Как получить драгоценный камень алмаз

Кристаллическая решетка алмаза

Кремированное тело человека массой 80 кг превращается в 2,5 кг пепла. Некий Риналдо Уилли из Швейцарии, еще учась в университете, увлекся изучением вопроса превращения углерода в искусственный алмаз. Ему пришла необычная идея – превращать пепел умерших людей в алмазы. А как происходит образование в природе?

Способ образования

Алмаз – один из самых дорогих драгоценных камней уже много столетий. Вопросы о генезисе до недавнего времени были спорными. Ещё в 50-х годах прошлого столетия утверждалось об их растительном происхождении, причем монография Гепперта об этом была удостоена высших наград и признаний со стороны голландского ученого сообщества. Продолжалось такое положение дел совсем недолго, а именно, открытие воронок в Африке и метеоритов с алмазными вкраплениями изменило устоявшее суждения о происхождении этого камня.

Как можно добывать алмазы? Это самый простой способ!!!

Основной тип месторождений – трубки, образованные взрывом, их еще называют диатремы. Эти диатремы в основном сложены кимберлитами – брекчиевидными изверженными породами. Кимберлиты в своем составе содержат также и древние глубинные породы – ксенолиты. Существует предположение, что именно они слагают верхнюю мантию Земли.

Глубинные породы с алмазами, вынесенные взрывом на поверхность, а также минеральные включения, указывают образование последних под действием высокого давления и температуры. Эти два показателя говорят об определенной фации глубинности (110-135 км) при давлениях 4-4,3 Гпа. Если перевести в привычные «атмосферы» или «бары», то получится приблизительно 40 тыс. атмосфер. На сегодня считается, что алмаз в трубках образовался на глубине 100-200 км при температурах 1300-1700oC и более высоких давлениях.

Несмотря на условия образования, алмаз на земной поверхности – неустойчивая стабильная углеродная модификация. По нашим представлениям он должен был преобразоваться в графит, но этого не произошло.

Физические и химические свойства

Алмаз не является на 100% чистым углеродом, как и в других относительно чистых минералах присутствуют различные примеси. Главной примесью, оказывающей влияние на свойства камня, является азот. Кристаллы, которые непрозрачны к УФ излучению, относят к 1 типу, а все остальные – 2 тип. В 1 типе камней азотная составляющая достигает 0,25%, тогда как во втором азот не превышал 0,001%. На этом примере мы видим корреляцию различных свойств камня, что позволяет делать предварительные выводы внутреннем составе без детального изучения о принадлежности к типам.

Алмаз не вступает в реакцию с растворами кислот и щелочей и только при температуре 800 ºС довольно легко реагирует с расплавленными щелочами, солями кислородных кислот и некоторыми металлами.

Сгорает на воздухе при температуре 850-1200 ºС, выделяя углекислый газ. Окисление происходит при 600 ºС, а при нагревании до 1600 ºС в вакууме частично превращается в графит.

Алмаз – самый твердый минерал на Земле. По шкале Мооса – 10. При этом очень хрупкий. Твердость на различных гранях кристалла не одинакова, самая прочная – октаэдрическая грань. Плотность 3515 кг/м3 у прозрачных образцов, у непрозрачных немного ниже.

Отталкивает воду, но прилипает к жирам. На свойствах основан метод отбора камней из руды, иногда применяемых в комплексе.

Строение кристалла

Для понимания строения сравним кристаллическую решетку алмаза с графитом, так как они имеют один и тот же химический состав, но резко отличаются по твердости. Это различие обусловлено связями атомов углерода в кристалле. В алмазе один атом углерода окружают 4 таких же атома (кубическая структура), создавая правильную 4-х угольную пирамиду. Эти связи между симметричными атомами очень прочны, что и создает такую прочность.

Графит же представлен слоистой структурой. Химические связи между атомами существуют внутри слоя и образ кристаллическая решетка алмазауют гексагональную сетку (гекса – кратно шести), связи же между слоями (межмолекулярные) слабые, слои как бы скользят относительно друг друга. На этом свойстве основаны графитовые смазки.

Тип кристаллической решетки алмаза

Вспоминая курс химии за 11 класс, мы знаем, что существуют 4 типа кристаллических решеток:

• атомная;
• металлическая;
• ионная;
• молекулярная.

Не углубляясь в определения каждого, сразу отметим, что кристаллическая решетка у алмаза атомного типа, соединенные ковалентной связью. Кстати, за рентгеноструктурное исследование отец и сын Брэгги в 1915 году были удостоены Нобелевской премии.

