Слово «алмаз» пришло из греческого языка. На русский оно переводится как « ». И действительно, чтобы повредить этот камень, нужно приложить нечеловеческие усилия. Он режет и царапает все известные нам минералы, при этом сам остается невредимым. Ему не вредит кислота. Однажды из любопытства был проведен эксперимент в кузнице: алмаз положили на наковальню и ударили по нему молотом. Железный почти раскололся надвое, а камень остался целым.
Алмаз горит красивым голубоватым цветом.
Из всех твердых тел алмаз обладает самой высокой теплопроводностью. Он устойчив к трению, даже об металл. Это самый упругий минерал, обладающий самым низким коэффициентом сжатия. Интересное свойство алмаза - люминесцировать и под воздействием искусственных лучей. Он светится всеми цветами радугами и интересно преломляет цвет. Этот камень будто напитывается солнечным цветом, а затем излучает его. Как известно, природный алмаз некрасив, истинную красоту ему придает огранка. Драгоценный камень из обработанного алмаза называется бриллиантом.
История опытов
В 17 веке в Англии по Бойль сумел сжечь алмаз, наведя на него солнечный луч через линзу. Однако во Франции опыт с прокаливанием алмазов в плавильном сосуде не дал никаких результатов. Французский ювелир, проводивший эксперимент, обнаружил лишь тонкий слой темного налета на камнях. В конце 17 века итальянские ученые Аверани и Тарджони при попытке сплавить два алмаза воедино смогли установить температуру, при которой горит алмаз - от 720 до 1000оС.
Алмаз не плавится из-за прочной структуры кристаллической решетки. Все попытки расплавить минерал заканчивались тем, что он сгорал.
Великий французский физик Антуан Лавуазье пошел дальше, решив поместить алмазы в герметичный сосуд из стекла и наполнив его кислородом. С помощью крупной линзы он нагрел камни, и они полностью сгорели. Исследовав состав воздушной среды, они выяснил, что помимо кислорода в ней присутствует диоксид углерода, представляющий собой соединение кислорода и углерода. Таким образом, был получен ответ: алмазы горят, но только при доступе кислорода, т.е. на открытом воздухе. Сгорая, алмаз превращается в углекислый газ. Вот почему в отличие от угля после сгорания алмаза не остается даже золы. Опыты ученых подтвердили еще одно свойство алмаза: при отсутствии кислорода алмаз не горит, но меняется его молекулярная структура. При температуре равной 2000оС всего в течение 15-30 минут можно получить графит.
То, что бриллианты горят, было доказано еще в XVII веке. Но, сегодня эта тема вспыхнула с новой силой, привлекая внимание не только ученых, но и обычных людей. «Непреодолимый» камень стал главным объектом исследования. Все потому, что с развитием техники повысилась потребность в алмазах. Читайте статью, и вы узнаете, как человечество узнало о воспламеняемости минерала, какую роль в его истории сыграл Лавуазье, и что нам дали эти эксперименты.
По волнам истории…
Пытливые умы во все времена выдвигали самые безумные теории. Неудивительно, что их интересовал бриллиант и его свойства. Камень не только один из самых прочных в мире, но и наиболее дорогостоящий. Определить, что алмаз горит, удалось лишь в XVII веке.
Заслуга принадлежит английскому физику Бойлю. Ему удалось сжечь алмаз через линзу, направив на него солнечный луч. Но, попытки повторить эксперимент французскими учеными провалилась. Они поместили камень в плавильный сосуд, и все чего добились – темный налет на кристаллах.
Вклад Антуана Лавуазье в изучение кристалла
Большой вклад в изучение минерала внес французский физик Антуан Лавуазье. Он доказал, что алмазы горят при наличии воздуха. Для своего эксперимента он:
- поместил камень в стеклянный сосуд;
- наполнил его кислородом;
- закупорил.
Используя линзу, он нагрел алмазы, после чего они полностью сгорели слабо-голубым пламенем. Но в колбе не обнаружилось пепла. Исследовав воздушную среду в колбе, он выяснил, что в ней появился диоксид углерода.
Интересно, что Лавуазье своими экспериментами не старался доказать, что алмаз можно сжечь – это вышло случайно. Суть его экспериментов сводилась к опровержению флогистонной теории.
Проводя эксперименты по сжиганию веществ в герметичных капсулах, Лавуазье не мог привлечь к ним внимание «ученого сообщества». Чтобы исправить это, он заявил, что сожжет кусок алмаза. Такой ход доказал эффективность его работы и раскрыл миру одну из загадок бриллианта.
Открытие, перевернувшее мир
От того, загорится алмаз или нет, зависело все, что сейчас мы считаем привычным. Во-первых, благодаря эксперименту Лавуазье, была отвергнута флогистонная теория. Согласно ей, для реакции всегда необходимо два вещества. Одно — способное отдать, другое — способное принять. Ее заменил закон сохранения энергии: ничто не берется из ниоткуда, и не исчезает в никуда.
Благодаря этому закону, удалось выяснить, что, при сгорании, бриллиант превращается в углерод. И это дало нам, во-вторых: если из алмаза можно получить углерод, то должна существовать и обратная реакция.
