Можно ли сделать алмаз

Как сделать алмаз: в лаборатории и в домашних условиях

Алмаз — наиболее твердый кристалл, кубическая полиморфная модификация углерода, которая устойчива к воздействию высокого давления. В инертном газе или вакууме при высоких температурах он постепенно трансформируется в графит. Как происходит переход из одной формы в другую, возможно ли получение искусственного алмаза на производстве, как сделать алмаз своими руками — вопросы, которые станут интересными для многих читателей. Рассмотрим их подробнее.

Алмаз: описание, характеристики

Алмаз обладает достаточно низким коэффициентом трения по металлу. Его твердость и высокая оптическая дисперсия позволили использовать самоцвет в виде драгоценного камня. В отличие от иных представителей этой группы, он отлично подходит для ежедневного использования благодаря своей высокой устойчивости к царапинам. Причинить дефекты кристаллу способен лишь другой алмаз.

Поверхность самородка гидрофобна и липофильна (не смачивается водой), но отменно смачивается жирами. Это качество часто применяют для дифференциации подлинника и подделки. Масляные вещества на имитации не смачивают полностью поверхность, а выглядят, как маленькие капельки. Смазанная подделка не прилипает к стеклу, в отличие от оригинала.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС ПРЕВРАЩАЕТ ГРАФИТ В АЛМАЗ

Алмазы относятся к группе устойчивых к химическим веществам самородков. При комнатной температуре минералы не вступают в реакцию со щелочью и кислотой. Воздействуя на кристалл солнечными лучами, ультрафиолетом, катодным и рентгеновским светом, наблюдают, как алмазы начинают светиться разными оттенками:

• белым;
• стальным серым;
• коричневым;
• черным и иными.

Редко в природе встречаются полностью прозрачные и совершенно бесцветные камни. Природный алмаз всегда содержит хотя бы мизерное количество примесей и имеет дефекты.

Незначительные примеси окрашивают самородок в такие цвета:

• бор обеспечивает синий тон;
• азот — желтый;
• радиационное воздействие — зеленый;
• изъяны кристаллической решетки обеспечивают коричневый цвет.

Также имеются фиолетовый, красный, оранжевый и розовый оттенки алмаза. Но химически чистый, совершенный по структуре камень целиком прозрачен, у него отсутствуют оттенки.

Можно ли из графита получить алмаз?

Именно чистые натуральные алмазы ценятся на порядок выше, чем искусственные разноцветные экземпляры. Причем добытчики алмазов получают баснословные прибыли. Хотя, желая удовлетворить собственное любопытство, да и не чураясь легкой наживы, немало людей пытается разобраться, действительно ли удается получать такой драгоценный самородок искусственным способом. Эти сомнения базируются на знании того, что химические составы самоцвета и обычного графита практически идентичны.

В определенной степени любопытные во многом правы — действительно, алмаз удается получить посредством определенных манипуляций, взяв за исходный материал простой графит. Доказано это было более полувека назад. Хотя для этого понадобилось создать в печи температуру, приближенную к 1800°С при немыслимом давлении — 120 000 атмосфер. Неужели все так сложно, нельзя ли выполнить трансформацию проще?

Эксперименты ученых по созданию алмазов

С момента открытия драгоценного минерала многие стремились найти секрет его создания. Многие века ученые умы бились над разгадкой. Только с XIX века физикам и химикам удалось осуществить удачный опыт по выращиванию алмазов. Хотя документальных подтверждений этому нет. В 1927 году советский физик О. Лейпунский смог совершить прорыв, выявив необходимые условия для процесса.

Многие ученые США и Европы подключились к подобным опытам и до сих пор продолжают их.

Несколько лет назад учеными из Северной Каролины удался опыт. Они заставили углерод под кратковременным воздействием лазерного пучка нагреться до 3800°С, затем его резко охладили и получили наиболее твердую форму, именую Q-углеродом. Практически такой же кристалл можно получить при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении, конечно, если есть лазер в пользовании. Именно это исследование показало, что можно получить новую форму углерода, превышающую по прочности алмаз. Однако для ее создания необходимо соблюдение и иных требований:

• огромное давление;
• температура 2500°С;
• специализированное оборудование.

