно переходит в графит.

Алмазы бывают совершенно разных цветов и оттенков: от стального серого, белого до коричневого и черного цветов. Редко встречаются бесцветные и прозрачные камни. Это обусловлено тем, что природный алмаз может содержать небольшое количество дефектов и примесей (около одного на миллион атомов углерода). Небольшие количества дефектов или примесей окрашивают алмаз в синий (примеси бора), желтый (примеси азота), коричневый (дефекты кристаллической решетки), зеленый (радиационное воздействие), фиолетовый, розовый, оранжевый, красный или серые цвета. Вместе с тем, химически чистый и структурно совершенный алмаз прозрачен и не имеет оттенка или цвета.

Алмаз также обладает относительно высокой оптической дисперсией (способностью рассеивать свет разных цветов).

Твердость алмаза и его высокая оптическая дисперсия способствует его использованию в качестве драгоценного камня. В отличие от многих других драгоценных камней, он хорошо подходит для ежедневного ношения из-за его устойчивости к царапинам. Поцарапать алмаз может только другой алмаз.

Огранённый алмаз называется бриллиантом.

Алмаз состоит из чистого углерода. В небольших количествах в нем присутствуют различные примеси других химических элементов (бор, азот, алюминий, кремний, кальций, магний и т.д.).

Образование и происхождение алмазов:

Большинство природных алмазов имеют возраст от 1 миллиарда до 3,5 миллиардов лет. Многие из них были сформированы на глубинах от 150 до 250 километров в мантии Земли , хотя некоторые из них формировались на глубине около 800 километров.

Под высоким давлением и температурой углеродсодержащие жидкости растворяли минералы в породе и заменяли их алмазами.

Алмазы образовывались из этой жидкости либо путем восстановления окисленного углерода (например, CO2 или CO3), либо путем окисления восстановленной фазы, такой как метан .

Гораздо позднее (десятки – сотни миллионов лет назад) они были вынесены на поверхность в результате извержений вулканов и отложились в магматических породах, известных как кимберлиты и лампроиты.

Механические, оптические, химические и иные свойства алмаза:

– алмаз представляет собой твердую форму чистого углерода. Твердость по шкале Мооса 10,

– твердость алмаза зависит от его чистоты, отсутствия дефектов кристаллической решетки и ориентации. Твердость выше для безупречных, чистых кристаллов , ориентированных в направлении по самой длинной диагонали кубической алмазной решетки. Поэтому алмазы могут быть поцарапаны и подвергаться обработке только другими алмазами,

– из всех известных веществ алмаз имеет наибольшее количество атомов на единицу объема, поэтому он одновременно и самый твердый , и наименее сжимаемый. У алмаза самый низкий коэффициент сжатия,

– имеет высокую плотность от 3,47-3,55 г/см³,

– обладает хрупкостью, легко раскалывается,

– имеет большой показатель преломления и относительно высокую оптическую дисперсию (способность рассеивать свет разных цветов). Эти свойства заставляют нанесенные при обработке алмаза грани блестеть, играя на свету,

– обладает наиболее высокой теплопроводностью среди всех твёрдых тел 900-2300 Вт/(м·К). Из-за этого алмаз на ощупь холодный,

– у алмаза очень низкий коэффициент трения по металлу,

– имеет самый высокий модуль упругости,

– на воздухе алмаз сгорает при 850-1000 °C, а в струе чистого кислорода горит слабо-голубым пламенем при 720-800 °C, полностью превращаясь в углекислый газ ,

– под действием солнечного света, а также под действием катодных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей алмазы начинают люминесцировать – светиться различными цветами. Именно это специфическое свойство алмаза позволяет его выявлять в породе,

– поверхность алмаза гидрофобна и липофильна, т.е. алмаз не смачивается водой, а хорошо смачивается маслом и жиром. Это свойство использует для того, чтобы отличить алмаз от подделки. Жир на подделке не смачивает поверхность полностью, а собирается в маленькие капельки. Кроме того, алмаз, смазанный жиром, прилипает к стеклу , а подделка – нет,