Разрабатывая эту теорию, ученые выяснили, что алмаз можно синтезировать. Открытие имело широкий резонанс, ведь минерал используется во многих сферах жизнедеятельности. Возможность получать его искусственным путем – это неограниченный запас бесценного ресурса.
Шутка природы: хамелеоны среди драгоценных камней
Как мы сказали, алмазы начинают гореть при температуре свыше 720 градусов. Проводя эксперименты над некоторыми камнями, ученые заметили, что достигая отметки в 120-150 г, минерал меняет цвет. Это привело их к интересному открытию.
В природе существуют алмазы-хамелеоны. Обычно, они имеют оливковый оттенок. Но если их нагреть, цвет меняется на насыщенно-коричневый или на оранжево-желтый. Эффект недолговечен. Если продолжать воздействовать на камни, они сгорают.
Изменить свой цвет алмаз-хамелеон может и в темноте, если пробудет там длительное время. Ученые до сих пор не могут разгадать эту загадку. Проведя одновременно 39 тестов, они так и не смогли сойтись во мнении. Одни считают, что причина в примеси водорода, другие, – что камень приобретает люминесцентные свойства.
Расскажите об этом друзьям, сделав репост.
О том, в какое вещество переходит алмаз при плавлении, ученые спорят до сих пор. С XVI века, момента обнаружения минерала, ведется его активное изучение. Но, до сих пор не разгаданы многие тайны. За более чем 500 лет было проведено множество экспериментов в стремлении ученых разгадать эту загадку. Но большинство свойств камня все еще остаются неизученными. Каждое открытие занимает многие годы. В нашей статье, мы приоткроем для вас одну из завес, за которой скрывается много интересного.
О базовых свойствах
От того, при какой температуре плавится алмаз, зависит возможность его применения и в ювелирной отрасли, и в промышленности. Но характеристика пока не изучена в полном объеме, так как камень имеет уникальные свойства. Его сложно сравнить с чем-либо, из известного миру.
Одно из объяснений столь необычных характеристик минерала – его внеземное происхождение. Есть теория, что алмаз попал на планету из космоса вместе с метеоритами и осел в недрах земли. Другие ученые, объясняют странное поведение камня строением его кристаллической решетки.
Атомы углерода в нем имеют сверхпрочную связь, что обуславливает уже известные свойства алмаза:
- аномальную твердость;
- устойчивость к агрессивной химической среде (щелочи и кислоты);
- хрупкость.
Парадокс алмаза в том, что, с одной стороны, это самый прочный минерал на планете. Но с другой — он очень хрупкий и его легко повредить сильным ударом. Последнее свойство ювелиры используют при огранке.
Интересные свойства, изученные в ходе экспериментов
Алмаз — самый удивительный камень. Его природа и свойства заставляют самых умных людей планеты решать наисложнейшие задачи. Его красота восхищает миллионы. Это один из лучших диэлектриков и изоляторов. В его состав входят только атомы углерода.
Любопытно, что сам углерод – крайне горючее вещество. В природе, он чаще встречается в форме графита. Это натолкнуло ученых на идею преобразования одного вещества в другое. Их интересовало, будет ли в процессе расплавления алмаз переходить в графит и наоборот. Результаты получились неоднозначными.
Выяснилось, что создать из алмаза графит возможно, нагрев кристалл до 2000 градусов и перекрыв доступ кислорода. А вот провести обратную реакцию, не изготавливая затравку, так и не удалось. Об этом вы можете прочитать в статье Если же камень нагревать не в вакууме, он просто превратится в углерод.
Переход из одного состояния в другое
По температуре и среде в плавильной печи, можно спрогнозировать, в какое состояние перейдет алмаз. Если в колбе присутствует кислород, то камень полностью сгорит при температуре 850-1000 градусов Цельсия. Во время реакции будет выделяться бледно-синее пламя. По окончанию эксперимента, в капсуле останется CO2 – кислород и углерод.
Доказать это удалось еще в 1694 году итальянским ученым, Тарджони и Аверани. Они старались сплавить два небольших бриллианта в один, но только сожгли камни.
Их эксперимент провалился потому, что добиться плавного расплавления алмазов невероятно сложно: необходима капсула без кислорода, с возможностью регулирования давления внутри нее.
То, в какое вещество переходят алмазы, нагретые до 2000-3000 градусов, зависит от окружающей среды. Если перекрыть кислород и создать температуру в 1800-2000 градусов, можно получить графит. Подняв уровень тепла до 3700-4000 градусов в тех же условиях, можно получить расплавленный углерод. Но добиться от лабораторных приборов таких мощностей крайне сложно.
Ход эксперимента и его результаты
Чтобы определить, при какой температуре плавится алмаз, в 2010 году был проведен большой эксперимент. Камень размером в 1/10 карата был помещен в специальную капсулу, где создавались волновые наносекундные импульсы. В печи было достигнуто давление в 10 млн атмосфер и температура 40000 по Кельвину (39726,85 по Цельсию), после чего кристалл перешел в жидкое состояние.
