Приветствуем наших читателей. Всем известно, что алмаз является самым твердым камнем на планете. Чем же обусловлено такое удивительное свойство? Да и некоторые другие параметры камня тоже. Одним из таких основополагающих качеств является структура алмаза.
Являясь аллотропной модификацией углерода, минерал демонстрирует совершенно другие качества. Благодаря этому вещество занимает столь прочные высокие позиции среди других материалов с точки зрения использования в разных сферах.
брошь из белого золота с фианитами
Начнем с того, что у углерода существует несколько кристаллических модификаций, а именно три. Две из них имеют естественное земное происхождение. Это алмаз (кубическая модификация) и графит (гексагональная). К третьей относится лонсдейлит – также гексагональная вариация, встречающаяся, правда, только в останках метеоритов либо выводимая искусственным образом.
215. Строение кристаллической решетки алмаза.
Структура алмаза во всех подробностях
Кристаллизация алмаза происходит в сингонии, то есть в кубической системе. Это означает, что одинарная ячейка структуры каждого алмаза имеет форму идеального куба.
Колье из золота с бриллиантами
Как известно, кубическая система структуры является самой крепкой среди всех существующих. Этим объясняются многие качества алмаза.
Если рассуждать подробнее, то в каждой верхней точке такого кубика (вершине) располагается по одному-единственному атому. При этом в центре каждой грани минерала также есть атом, а еще четыре внутри самого куба. В итоге получается, что любой атом, располагающийся в центре любой грани, является общим для еще двух ячеек. С помощью простой математики также можно установить, что атом, располагающийся на вершине алмазного атома, является общим для суммарно восьми его ячеек.
кольцо из белого золота с камнем
Некоторые факты о структуре алмаза:
- Размер одной такой элементарной ячейки составляет порядка 0,36 нм. Самое короткое расстояние между соседними атомами 0,15 нм.
- Таким образом получается, что все атомы углерода так или иначе в алмазе расположены в центре самого настоящего тетраэдра. Четыре самых близких атома при этом расположены на вершинах этого тетраэдра. Все атомы связуются со своими самыми ближайшими соседями самой прочной ковалентной связью, о которой вам наверняка приходилось слышать на химии и физике.
- Кстати, угол между ранее упоминаемыми ковалентными связями составляет почти 110 градусов.
- В идеализированной модели кристалл твердого алмаза можно представить как одну огромную молекулу этого же вещества. Вообще кристаллы алмаза имеют формы куба, ромбододекаэдра, тетраэдра и октаэдра.
- У минерала есть множество разновидностей: карбонадо состоит из отдельных зерен, борт, характеризующийся многочисленными мелкими ограненными кристаллами и зернами неправильной формы, сросшихся друг с другом, а также баллас – радиально-лучистая разновидность камня.
- Природные алмазы в природе встречаются самых разных размеров: от почти микроскопических зерен до огромных камней в несколько тысяч карат (хотя последнее и большая редкость).
- Наибольшую роль в цвете и некоторых других характеристиках минерала играет азот. В основном он влияет на окраску, люминесценцию, взаимодействие с рентгеновскими лучами и некоторые другие свойства вещества. Во многом благодаря ему алмазы становятся то розовыми, то голубоватыми, то приобретают другие, не менее удивительные оттенки.
- Адамант устойчив практически ко всем видам кислот (даже к плавиковой, которая разъедает даже стекло). Высокая температура также не меняет этого факта.
- Чем выше температура окружающей среды, тем быстрее уменьшается теплопроводность камня (для сравнения: при 100 К коэффициент теплопроводности составляет 6 кДж/м*К, а при 400 К до 0,8).
- Поверхность минерала гидрофобна при условии чистоты камня (то есть воду он не впитывает).
Шкатулка многоярусная
Если вы хотите взглянуть на структуру минерала наглядно, а не представлять ее, то предлагаем взглянуть на короткий ролик, демонстрирующий структуру в виде объемной модели:
Получается, что атомы при таких условиях очень прочно соединены друг с другом, из чего вытекают свойства камня и его основные особенности, за которые он так ценим.
Крестик с камнями
А мы прощаемся с вами и желаем вам самых удивительных открытий. Заходите на ресурс почаще и делитесь в соц. сетях полезными и интересными фактами. До свидания!
Источник: lubikamni.ru
Структура и свойства алмаза
Герману — Могену). Атомы углерода в алмазе находятся в состоянии sp³ гибридизации. Каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших атома. Именно прочная связь атомов углерода объясняет высокую твёрдость алмаза.