Как создать алмаз в домашних условиях

Конечно же создать настоящий алмаз в домашних условиях невозможно. Но любители экспериментов, которые хотят получить некое подобие алмаза в домашних условиях, могут воспользоваться такими компонентами:

• дистиллированную воду;
• пищевые красители (по желанию);
• соль;
• нить.

В воду всыпать соль в таком объеме, чтобы она перестала растворяться. После на ниточку поместите кристаллик соли. В таком виде опустите в раствор и выдержите несколько суток. Чтобы придать яркость минералу, добавить пищевые красители. Аналогичный метод можно задействовать с медным купоросом или сахаром.

Более выразительные и красивые кристаллы получают из хромокалиевых и алюмокалиевых квасцов.

Выращивание синтетических алмазов

Процесс образования камня требует особых условий. Специалисты утверждают, что в глубинах земной коры (более 400 км) присутствуют значительные запасы воды, имеющей большую температуру. После насыщения этих океанов углеродом иногда происходит его выброс — потоки устремляются вверх, там охлаждаются, после чего образуются пузыри воздуха, которые за несколько минут становятся алмазами.

В лабораторных условиях выращивание синтетических алмазов осуществляется по разной технологии:

• Высокое давление. Это самый действенный вариант. Формирование минерала выполняется при максимально похожих на естественные условиях. Чтобы получить кристалл, необходим пресс, обеспечивающий нагнетание высокого давления. В оборудование помещают цилиндр с графитом внутри. В емкости присутствуют отверстия, через которые подается вода с хладагентами. Жидкость поступает под давлением, она сжимает графит, существенно ускоряя его заморозку. Камеру охлаждают до показателя -12°С, продолжая сжимать давлением цилиндр, пока не достигнут значения 20000 атмосфер. Затем через графит необходимо пропустить ток. Через некоторое время размораживают камеру, извлекая из емкости готовый алмаз. Полученный минерал совершенно идентичен природному образцу. Исключение — его оттенок (он у такого алмаза серый). Показатель же прочности намного превышает аналогичное значение у натурального самородка. Применение в технологическом процессе высокого давления позволяет в результате процедуры получить только технический камень, который не подходит для использования в ювелирном производстве. Дома невозможно создать подобный аппарат, способный поддерживать такую высокую температуру при колоссальном давлении.
• Создание кристаллов в метане. Для проведения опыта необходимо использовать специальное оборудование. Алмаз образуется в вакууме и наполненной метаном сфере. Готовый кристалл получается в виде куба, у него качественное кристаллическое строение, продукт окрашен в черный оттенок. Применяются такие кристаллы для технических целей и ювелирных изделий.
• Выращивание драгоценного камня в процессе взрыва. Создают условия, которые имитируют мощный взрыв. В результате получают твердые, кристально чистые самородки. Они вполне могут применяться для изготовления украшений. Для создания кристалла графит предварительно разогревают. При взрыве в камере образуется правильная кристаллическая крошка алмазного минерала. Готовые образцы по всем своим химико-физическим параметрам, даже по цвету, идентичны настоящим самоцветам. Единственный минус — после взрыва получают изделия только небольшого размера.

Получение самоцветов при низкой температуре невозможно. Для того, чтобы ответить на вопрос, как вырастить алмаз, необходимо понимать, что образование кристаллической решетки минерала напрямую связано с температурой: чем она выше, тем вероятнее получение искусственного самородка.

Источник

Как мы с братом алмаз делали

Наверное, у кого-то из читателей мелькали мысли «а можно ли сварить настоящий алмаз на кухне и/или на коленке». Можно, и я решился рассказать, как мы с братом это еще в детстве делали.

Предыстория и благодарности

Мне повезло — мой папа инженер, а инженер должен знать все. Папа работал на предприятии связи (спутниковая и наземная релейка) и в советские времена родителям разрешали брать детей на работу. Наверное, хотели династии на предприятиях выращивать, а может еще почему, но это было классно, жаль что сейчас запрещают. Я и мой двоюродный брат бывали там часто.