На этом эксперимент не завершился. Ученые продолжили поднимать температуру и давление. Когда жар достиг 50000 Кельвинов (49726,85 Цельсия), алмаз начал затвердевать. Причем, делал это буквально кусками – на поверхности расплавленной массы образовывались твердые кристаллы.
Конструкция напоминала айсберг. Любопытно, что расплавленная масса не кипела и не изменялась, когда ученые продолжили повышать температуру. Но с понижением градусов и при сохранении давления кристаллы становились больше и срастались в один.
Феномены и научные факты
Не только плавление алмаза интересовало ученых. В ходе одного из экспериментов по превращению камня в углекислый газ, произошло интересное открытие. При воздействии на кристалл мощными ультрафиолетовыми лучами в минерале образовалась полость.
Удалось выяснить, что ультрафиолет вредит алмазу. Но у владельцев украшений с бриллиантом это не должно вызывать беспокойства. Пройдут десятки тысяч лет, прежде чем солнечные лучи смогут навредить вашим драгоценностям.
Многие загадки алмаза ученые так и не смогли разгадать. Например, в ювелирных мастерских камень легко поддается нагреванию, обработке и пайке. Правда, если в бриллианте присутствуют трещины, он разлетится на маленькие осколки.
Лава и углеродные кристаллы
Из-за того, что бриллиантовые месторождения находятся в кимберлитовых трубках – месте выхода вулканической породы на поверхность, возникают закономерные опасения. Может ли лава расплавить алмаз? Ответ однозначный – нет.
Дело в том, что температура плавления алмаза свыше 3500 градусов. Да и давление необходимо не шуточное, более 11 гПа. Жар лавы – всего 500-1200 градусов. Простым сравнением приходим к выводу, что потоки лавы могут лишь сжечь минерал, если достигнут 1000 градусов.
Алмаз – это довольно редкий и дорогой камень. Рождается он в глубине земли и выходит на поверхность в виде кимберлитовой трубки. Открыт этот минерал был давно, но только в шестнадцатом веке учеными началось изучение свойств этого драгоценного камня. После многочисленных опытов физиками был дан ответ о строении и свойствах алмаза.
Но изучение этого минерала продолжается до сих пор. В настоящее время нет точного ответа на вопрос — что будет, если расплавить алмаз? Открытие строения структуры и свойств минерала, позволило использовать его не только как ювелирное украшение, но и в различных отраслях промышленности.
Структура и свойства алмаза
По структуре алмаз представляет собой кристаллическую решетку атомов углерода с очень прочной связью, которая определяет его свойства.
- Твердость алмаза. Это самый твердый из всех минералов, известных в настоящее время. Благодаря своей структуре, разрушить или повредить его поверхность другими минералами или предметами, невозможно.
- Отсутствие реакции алмаза на агрессивную химическую среду в виде щелочей и кислот.
- Хрупкость минерала.
Особенность строения кристаллической решетки минерала делает его хрупким. При сильном ударе по камню, он раскалывается на мелкие части. Это его свойство используется ювелирами при огранке алмазов.
Если основные свойства алмаза в большей степени изучены, то какими свойствами будет обладать минерал, если его попробовать расплавить? Экспериментальные опыты на тему: «как расплавить алмаз», физиками проводились и проводятся в настоящее время.
Как расплавить алмаз
Физикам удалось, вследствие эксперимента, получить жидкие капли алмаза, но измерить температуру плавления и зафиксировать новые свойства минерала в этом состоянии, не получилось. При нагревании алмаза обычным способом в воздушном пространстве до температуры в 1000 градусов по Цельсию, он сгорает, а в вакууме, при температуре 2000 градусов, превращается в графит.
Ученые, в процессе эксперимента, решили воздействовать на природный алмаз в одну десятую карата высокой температурой, 3500 градусов по Цельсию и высоким давлением ударной волны (давление достигало 11 млн атмосфер) с помощью лазерных импульсов.
При постепенном понижении температуры и давления, появились образования в виде кусочков льда, не тонущих на поверхности образовавшейся жидкости. Количество этих твердых образований при неизменной температуре и пониженном давлении все больше и больше увеличивалось.
В виду сложности условий эксперимента, изучить свойства расплавленной формы алмаза не удалось. Однако подобные проявления зафиксированы на Нептуне и Уране. Есть вероятность, что в недрах этих планет существуют моря из расплавленных алмазов.
Расплавит ли лава алмаз?
Температура лавы колеблется от 500 до 1200 градусов. Температура плавления алмаза начинается от 3500 градусов (при этом необходимо давление более 11 ГПа). Так что нет, лава алмаз расплавить не способна. Однако она способна его сжечь, т.к. при атмосферном давлении алмаз сгорает при температуре 1000 градусов.
Интересный факт . В 2013 году в лаве действующих вулканов на Камчатке были обнаружены россыпи алмазов. Как такое возможно, если они должны сгорать. После ряда исследований ученые сделали вывод, что это новообразовавшиеся алмазы с новыми свойствами. Им даже дали отдельное название — толбачинские. Как говорится в сообщении: «алмазы образовались в вулканических газах в результате шоковой кристаллизации под действием грозовых электрических разрядов».