– алмазы химически стабильны. При комнатной температурой они не реагируют с кислоты и щелочами. Поверхность алмаза может окисляться только при температуре воздуха выше 850 °C. Алмаз также реагирует с газом фтора при температуре свыше 700 °C,

– лучепреломление алмаза таково, что, поместив бесцветный кристалл на страницу с печатным текстом, прочитать написанное не получится. Эта характеристика алмаза позволяет отличить подделку от оригинала. Также если посмотреть сквозь алмаз на солнце, то будет видна лишь тусклая точка,

– под действием радиоактивного излучения алмаз меняет окраску на насыщенный зеленый цвет.

Источник

Интересное об алмазах и бриллиантах

С древних времен алмаз манил и притягивал к себе людей, он завораживал всех своим блеском и поражал твердостью. Греки называли этот драгоценный камень несокрушимым, арабы — наитвердейшим, халдеи — божественным. Алмаз приносил счастье и удачу, он оберегал и исцелял. Этот благородный камень прочно окутан мифами, легендами и преданиями. Попробуем приоткрыть завесу тайн, склонившуюся над алмазами и бриллиантами…

Этот красивый камень по своей химической структуре относится к неметаллам и имеет кристаллическую структуру. Говоря языком химиков, адамант — это кубическая аллотропная форма углерода. В ювелирном искусстве эта форма углерода считается самым дорогим из драгоценных камней, и украшения с адамантом стоят очень дорого.

Это связано с тем, что блеск кристаллов этого вещества невозможно сравнить ни с чем. И к тому же он не тускнеет и не царапается. То есть полированная поверхность кристаллов в украшениях всегда радует глаз.

Как ни парадоксально звучит, но адамант и графит имеют одинаковое строение. И эти два таких диаметрально противоположных вещества имеют одну природу. Дело в том, что и диамант, и графит образованы атомами углерода. Рассмотрим подробнее строение и свойства бриллианта.

Строение алмаза и его характеристика

По структуре кристалл алмаза имеет форму тетраэдра, и при этом атомы углерода располагаются в центре. Вершинами в таком тетраэдре служат самые близкорасположенные атомы углерода.

Получается очень стабильная атомарная связь в самой структуре кристалла, и этим объясняется повышенная прочность вещества. Между собой атомы, из которых состоит элементарная ячейка, связаны ковалентной связью. Этой особенностью объясняется высокая плотность алмаза.

В целом кристалл алмаза можно представить как молекулу гигантских размеров. Напомним, что молярная масса этого кристалла равна 12. Форма кристалла не связана с количеством граней у ювелирного камня. Грани алмаза появляются при его обработке.

По химической структуре алмаз является чистым углеродом. Но в его состав все же входят и примеси. Проведенный химический анализ позволил определить наличие некоторого количества других веществ. К примесям относятся такие вещества, как:

И еще много других химических элементов таблицы Менделеева. Причем многие из элементов представляют собой изоморфные включения. Но люди используют алмазы не только для изготовления ювелирных украшений. Широкое применение получил этот кристалл в технике. И все это благодаря своим уникальным свойствам и высочайшей прочности.

Физические свойства алмаза

Алмаз — это одно из самых твердых веществ из встречающихся в природе. Одна из разновидностей адаманта — корунд — имеет сходное строение, но боле низкую твердость (твердость корунда ниже, чем у адаманта в 150 раз).Стоит упомянуть, что твердость веществ определяется по шкале Мооса. По этому ранжиру алмазу присваивается самый высокий показатель твердости — 10.

Стало быть, его можно использовать для обработки металлов, в том числе и высокопрочных, и твердых минералов, таких как берилл, гранат, сапфир и другие. Алмазный инструмент очень устойчив к истиранию. Твердость и плотность алмаза выше, чем у кварца и корунда.

Но при всей твердости у диаманта высокая хрупкость. И даже выраженная в высокой степени плотность не снижает вероятность раскола при падении. Ведь чистый кристаллический углерод, каким и является диамант, имеет многослойную структуру. И при резких ударах о твердую поверхность возможен его раскол в тех местах структуры, где связь между атомами весьма слабая. Именно в местах спайности атомов и происходит раскол.