К большей части рабочего оборудования нас естественно не подпускали и у самих мозгов хватало не трогать, но среди рабочего оборудования можно было пользоваться компьютерами (не подключенными к основному оборудованию связи и управляющим механизмам) и измерительными приборами, а вот сломанное было в полном распоряжении. Тогда не было модного слова утилизация, но и не было столько мусора, т. к. все разбиралось и пускалось в оборот, помню даже корки хлеба в хлебном магазине собирали, а уж детали аппаратуры тем более.

Это были не только платы и целые стойки, бывало силовое оборудование и даже кое-какие механизмы. Нам давали разбирать такие классные штуки как ВКУ (видео-контрольное устройство что-то типа телевизора) и другую аппаратуру, в т.ч. высокочастотные приемо-передатчики, компьютеры и управляющие механизмы.

Мы разбирали до последнего винтика и последней детальки, проверяли детали на исправность, сортировали и раскладывали по разным ячейкам в специальных ящичках. Даже металлические элементы самих стоек и провода использовались вторично (кое-какое оборудование создавалось на месте при необходимости). Мы были счастливы.

Среди папиных коллег были интересные люди: лучшие инженеры и программисты (в те времена в связь абы-кого не брали, т. к. простой в пару минут уже грозил проблемами всему коллективу), там были классные технологи, лучшие механики, и кого там только еще не было, даже целый астроном — дядя Боря, который про звезды мог все рассказать. А как иначе, ведь полностью автономный объект должны содержать разные (и самые лучшие) специалисты из разных областей науки и техники.

И они там были. Был там и шикарный ассортимент технической литературы: по аналоговой и цифровой электронике, по программированию, по микропроцессорной технике, механике, химии, физике. В общем рай для мальчиков с начала разговорной речи до 12 лет. В общем к этому возрасту на ассемблере мы говорили лучше чем на русском языке.

Также у нас был почти обязательный набор многих советских школьников: «Юный техник», «ЮТ-для умелых рук», «Левша», «А почему?», «Радио», «В помощь радиолюбителю», «Моделист-конструктор» и т. д. и т. п. Все, что читалось в вышеуказанной литературе или было рассказано папиными друзьями, почти обязательно пробовалось на практике. Кроме разных электронных схемок и механизмов мы варили стекло, делали кирпичи, плавили металлические сплавы, увлекались ракетомоделированием и другими шикарными интересностями, в общем всем, чем должен заниматься стандартный советский школьник. Всем этим людям и моему папе мы благодарны за знания и умения, благодаря им мы занимаем текущее социальное положение и неплохо зарабатываем. Большое спасибо им (в т.ч. начальникам, которые разрешали детей приводить на работу) за наше счастливое детство.

Случайность

Шло теплое лето 1991 года. Мне было 10 лет, а моему двоюродному брату Женьке 11, и мы проводили опыты с электролизом. Покрывали все подряд тонким слоем всего подряд. От монеток до шишек с елок. Мы меняли материалы, пробовали разные варианты, анализировали получившиеся свойства, записывали в тетрадочку.

Все шло по плану, но однажды углеродный электрод закоротил на второй контакт и немного нагрелся.

А напряжение было всего-то 3 Вольта (естественно постоянка, это же электролиз). Сразу вспомнили про лампочки и увеличили до 5В. Пошел дым (от электрода, БП был классный, он выдерживал и не такие издевательства) и появилась жидкость на электроде. Потом до 27В и электрод стал красным. Потом до 30В и электрод стал белым.

После отключения он стал опять черным, но очень рыхлым. И тут мы вспомнили, что алмазы делаются при высоком давлении и высокой температуре. Было принято решение попробовать сделать свой алмаз, как позже очень очень точно сказал один известный электронно-механический философ и мизантроп Бэндер в Футураме: «с блэкджеком и . ».

План действий и первый эксперимент

Кое-какие эксперименты сейчас вспоминаем и холодным потом обливаемся, мозгов-то в том возрасте маловато такими делами заниматься. Видно, кто-то сверху за нами приглядывал. С электричеством мы решили быстро и просто, т. к. у нас был доступ к объекту рядом с местом проживания и туда приходит три фазы. Мы уже знали, что между нулем и фазой 220В, а между двумя фазами 380В.