Бесцветные разности представляют собой чистый углерод. Окрашенные и непрозрачные алмазы содержат примеси двуокиси кремния (Si02), окиси магния (MgO), окиси кальция (СаО), закиси железа (FeO), окиси железа (Fе20З), окиси алюминия (А120З), окиси титана (Ti02); в виде включений встречаются графит и другие минералы.
Оптические свойства
Оптические свойства алмаза определяют параметры обработки для более полного выявления игры и блеска бриллианта.
Алмаз является оптически изотропным минералом и не дает двойного преломления. При просмотре кристалла алмаза, свободного от напряжений, в поляризованном свете кристалл будет казаться темным. При обнаружении типичного для двупреломления эффекта (т.е. напряжения) можно с уверенность сказать, что этот кристалл содержит какое — то включение.
Блеск кристалла зависит от показателя преломления и характера поверхности кристалла. Показатель преломления кристалла алмаза для различных длин волн колеблется в довольно широких пределах от 2,402 (h=763 нм) до 2,465 (для h=397 нм). Поэтому пучок света, падая на поверхность бриллианта и частично преломляясь, разлагается на составляющие спектра. Это явление носит название дисперсии, величина которой определяется как разность между показателями преломления красной и фиолетовой волны, для алмаза она составляет 0,063, что обуславливает непревзойденную «игру» бриллианта.
Для алмаза угол полного внутреннего отражения при показателе
преломления n2i 2,42 равен 24050′ .
Для значения n2i-2,42 коэффициент отражения алмаза
R 0,172(Коэффициент Френеля),а это значит, что от светового потока,
падавшего на алмаз, 17,2% отражаются от ет поверхности и попадают в глаз
наблюдателя. Этим определяется сильный алмазный блеск алмаза.
Блеск определяется способность поверхности того или иного вещества
отражать падающий на нее световой поток (характеризуется величиной интенсивности света, отраженного от поверхности тела). Отражательную способность и блеск кристаллов определяют сравнением их с другими кристаллами, принятыми за эталоны.
Химические свойства
Алмаз состоит примерно на 96-99,8% из углерода, 0,2—,3% составляют
примеси химических элементов, таких как азот, кислород, алюминий, бор, кремний, марганец, медь, железо, никель, титан, цинк и др. Если сжечь алмаз в плотно закрытом сосуде, наполненном кислородом, получим углекислый газ.
Электрические и термические свойства
Благодаря особенностям кристаллической структуры (все 4 валентных
электрона атомов С прочно связаны) идеальный кристалл алмаза (без примесей и дефектов решетки) должен быть прозрачным для видимого света
диэлектриком. В реальных же кристаллах всегда имеется некоторое количество примесей и дефектов решетки, различное для разных образцов.
Распространение тепла в кристаллах зависит от их симметрии. В кристаллах
кубической сингонии скорость распространения тепла во всех направлениях
одинакова. Теплопроводность алмаза 0,35 кал/(см с град). Удельная теплоемкость алмаза равна 0,12 кал/(г град). Относительно высокая удельная
теплоемкость алмаза способствует поглощению тепла, а высокая теплопроводность — лучшему отводу тепла с поверхности, обрабатываемой
детали. При нагревании до 2000 –3000с без доступа кислорода алмаз переходит в графит.
Твердость
Алмаз является самым твердым природным соединением. Его твердость по шкале Мооса равна 10. вместе с тем алмаз обладает анизотропией твердости. Огранщики алмазов из опыта знают уже давно, что природные грани различных форм кристаллов алмаза шлифуются с различной интенсивностью, что каждая из таких граней имеет свои «мягкие» и «твердые» направления, по которым процесс шлифования соответственно протекает с большей или меньшей эффективностью (10-15%).
Прочность
Прочность материала — его способность сопротивляться разрушению.
Прочность кристалла определяется характером силы связи и типом кристаллической решетки. На прочность влияют температура, скорость увеличения, длительность и число повторений нагрузки, ориентировка кристалла, вид напряженного состояния и наличие различных дефектов. Алмаз обладает самым большим модулем упругости ( модуль упругости величина, равная отношению напряжения к вызванной им упругой деформации) по сравнению с другими высокотвердыми материалами, что является одной из причин высоких режущих свойств алмаза.
Несмотря на высокую прочность, алмаз хрупок и при ударе легко разрушается. Трещины и включения в алмазах резко снижают их прочность.
Прочность алмаза находится в прямой зависимости от формы и размера кристаллов, трещиноватости и включений. Существенное влияние на снижение прочности алмаза имеют дефекты в виде больших и очень больших включений, трещин, снижающих прочность алмаза на 20 — 30%.