Химическая связь в углеродных минералах

По химическому составу алмаз – углерод в чистом виде, но из углерода состоят много других минералов, веществ на Земле, и они все совсем непохожи друг на друга. Давайте разберемся в модификациях и ответим на этот вопрос.

По мнению ученых углерод изначально содержался в газовом облаке, из которого образовывались планеты. В каждой планете присутствует этот элемент, более того, это один из 4 макроэлементов, являющийся «строительным материалом» нашего тела. Имея различные химические связи и расположения атомов относительно друг друга углерод составляет разные вещества. Это свойство называется аллотропией. Если условно назвать их модификациями углерода (аллотропными модификациями), то применительно к геологии, известны следующие:

• алмаз (самая дорогая форма);
• графит (получил широкое применение в промышленности);
• лонсдейлит (встречается в метеоритах);
• фуллерены (недавно открытые формы);
• графен;
• уголь;
• сажа.

Все эти вещества в основе своей имеют углерод, но как мы видим они отличаются друг от друга. Такое сочетание возможно благодаря химическим связям между атомами этого элемента и их расположению.

Для тех, кто заинтересовался этой темой, может быть полезен научный фильм, который легко разыскать на просторах интернета, а называется он «Углерод и его аллотропные формы – алмаз и графит» (Киевнаучфильм, 1981 год).

Применение в промышленности

Алмаз не царапается ни одним из существующих элементов на Земле. Это замечательное свойство получило широкое распространение в области народного хозяйства. Два аллотропных состояния одного химического элемента углерода – графит и алмаз, а имеют столь разное применение. Графит наименьшей твердостью используется в качестве сухой смазки в механизмах трения, тогда как алмаз с наивысшей твердостью по шкале Мооса, применяется в качестве абразивного материала. Буровые коронки с алмазным напылением, шлифовальные круги – это малая часть орудий производства по обработке материалов.

Алмаз нашел своё применение и в изучении космоса в качестве теплоотводящего материала при экстремальных температурах.

Cтанция «Пионер», запущенная к Венере в 1978 году, была покрыта материалом из алмазной крошки.

Широкое применение технических образцов (искусственно полученных) известно в радиоэлектронике, оптических приборах, при производстве медицинских инструментов. Для нужд техники производится 500 млн карат искусственных алмазов, это 100 тонн ежегодно.

Как получить драгоценный камень из графита

Для получения синтетических аналогов необходима высокая температура и давление в специальных установках. Конечно, давление, созданное геологическими преобразованиями, не сравнимо по длительности действия. Считалось, что драгоценные камни из графита получить практически невозможно из-за технических сложностей. Первые искусственные драгоценные камни были получены весом меньше одного карата (1 карат = 0,2 г) и даже были огранены, но получение более весомых экземпляров наталкивалось на определенные трудности. Дело в том, что сложные установки не в состоянии выдержать долгое время высокую температуру и давление, а для выращивания полукаратных образцов нужно время.

С развитием технического прогресса известны две распространенные технологии получения синтетических образцов: HPHT (high pressure high temperature) и CVD (chemical vapor deposition). Первый расшифровывается – «высокое давление высокая температура», а второй метод – «химическое парофазное осаждение».

Самый крупный по технологии HPHT получен в России (32,26 карата) и был огранен. Масса бриллианта составила 10,02 карата.

Позже в Китае был создан самый крупный искусственный аналог CVD в мире массой 46,2 карата (ограненный бриллиант – 12,75 карат). Оба экземпляра подтверждены сертификатом Международного Геммологического Института (IGI) в Гонконге.

Источник: vkamen.ru

Как в домашних условиях сделать алмаз из графита: что для этого потребуется?

Что может быть общего у самого дорого в мире камня — алмаза — и обычного графита? Оба являются аллотропной формой одного и того же химического элемента — углерода. На этом общность не кончается, ведь из графита в настоящее время получают синтетические алмазы. Если такое превращение можно осуществить в химической лаборатории, то возможно ли воспроизвести данный процесс в домашних условиях и получить искусственные драгоценности?

• 1. Графит и алмаз
• 2. Можно ли получить алмаз из графита в домашних условиях?
• 3. Современные методы синтеза
• 4. Применение алмаза и графита
• 5. Видео по теме статьи
• 6. Комментарии посетителей по теме статьи

Графит и алмаз

Графит — это самородный минерал, одна из аллотропных форм углерода. Каждый его атом ковалентно связан с тремя окружающими его атомами. В природе он образуется при высокой температуре в вулканических и магматических породах. Его добывают совместно с пиритами, гранатами, шпинелью. Встречается в кварцевых жилах, метаморфических породах, каменноугольных рудниках.