Было помещение для этого дела, и даже разъединительный трансформатор. А нам нужно ненадолго — один имульс в милисекунды. Сейчас бы на такое не решились с текущим багажом знаний (надо внимательней следить за опытами детей!), но советский школьник должен уметь остановить вражеский танк и лучше не один. Мы решили, что самое тяжелое уже решили — значит поперли дальше.

Создать полноценный пресс мы не могли, т. к. не было у нас материалов, которые обладали одновременно несколькими свойствами: доступность, термостойкость, негорючесть и не должны проводить электричество. Все доступное либо сгорит, либо расплавится, либо проводит электричество. Либо вообще все сразу.

В нашем «производстве» бывало одновременно по несколько экспериментов, т. е. некоторые эксперименты мы делали, а другие уже в плане и разработке. Учитывая то, что мы сразу не могли заняться алмазом, мы делали дальше другие эксперименты. В тот момент мы занимались чем-то из гипса (уже не помню), накопали классной глины и делали поделки (кирпичики, посуду и т. п.), плавили корунд из добытого оксида алюминия. Мы тогда хотели большой рубин для лазера сделать, но не смогли найти жалкие 0,5% оксида хрома от объема оксида алюминия, а то маленького рубина из старого будильника не хватало для этой цели, поэтому решили сделать хотя бы корунд. В ходе этих экспериментов зародилась идея просто закрепить углеродную болванку на двух электродах и закатать это все в гипс или глину.

Расчет был такой, что как ни старайся, а кислород все-равно туда попадет. У нас не будет длительного нагрева электричества, будет импульс. Он успеет нагреть до нужной температуры, но все-равно часть углерода превратится в газ и создаст давление. Сказано — сделано. Соединили. Закатали. Высушили несколько дней. Засунули защитный кожух. Встали за угол и подсоединили. Взорвалось.

Влупило не по-детски. Только огрызки проводов остались. А от нашего реактора даже пыли не осталось ни на стенах, ни в воздухе. В общем убираться не пришлось, просто вышли из помещения.

Исправляем ошибки и дубль два

Как показал первый эксперимент — часть расчетов подтвердились и несмотря на короткий импульс мгновенно создается очень большое давление. Более крепких материалов у нас не было. Были варианты укрепить то что есть тем что есть.

Сделали слой потолще. После сушки сделали обмотку (раньше так пушки укрепляли), сунули в кусок трубы (с зазором и компаундом, пулестойкие стекла специально делают из слоев различной плотности и хрупкости), сплющили концы трубы. Встали за угол и подсоединили. Пыф — яркая вспышка. В этот раз реактор целый.

Разобрали — внутри труха.

Неожиданные результаты и сложности. Дубль три

В этот раз думали долго. Были предположения, что давление хоть и большое, но недостаточное или корпус пропускает где-то, а потом решили, что это может быть из-за того, что у нас первоначально (при электролизе) была постоянка, а здесь переменка.

Сказано — сделано. Заново собрали реактор и поставили диод в цепь. Встали за угол и подсоединили. Пыф — яркая вспышка. Реактор целый. Отлетели провода и испарился диод.

Разобрали реактор — кусочек углерода был почти целым.

Мы на верном пути. Дубль четыре и испытание полученного образца

Думали недолго, тут тонкое место очевидно.

Пересобрали реактор, но вместо диода собрали мощный диодный мост. Встали за угол и подсоединили. Звук испаряющегося металла уникальный, он незабываем, неповторим и невоспроизводим. К нему, наверное, долго привыкать надо, зато какие красивые следы на потолке остаются. После вспышки у нас остался только реактор, диодный мост (в этот раз целый) и огрызки кабеля. Разобрали.

Половина углерода сгорела, а в самом центре маленький блестящий черный шарик размером почти с два шарика от авторучки. Электричество он не проводил, супер-пупер-мега-гага-терра микроскопа у нас не было (был только простенький), хроматографа тоже, поэтому далее были эксперименты с доступными способами: плавили кислотами, давили тисками. Ничего его не взяло, все выдержал шарик.