Спайность
Наряду с поразительной твердостью, проявляемой алмазом при его шлифовании, он, являясь очень хрупким веществом, не выдерживает сколько-нибудь серьезных ударных нагрузок и раскалывается по плоскостям спайности. Спайность определяется силой и числом приходящихся связей на единицу площади плоской сетки пространственной решетки межплоскостными расстояниями.
В кристалле алмаза плоскости спайности проходят параллельно плоским сеткам или граням октаэдра. Это подтверждается и энергией раскалывания по различным плоским сеткам кристалла алмаза. Наименьшая энергия требуется для раскалывание производится по плоской сетке октаэдра. Так как обладает совершенной спайностью и раскалывается с образованием довольно ровных блестящих поверхностей.
Источник: megaobuchalka.ru
Структура, свойства и совместимость алмаза со знаками Зодиака
Алмаз является одним из самых популярных и красивых минералов на планете. Именно из-за свойств камень так высоко ценят и продают. Поэтому необходимо изучить строение и основные характеристики самородка, чтобы понять его востребованность.
Состав алмаза и его структура
Физические свойства алмаза
Из всех известных драгоценных камней алмаз является самым простым по своему химическому составу, он состоит из одного элемента — углерода.
Удивительно, что из одного и того же элемента получилось два настолько разных вещеста: алмаз и графит. Общие физические свойства алмаза и графита представлены в сравнительной таблице.
Алмаз — исключительный технический материал. При этом для технических целей ценны все свойства алмаза: абразивные, термические, электрические,
оптические и др.
По десятибалльной шкале твёрдости Мооса алмаз является эталоном наивысшей твёрдости и имеет значение 10.
Кроме углерода всегда присутствует некоторое количество примесей, составляющих не более
десятых долей процента, но иногда доходящих до 5%. Основные химические элементы-примеси в алмазе — азот, кислород, водород, железо, титан, марганец, кремний, алюминий, реже встречаются и некоторые другие.
Азот является одной из характерных примесей, оказывающих существенное влияние на ряд свойств алмаза, в частности на его люминесценцию (свечение). Железистые примеси придают алмазу оранжево-желтые оттенки.
В состав камня на самом деле входит всего один элемент — углерод. Именно он и формирует камень. Процесс образования алмаза до сих пор неизвестен. Ученые выдвигают гипотезы по поводу возникновения минерала в Земле. Самыми популярными версиями выступает вулканическая теория, а также космическая гипотеза.
Согласно вулканической теории, магма подняла с недр Земли залежи углерода и под действием высоких температур и давления они превратились в алмазы. Согласно данным, продолжительность пребывания алмазов в земле составляет от 100 миллионов до 2,5 миллиардов лет.
Камень является самым твердым веществом в мире. По шкале Мооса показатель оценивается в 10 баллов. Это свойство обеспечивает кристаллическая решетка камня, которая является способом модификации углерода.
Всего в природе существует три модификации этого элемента, из которых получаются:
- алмаз;
- графит;
- вещество, которое входит в состав метеоритов.
Если рассматривать кристаллическую решетку алмаза, то она имеет форму куба. Его гранями являются ковалентные связи между атомами углерода. А сам куб считается наиболее плотной версией упаковки атомов, что обеспечивает твердость алмаза.
Среди других физических свойств минерала можно отметить:
- хрупкость;
- высокую теплопроводность;
- высокий коэффициент преломления лучей.
Эти характеристики используются в нуждах промышленности. Алмазы добываются не только для ювелирного дела, но еще и для создания абразивов и твердых материалов. В лабораториях также научились производить алмазы, по составу они те же, что и природные камни. А вот по типу кристаллической решетки отличаются от настоящих алмазов.
Камни востребованы, их добыча не прекращается на сегодняшний день. Стоимость алмазов полностью оправдывает качество и долговечность камня, а также его уникальные свойства.
Образование и месторождения алмаза
Трудно поверить, но алмаз и графит являются практически братьями-близнецами. И тот и другой представляют собой чистый углерод. Для того, чтобы графит кристаллизовался необходимы особые условия: давление 45 000–60 000 атмосфер и температура 900–1300 °С, которые обеспечиваются на глубине 80–150 км под землей. Вместе с вулканической магмой камни выбрасываются из земных недр, формируя при этом коренные месторождения — кимберлитовые трубки.
Ученым известны также минералы метеоритного происхождения, образующиеся при столкновении космического тела с поверхностью Земли. Температура в момент удара достигает 3000 °С, а давление до 100 ГПа, в этих условиях формируется алмазоносная импактная порода. «Неземные» камни были обнаружены в Большом Каньоне в США в осколках метеорита, упавшего около 30 тысяч лет назад. В Якутии тоже имеется свое подобное месторождение — Попигайская астроблема, образовавшаяся 35 млн. лет назад.