Алмаз также является одним из аллотропов углерода. Однако из-за отличий в кристаллической решетке обладает совершенно другими свойствами. Атомы углерода находятся в состоянии SP3-гибридизации, каждый атом расположен в центре тетраэдра, образуемого окружающими атомами. Такая структура объясняет высокую твердость элемента.

Точной версии происхождения алмазов пока нет. Ученые выдвигают разные версии образования самого твердого минерала — магматическая, метеоритная, мантийная. Нередко алмазы образуются при столкновении метеоритов с земной корой. Также их находят в ассоциациях со сверхвысоким давлением.

В таблице представлены сравнительные физико-химические характеристики алмаза и графита:

Характеристика	Графит	Алмаз
Твердость по шкале Мооса	1 — один из самых мягких материалов.	10 — эталон наивысшей твердости.
Плотность	2,08-2,23 г/м³	3,47-3,55 г/м³
Теплопроводность	100-354,1 Вт/м*К	900-2300 Вт/м*К, самое высокое значение среди всех твердых тел
Температура плавления	300-3000 К	1000-1200 К
Прозрачность	Непрозрачный	Прозрачный
Цвет черты	Черная	Отсутствует
Блеск	Металловидный	Алмазный
Сингония	Гексагональная	Кубическая

Алмаз обладает высоким показателем преломления. Благодаря этому свойству, а также прозрачности и дисперсии кристалл образует уникальную игру света, что делает его самым дорогим драгоценным камнем в мире. Обычно он полностью прозрачный, однако в природе встречаются желтые, голубые и даже черные кристаллы, что объясняется присутствием примесей.

Можно ли получить алмаз из графита в домашних условиях?

Как сделать алмаз самостоятельно? Этот вопрос волнует многих начинающих любителей химии, которые узнают о том, что между графитом и алмазом есть много общего.

Если графит и алмаз — это форма одного химического элемента, значит есть возможность преобразовать один в другой. Однако как бы ни старались химики-любители, сделать это в домашних условиях невозможно. Дома нельзя создать необходимые условия для синтеза алмазов, ведь для этого потребуются высокие температуры, давление и вакуум.

Что же делать, если юному химику хочется вырастить кристалл самостоятельно? Драгоценный камень получить дома невозможно, зато можно вырастить соляной кристалл. Для этого в литре воды растворяют несколько столовых ложек соли. В раствор добавляют немного красителя, чтобы выращенный минерал был цветным. Затем в воду окунается скрепка, подвешенная на веревочке.

Через несколько дней скрепка полностью скроется под слоем соли. В течение всего периода времени маленькому экспериментатору будет интересно наблюдать за оседанием кристалликов соли на металлической скрепке.

Современные методы синтеза

Первые эксперименты по синтезу искусственных алмазов начались в середине XIX в. Однако впервые в мире создать синтетический алмаз удалось только в 1953 г. шведскому ученому Балтазару Платену.

Существует несколько технологий синтеза алмазов:

• Высокое давление и высокая температура — метод НРНТ. Это исторически первый способ искусственного получения алмазов. Затравку помещают в капсулу, которую загружают под пресс. В прессе поднимается температура до 1400°С, под воздействием температур и высокого давления изменяется кристаллическая структура углеродного элемента. Прессы бывают ленточными и кубическими, в них создается давление до 5 ГПА.
• Химическое осаждение из газовой фазы. Этот метод был открыт в 1980-х гг, и он не требует высокого давления. Рабочая камера заполняется специальными газами, которые способствуют росту алмазов.
• Детонация углеродсодержащей взрывчатки. Металлическая капсула заполняется графитовым порошком и помещается в камеру со взрывчаткой. Во время взрыва под высоким давлением и температурой получаются алмазные нанокристаллы.
• Ультразвуковая кавитация. Суспензию графита подвергают воздействию ультразвука. Это дешевый и простой способ получения алмазов, однако камни получаются невысокого качества.

Применение алмаза и графита

Где используется графит? Кроме изготовления грифелей карандашей, его применяют в следующих сферах и отраслях промышленности:

• создание электродов и нагревательных элементов;
• замедление нейтронов в ядерных реакторах;
• изготовление плавильных тиглей;
• создание деталей для атомно-силового и туннельного микроскопа;
• тепловая защита космических аппаратов;
• создание синтетических алмазов.