Как-то проверить еще не было возможности. Решили пойти ва-банк и сделать резкий большой удар (сил разогнать кувалду тогда уже хватало благодаря нашему тренеру по карате). Положили образец на наковальню, поставили сверху болт и ударили по шляпке болта кувалдой. Болт сдвинулся, вектор удара пошел под углом и в результате мы наш образец (шарик) никогда больше не видели.

Эксперимент повторять не стали, т. к. слишком долго. Наступил август 1991 и мы решили заняться чем-то более полезным, но это совсем другая история для отдельной статьи.

Источник

Как сделать алмаз в домашних условиях из графита

Выращивать кристалл своими руками – дело увлекательное. Особенно, если речь идёт об алмазе: каждый мечтает сделать бриллиант своими руками. Настоящие камни невероятно дорогие, поэтому им всегда стремились найти замену и делать искусственные. Существует немало способов, как вырастить алмаз.

Создание искусственных алмазов

Вырастить прозрачные кристаллы возможно не только в лаборатории, но и в домашних условиях

Натуральные камни для образования требуют не только особых условий, но и длительного времени – миллионы лет. Поэтому запасы ограничены и не возобновляются. К тому же, добыча ископаемых наносит огромный ущерб окружающей среде. Поэтому проще, безопаснее, экологичнее лучше создавать камни в лабораториях. У искусственных самоцветов есть преимущества и недостатки.

Выращивая кристаллы из пищевой соли, важно помнить, что чистую воду доливать нельзя. Так, вы сможете получить качественный алмаз.

С ювелирной точки зрения, они хуже. Синтетический камень не так светится. При помощи специального оборудования можно однозначно определить, где настоящий бриллиант, а где нет. Зато, при добавлении специальных примесей, или обрабатывая готовый камень радиацией, можно получать цветные синтетические алмазы.

Невысокая цена синтетических камней позволяет применять аналоги сверхтвёрдого минерала для технических целей, а также для ювелирных. Натуральные камни мало того, что стоят дорого, при огранке значительно уменьшаются в размерах.

Технологии производства алмазов

Более тысячи предприятий выпускают искусственные камни. Они используют три технологии:

1. Сочетание высокой температуры и давления. Эта технология называется HPHT. Благодаря неимоверно тяжёлым прессам, создаётся избыточное давление до 5 ГПа, которое в сочетании с температурой порядка 1500 градусов приводит к появлению алмаза. Именно в таких условиях графит переходит в алмаз. При этом часто получают мелкий камешек – затравку.
2. Осаждение углерода в специальной газовой смеси. Этот метод получил название CVD. Для этого необходимо создавать плазму, состоящую из атомарного углерода, который осаждается (конденсируется) на поверхность, и так нарастает алмаз. С его помощью мелкие кристаллы, полученные по HPHT-технологии, превращают в более крупные камни.
3. В некоторых случаях используют ударную силу взрыва. Давление и температура вызывают появление очень мелких кристаллов, которые применяются как абразивный порошок. Взрывчатка содержит углерод (графит), помещается в металлический контейнер (трубку) и детонируется.

Выращивание алмазов в лаборатории

Сочетая первые две технологии, можно выращивать даже целые пластины или стекла для часов. Но, это всё технические алмазы. Ювелирные аналоги драгоценного камня выпускают не массово, поскольку технология настолько дорогая, что проще добывать будущие бриллианты из-под земли.

Сделать алмаз из графита в домашних условиях, особенно достаточно крупный, невозможно. Поскольку это требует не только много времени, но и температуры порядка 1400-1600 градусов и давления более 100 тысяч атмосфер. Некоторые отчаянные умельцы пытаются взрывать графит в запаянной металлической трубке при помощи тротила. Это слишком опасные эксперименты, тем более что крупные камни при этом не образуются.

Второй домашний способ требует наличия графита (грифеля карандаша), провода и подведённого тока, а также воды или жидкого азота. Смысл эксперимента в том, что грифель соединяют с проводом, замораживают азотом или водой (льдом) и пропускают сквозь него электрический ток. Это должно превратить графит в алмаз.