Разработка импактитов является нерентабельной из-за малого размера кристаллов, поэтому промышленная добыча ведется традиционными методами на «земных» месторождениях, которые встречаются практически на всех континентах, а наиболее крупные расположены в Южной Америке (Бразилия), России (Якутия), Африке (Ботсвана, Ангола).
На данный момент признанным монополистом на рынке является американская компания De Beers, контролирующая 75% мировой добычи и оборота алмазов. Во всем мире высоко ценятся и пользуются большим спросом камни российского производства. Основной алмазодобытчик России — компания «Алроса», добывающая 95% алмазов в стране.
Помимо качественных бесцветных камней при удачном стечении обстоятельств иногда удается добыть фантазийные ярко-желтые, ярко-розовые и голубые алмазы, составляющие всего 1% от общего объема.
Еще более редкими являются красные камни — алмазодобывающая компания Rio Tinto выставляетих на своем тендере всего несколько штук в год. Самыми ценными же среди цветных алмазов являются фиолетовые камни — они настолько уникальны, что цена их нередко превышает 1 миллион долларов за карат.
Отдельного внимания заслуживают черные алмазы. Являясь долгое время фактически отходами при добыче классически бесцветных камней, сегодня черные алмазы, и, как следствие, бриллианты задают собственный тренд в украшениях. Ювелирные изделия с черными бриллиантами зачастую становятся выбором тех, кто хочет выделиться из толпы и не любит идти на поводу у общепринятых канонов и правил.
Искусственные алмазы
Научные опыты по созданию искусственных алмазов начались в 1797 году, но первый минерал, выращенный в лаборатории, и метод его получения был запатентован американской компанией General Electric лишь в 1956 году.
С тех пор технологии продвинулись настолько далеко, что сегодня многие искусственно выращенные камни совершенно неотличимы от природных без специального оборудования и большого опыта, а обычные способы распознания подделки работают далеко не всегда.
Однако, насыщение рынка такими камнями сдерживается законом спроса и предложения, так как падение цен на бриллианты невыгодно ни добытчикам натуральных ни производителям искусственных камней.
Известные аналоги природных алмазов
Стоит упомянуть наиболее распространенные камни, которые используются в украшениях вместо бриллиантов. Во-первых, это всем известные фианиты, впервые синтезированные в российском институте ФИАН. Во-вторых, это муассаниты, которые особенно сложно отличить от настоящего драгоценного камня, не имея нужных для этого знаний.
Кроме того, сравнительно недавно появились алмазы ASHA, поверхность которых покрыта слоем атомов углерода (из которого и состоит природный минерал), что фактически делает подобный камень композитным материалом и при этом дарит ему больше блеска и «огня» по сравнению с теми же фианитами.
Отдельно стоит упомянуть ВДВТ (высокое давление, высокая температура)алмазы. Этот метод был разработан в 1950-е годы и фактически полученные в результате обработки камни являются абсолютно натуральными.
Суть метода понять не сложно, если вспомнить об условиях формирования камня. В природе алмаз формируется под влиянием колоссального давления и температуры в течение определенного времени. Иногда такие камни попадают на поверхность раньше времени, представляя собой по сути «полуфабрикат».
И для того, чтобы превратить его в красивый сверкающий алмаз, который в последствии будет огранен и инкрустирован, камень повторно подвергают воздействию высокого давления и высокой температуры, аналогичных природным, но уже в лаборатории. Такой алмаз остается полностью натуральным, но как бы «доработанным» людьми.
Магические и целебные свойства алмаза
Литотерапевты считают, что алмаз ускоряет обновление клеток организма, способствует его очищению, борется с инфекциями и паразитами. Во многих учениях он используется как омолаживающее средство.
Йоги при помощи алмаза лечат психические заболевания, сердце, почки, очищают печень. Воины носили перстни с бриллиантом, веря, что он придаст им силы духа и сделает непобедимыми. Кроме того, камень приносит владельцу счастье и оберегает от скверных привычек и поступков.
Кому подходит алмаз и бриллиант
Алмаз, как и бриллиант, — это камень смелых и решительных. Он требует к себе уважительного отношения и может оказаться бесполезным в руках слабого, неуверенного человека.
Алмаз — главный зодиакальный камень, управляющий всем кругом. Талисман с ним или с ограненным бриллиантом в первую очередь подходит Овнам, во-вторую — Львам. Хотя и другим знакам он не противопоказан.
Источник: vseprokamni.ru