Натуральные алмазы подвергают обработке и получают из них прекрасные ювелирные камни — бриллианты. Бриллианты считаются самыми дорогими среди драгоценных камней.

Синтетические алмазы также имеют широкую сферу применения:

• Сверхтвердые режущие элементы. Поскольку алмазы являются самым твердым веществом, этим свойством пользуются при создании абразивных и режущих инструментов. Их даже используют для огранки натуральных, природных алмазов.
• Оптические элементы. Синтетические кристаллы применяются в лазерах и гиротронах.
• Топлопроводник. Благодаря высокой теплопроводности и низкой электропроводности алмазы используют как теплоотвод для лазерных диодов.
• Электроника. В лабораторных условиях создают транзисторы на основе искусственных камней, однако широкого коммерческого применения эта разработка пока не получила.

Синтетические алмазы используют и в ювелирной промышленности, они составляют 2% рынка. Самый большой ювелирный искусственный бриллиант весит 10,02 карат. Он был выращен в течение 300 часов. Синтетические камни стоят дешевле натуральных минералов, путем добавки различных примесей или радиоактивного воздействия им можно придать разные оттенки — голубой, желтый, розовый или зеленый.

Источник: moykamen.com

Алмаз фото: как выглядит будущий бриллиант в природе

Природный алмаз — самый твёрдый минерал на планете Земля. После тщательной обработки он превращается в один из самых дорогостоящих камней в ювелирной промышленности — бриллиант. Но очень часто при добыче минерала его можно и вовсе не заметить, так как в природе он формируется неказистого внешнего вида, с полным отсутствием блеска.

Как выглядит алмаз в природе

Алмаз может формироваться в природе разной формы. Это восьмигранник, куб, двенадцатигранник, в том числе ромбический. Бывают случаи, когда минерал имеет вовсе непонятное строение и напоминает, по большей степени, кусок камня или глыбы. В любом случае, если самоцвет пригоден для обработки его в бриллиант, он проходит очень тщательную проверку, а при самих работах теряет большую половину своей массы. Иногда на огранку уходит больше полугода.

Твёрдость

Любой природный алмаз имеет высокую степень твёрдости. Это обусловлено тем, что минерал полностью состоит из углерода. Примечательно, что аналогичным составом обладает и графит, твёрдость которого оценивается не выше 3 баллов по шкале Мооса. Как же получается, что одинаковые по составу камни имеют абсолютно разные показатели?

Всё дело в глубине залегания и условиях, которых происходят в природе. Алмаз формируется только на больших глубинах под воздействием очень высокого давления. Именно этот факт делает камень настолько твёрдым, что им можно поцарапать стекло, а алмазное напыление на строительных инструментах позволяет разрезать металл и бетон.

Блеск

В природе алмаз выглядит совсем не так, как его «детище» — бриллиант. Минерал не обладает сильным блеском и выглядит, скорее, больше мутно, чем прозрачно. Тем не менее, свойство преломления света присуще всем самоцветам. Если приложить камень к газете, то вы не увидите абсолютно ничего. Именно благодаря этому свойству будущий бриллиант будет отсвечивать неповторимо ярким отблеском, будь то солнечный свет или искусственное освещение.

Размер

Размер алмаза в природе может быть так же разным. Это и мелкая россыпь самоцветов, и средние агрегаты, а в исключительных случаях это огромные кристаллы, которые на полных правах занимают место в истории и получают собственные названия. К самым известным относят такие минералы как Куллинан, Шах, Хоупа, Созвездие, Эксельсиор, Звезда Сьерра-Леоне и прочие, масса которых превышает 500 карат. Это очень редкие случаи, когда получается добыть такие массивные самородки.

Вкрапления

Каждый найденный алмаз имеет свои особенности, которые проявляются в наличии различных включений. Это трещинки, пузырьки воздуха, небольшие сколы, пустоты. Именно эти отличительные черты позволяют легко определить, настоящий ли перед вами самоцвет или синтетический. Дело в том, что минерал, выращенный в лабораторных условиях, совершенно чист. А вот природный камень не отличается исключительной чистотой, ведь он в любом случае будет содержать мельчайшие дефекты, которые и делают его уникальным.

Какого цвета бывает алмаз

Цветовая гамма алмаза довольно разнообразна. В основном, это бесцветные минералы с едва уловимым жёлтым переливом. В редких случаях встречаются самоцветы красных, розовых, коричневатых, серых, голубых, черных и даже синих оттенков. Наиболее редкими считаются зелёные алмазы.