Как возникли синтетические алмазы

Первые подделки драгоценного камня были вообще из стекла. Синтетические алмазы не такие дорогие, поэтому иногда их специально вставляли в ювелирные украшения, чтобы на торжественных мероприятиях, в случае кражи, не было трагедии.

Попытки сделать искусственные камни активно велись ещё в XIX веке, но они были безуспешными. В первой половине XX века учёным удалось определить условия, необходимые для формирования алмазов. В 1953 году на свет появился первый искусственный камень, а с 1956 года, благодаря фирме General Electric, производство искусственных алмазов достигло промышленных масштабов.

Спрос на них постоянно рос, поскольку неимоверно твёрдый минерал использовали для режущих инструментов (резцов, стеклорезов, сверл). Более 80% всех синтетических алмазов сейчас производят на территории Китая. В основном выпускают очень мелкие кристаллы или вовсе пыль, чтобы применять её для шлифовки.

Домашний эксперимент: получение кристаллов из соли

Кристалл из соли, выращенный в домашних условиях

Если привлекает не столько ценность полученного минерала и возможность его применять на практике, сколько процесс его создания, тогда стоит попробовать вырастить красивый кристалл соли.

Для этого потребуются самые простые материалы:

• пищевая соль;
• нитка;
• вода (обычная или дистиллированная);
• для цветных кристаллов – дополнительно краситель.

Необходимо приготовить насыщенный раствор соли: всыпать её в воду и размешивать до тех пор, пока она не перестанет растворяться. Жидкость лучше брать тёплую. Расход вещества приблизительно такой: на 100 мл воды (полстакана) 40 г соли (2 столовых ложки без горки).

После этого, на ниточку привязывают кристалл соли (это будет центр формирования камня) и опускают его в раствор. За несколько суток сформируется большой солевой кристалл. Его можно растить на протяжении 10-20 дней. Это занятие очень увлекательное, к таким безопасным экспериментам стоит привлекать детей.

Советы для домашних экспериментов

Существует немало техник, как вырастить бриллиант самому в домашних условиях. Вот несколько простых советов, как сделать этот процесс более интересным, а результат красивым:

1. Кристалл можно выращивать также из сахара или лимонной кислоты.
2. Воду лучше брать кипяченную, в ней меньше примесей и минералов.
3. При использовании каменной соли, часто раствор получается сероватый, с примесями, частичками грязи. Его нужно тщательно профильтровать через вату, фильтровальную бумагу. Тогда кристалл получится более правильной формы.
4. Для затравки – центра кристаллизации – нужно выбирать красивый и аккуратный кристаллик вещества.
5. По мере испарения раствора его придётся подливать, если есть желание вырастить большой кристалл. Кроме этого, важно следить, чтобы растущий самоцвет не выглядывал из-под воды. Если рядом с основным кристаллом появляются другие камешки, их следует удалять.
6. Используйте пищевые красители, чтобы вырастить самые разнообразные «самоцветы».
7. Вместо хлорида натрия (пищевой соли) пригодятся другие соли: медный купорос – для домашней бирюзы, квасцы на основе алюминия, калия, хрома – для сиреневых каменьев.

Чтобы жидкость не так быстро испарялась, стакан можно накрыть кусочком обыкновенной бумаги.

Выращивание алмаза метаном

Этот метод требует особого оборудования. В специальной камере вместо воздушной среды создают метановую. Алмазы получаются кубической формы. В большей степени это технические алмазы, лишь изредка их помещают в ювелирные украшения. Плюс метановой технологии в том, что не требуется создание сверхвысокого давления. За счёт этого, синтез происходит быстрее и дешевле.

К тому же технология позволяет получать очень крупные камни – более 30 карат.

Драгоценные камни всегда привлекали внимание и ценились дорого. Но, в наше время все больше выращивают искусственные камни, которые по красоте и свойствам не уступают природным минералам. Домашние эксперименты лучше начинать с выращивания кристаллов из обычной пищевой соли, это увлекательно, красиво и безопасно.

Источник