И при всей износоустойчивости и долговечности этого вещества его нужно уберегать от падений на твердую поверхность. У этой разновидности углерода и самая высокая теплопроводность среди всех твердых тел.

Теплопроводность алмаза составляет от 20 до 24 Вт/см. Также нужно сказать, что диамант является диэлектриком. Это объясняется особенностями атомарных связей в кристалле этого вещества.

Температура горения диаманта в кислороде составляет 800°С. Эта разновидность углерода горит красивым голубым пламенем. А вот при температуре 2000°С и при отсутствии кислорода этот красивый минерал превращается в графит. Показатели температуры плавления у алмаза равняются 3700-4000°С.

Самое основное и ценное свойство бриллианта — это его показатель преломления и высокая степень дисперсии. Блеск диамантов зависит от этих характеристик и является отличительным признаком этого драгоценного минерала. Вес бриллиантов измеряется в каратах. При этом вес одного карата алмаза равен примерно 0,2 грамма. Для определения этой величины у ювелиров существуют необходимые таблицы и сведения.

Алмаз можно разбить молотком

В древние времена считалось, что разбить этот несокрушимый камень невозможно. К сожалению, это всего лишь миф. Стоит лишь провести испытания с алмазами, молотом и наковальней… Итог будет неожиданным — далеко не все «испытуемые» выдержат столь суровое обращение.

Алмаз, действительно, самый твердый минерал на земле (его можно поцарапать только другим алмазом), но далеко не самый прочный! Он легко разбивается тяжелым предметом и сгорает от струи кислорода при высокой температуре (свыше 720°С).

Кольцо с бриллиантами

Бриллиантовая огранка

Еще один миф связан с тем, что огранка алмазов существовала всегда. На самом деле до XIII века алмазы лишь полировали, что было весьма трудоемким занятием. Затем стали появляться шлифовальные машины и алмазный порошок, с помощью которого лишь полировали уже имеющиеся многочисленные грани кристалла.

А бриллиантовая огранка, позволяющая сделать круглый или квадратный, овальный или грушевидный бриллиант, была изобретена в Париже лишь в конце XVI века. Именно по причине того, что в древние времена люди не умели гранить алмазы, они считались менее ценными по сравнению с жемчугом, рубинами и изумрудами.

Алмаз — не самый твердый минерал на Земле

Это действительно так! Многие столетия соперничать с алмазом по твердости не решался абсолютно не только ни один драгоценный камень, но и вообще ничто. Пока в 2005 году ученые не изобрели вещество, превышающее твердость алмаза на 11%. Новый рекордсмен получил название «гипералмаз».

Кольцо с голубым бриллиантом

Способы добычи алмазов

Довольно необычный способ добычи алмазов существовал в Южной Африке. Домашних птиц пускали гулять по горным выработкам. «Умные» птахи, завидев блестящие «зерна» среди земли, тотчас же бросались их глотать…

Кольцо с черным бриллиантом

Затем зоб каждой зарезанной птички внимательно осматривался. Сохранились даже сведения о голубе из такого алмазного рудника, в зобу которого были найдены 23 камня общим весом 5,5 карат!

Самый большой алмаз

Если на Земле алмазы встречаются довольно редко, то в космосе их полным полно! Именно к такому выводу пришли ученые после обнаружения в 50 световых лет от Земли в созвездии Кентавра алмазной звезды «Люси», весом 10 с 34 нулями карат!

Ядро этой потухшей звезды — белого карлика — состоит из кристаллизованного углерода, диаметром в 1500 км. Для сравнения — вес самого большого алмаза, найденного на Земле, составляет 3100 карат. И это далеко не единственный случай обнаружения алмазов в космосе. Учеными были найдены бриллианты даже в некоторых метеоритах, упавших на Землю…

Алмазы светятся

Настоящие бриллианты имеют одно уникальное свойство — они светятся в темноте некоторое время, после выключения источника света. Правда интенсивность и длительность такого свечения у всех камней разное!

Источник