Насыщенность окраса очень сильно влияет на прозрачность. Если камень очень густо окрашен и цвет распределён по нему равномерно, а не пятнами или только верхушка, то такие самоцветы могут и вовсе не просвечивать.

Определённый оттенок он получает благодаря наличию включений и примесей, которые и отвечают за соответствующий окрас. Также огромную роль играют различные природные процессы, а именно — излучения радиации, температура, извержение вулканов и прочее.

Источник: kamenis.com

Необработанный алмаз

Алмаз — драгоценный камень, который формируется на очень больших глубинах под влиянием высокого давления. Добыть самоцвет — тяжелейший труд с привлечением особой техники и специалистов. Но ещё сложнее — определить, что именно в этих тоннах перерабатываемой породы находятся алмазы. Найти минерал не значит сразу же получить бриллиант — самый дорогостоящий ювелирный камень. Кристалл проходит тщательную проверку на качество, а заключающий этап — огранка, которая порой занимает более полугода.

Неогранённый алмаз

Об алмазе людям было известно очень давно. Но и назывался он тогда совсем иначе. Что уж говорить о том, что со временем ювелиры научились его обрабатывать, шлифовать, огранять, и даже придумали для него особую форму, благодаря которой красота самоцвета раскрывается в полной мере.

Как называется необработанный алмаз

В старину минерал назывался по-разному. Одно время — «адамант», чуть позже — «диамант». Но второе определение применяется в быту и сейчас. Очень часто подобные названия можно встретить на вывесках ювелирных магазинов, что, в принципе, вполне характерно для данной сферы деятельности.

Алмазом камень стали называть чуть позже. В переводе с древне-греческого это означает «несокрушимый». А ведь самоцвет действительно таким и является, учитывая, что по степени твёрдости ему нет равных. По шкале Мооса он получил наивысшую оценку — 10 баллов.

Как определить необработанный алмаз

Алмаз, который не обрабатывали, очень похож на простой прозрачный камень. Он либо не имеет оттенка, либо окрашен в едва уловимый жёлтый или коричневатый цвет.

Как правило, лишь маленький процент необработанных минералов так же бесцветны, как бриллианты, которые вы видели хоть раз в жизни на прилавках ювелирных магазинов. Большая часть природных кристаллов окрашены, хоть и совсем заметно, и именно поэтому полностью бесцветные и идеально прозрачные самоцветы стоят намного дороже.

При определении природного происхождения камня, очень сложно сделать это самостоятельно. Как правило, в Интернете описаны кучи способов, как выявить подделку, но все они не совсем верны. Определить природный самоцвет может только специалист с помощью портативного тестера. Как он работает?

Через минерал пропускают тепло или электричество и определяют коэффициент его электрической или тепловой проводимости. Если перед вами подделка, то она не будет иметь таких показателей, как природный кристалл.

Чем обрабатывают алмазы

Огранка алмаза — более, чем просто ответственная задача, ведь при любом неправильном движении или тактике он может быть запросто испорчен. Но как же обрабатывают алмазы и, главное, чем, если минерал считается самым твёрдым на планете Земля?

Действительно, первый этап обработки — раскол. Но не стоит думать, что самоцвет невозможно раскрошить. Если делать это правильно, а именно — в нужном направлении, учитывая строение кристаллической решётки, то всё происходит вполне легко, без вреда для самородка. Кстати, раскалывают его, на удивление, ещё одним алмазом.

Для этого находят в камне мельчайшую трещинку, вставляют в неё осколок и точным ударом ударяют по нему, и кристалл отсекается. Также часто применяется распил самоцвета режущим инструментом с алмазным напылением.

Следующий этап — огранка. Идеальное количество граней равняется числу 57. То есть наилучшим по форме считается тот бриллиант, который имеет ровно 57 граней, высеченных из алмаза. А вот форма может быть разная. Наиболее популярные:

• бриллиантовая;
• маркиз;
• овал;
• капля;
• сердце.

Ну и завершающие этапы — полировка и вставка в драгоценный металл.

Таким образом, можно подвести итог: найти алмаз — это только лишь начальный этап в превращении невзрачного минерала в исключительный и шикарный бриллиант. Обработкой самоцвета занимаются только лучшие профессионалы своего дела, но прежде чем попасть в руки мастера, камень проходит тщательную проверку на качество.

Источник: kamenis.com