Природный минерал алмаз: структура, физические и химические свойства. Состав и другие характеристики алмазов Алмаз его соединения т свойства

Мы рады в очередной раз приветствовать вас, дорогие наши читатели! Алмазы всегда отличались от других минералов. Причем не только тем, что из них получаются красивые и ограненные бриллианты, но и своим широчайшим и разнообразным применением в промышленности, стоматологии, лазерной медицине и других отраслях производства. Свойства алмаза позволяют сделать все это.

Мы рассмотрим их в этой краткой, информативной и, уверены, интересной статье. Следует отметить, что некоторые свойства этого камня можно применять и в домашних условиях, найдя тем самым выход из необычных и нестандартных жизненных ситуаций.

Давайте приступим к изучению такой интереснейшей темы. Желаем вам приятного прочтения, дорогие наши друзья!

Физические свойства алмаза

Давайте начнем с самых известных, а именно физических свойств, так как именно они позволили завоевать этому камню такую популярность. Рассмотрим следующие его «профессиональные» качества:

Твердость минерала

Практически каждый знает, что такой минерал, как алмаз, является самым твердым известным камнем в мире. Чем это обусловлено? Специфической кристаллической решеткой минерала. Связи между атомами углерода очень прочны.

Для оценки относительных значений по твердости минералов существует шкала Мооса, которая известна и принята во всем мире. Относительность (объясним как можно легче) бралась за основу следующая: царапание одного минерала относительно других эталонных. Например, алмазный кусок может «процарапать» все минералы, а его практически ничто. Вот и весь принцип, помогающий существенно упростить жизнь.

Алмазные осколки лидируют там с основательным преимуществом и имеют оценку 10. Для примера, самый ближайший к наитвердейшему минералу на Земле – это корунд. Он также оценивался по этой шкале и имеет оценку 9. То есть его значение меньше в 150 раз!

Только уже на основании этих чисел можно представить существенное преимущество самого твердого известного минерала. Один из ярких примеров – резка стекла с помощью стеклореза с алмазным наконечником. Стоит лишь провести не трясущейся рукой прямую линию, чуть надавить на другой конец стекла – и готово. С помощью других элементов и минералов этого сложно добиться.

Также следует отметить и применение твердости алмаза при копке и рытье шахт, подземельных углублений, новых веток метро и подводных каналов с помощью специальной установки, наконечники которой состоят из алмазов и позволяют прорезать даже самую сложную железно-гранитную породу.

Данный агрегат хоть и выходит дорого, но окупается по сравнению с выплатами рабочим, которые делали бы такой же объем. Тем более по временным характеристикам, установка существенно выигрывает. Если вы еще не представили, как она может выглядеть и работать, то можно почитать писателя Жюля Верна или посмотреть фильм «Экспедиция в преисподнюю» 2005 года.

Плотность, коэффициент преломления и дисперсионная характеристика камня

Уникальное построение кристаллической решетки объясняет и его большую плотность, которая также находит применение в различных областях. Твердость и плотность тесно связаны друг с другом. Чем выше один параметр, тем, как правило, выше и второй.
Коэффициент преломления и дисперсия наиболее ярко проявляются в бриллиантах – ограненных алмазах. Именно в них можно увидеть удивительную магию и игру света, непередаваемый блеск, которые вызовут восхищение у ценителей.

Алмаз настолько уникален, что лучи света, проходящие сквозь него, проходят согласно оптическим законам практически идеально, а высокий коэффициент преломления обеспечивает «внутреннюю яркость» и еще большую световую игру камня. Для большей наглядности и понимания, представленная ниже картинка гораздо лучше разъяснит вам то, что описано словами:

Характеристика, естественно, тоже нашла свое применение в самом известном для алмазов деле – ювелирном искусстве, где собираются самые потрясающие и лучшие бриллиантовые и алмазные образцы, добытые из недр нашей планеты Земля.

Уникальная характеристика камня – теплопроводность

Теплопроводность алмаза является самой большой среди известных твердых тел и составляет порядка 0,9-2,3 кВт/(м*K). Вследствие этого алмаз является отличным полупроводником, так как наиболее известные кремниевые полупроводниковые элементы в основном работают до температуры около 100 градусов по Цельсию.

Полупроводниковая техника на алмазных элементах позволяет работать при гораздо более высоких температурах, но, учитывая высокую стоимость, чаще всего это неоправданная роскошь. Есть и целесообразная им замена – синтетические алмазные полупроводниковые элементы, обладающие такой же высокой теплопроводностью, что и естественные камни, но стоящие гораздо меньше.

Остальные значимые свойства

Кроме вышеперечисленных свойств у алмаза еще очень много других, не менее значимых и полезных критериев. Одним из этих свойств является то, что алмаз – диэлектрик. Этот минерал не проводит электричество.

Данное свойство важно особенно в электронике, полупроводниковой, медицинской и лазерной технике. Эта особенность позволяет одновременно не проводить электричество (тем самым не вызывать короткое замыкание и пробой в системе) и передавать большой поток мощной энергии (к примеру, лазерные установки) не теряя ни своих качеств, ни своих характеристик, ни вес. Еще одна уникальная особенность алмаза.

Обязательно стоит отметить и немаловажное качество для промышленности – низкий показатель коэффициента трения по металлу при наличии воздуха.

Это происходит за счет образования тонкой пленки при воздействии нагрева. Эта пленка исполняет роль особого смазывающего две поверхности материала. Может вы замечали специальные алмазные диски, предназначенные для инструмента, который может разрезать бетонные плиты и основания, толстостенный металл и при этом долго служить в магазинах строительной тематики? Вот, пожалуйста, вам наглядное применение данного свойства, существенно упрощающего жизнь.

Высокая температура плавления (порядка 3700—4000 градусов по Цельсию при окружающем давлении в 11 ГПаскалей). В обычных условиях алмаз начинает гореть только где-то при 820-860 градусах по Цельсию.

Такое своеобразное и потрясающее свойство также находит свое применение, например, в тех запасных частях или элементах техники, которые подвержены постоянному воздействию таких температур и где их применение оправдано по сравнению с ценой и сроком окупаемости.

Если объединить все вышеперечисленные свойства алмазов, то можно сделать вывод, касающийся физических свойств алмаза – значение камня огромно, как в сфере ювелирного дела, так и в разнообразных сферах промышленности, электроники, оптики.

Магические свойства алмаза

Еще с самых древних времен считалось, что такой уникальный камень просто должен обладать сверхъестественными способностями. Достаточно вспомнить магические черепа из хрусталя и алмазов древнего и внезапно исчезнувшего народа майя, эпоху фараонов, где все цари и царицы просто были «облеплены» алмазами и дорогими украшениями из них же.

Алмаз всегда считался камнем сильных людей. Этот камень по многим поверьям придает силу, мужество, доблесть и отвагу. Не зря его называют «камней царей». Считается также, что это сильный оберег, позволяющий владельцу избежать негативных воздействий со стороны третьих лиц.

Следует отметить, что в древности магические свойства бриллианта могли обезвредить любой напиток от яда. Достаточно было лишь опустить туда камень и подождать несколько минут. (Не советуем это проверять).

Также магические свойства бриллианта известны в любовной сфере амура. В том же Древнем Египте считалось, что если подержать камень на кончиках пальцев или взять алмазный порошок, то такой обряд обещает безграничную и ответную любовь до последнего дня.

Алмаз – это камень, напрямую отражающий биополе владельца человека. Если оно хорошее, то камень будет способствовать появлению и сохранению денег, удаче, любви, силе и других положительных проявлениях. Также камень будетзащищать от завистников и плохих действий, направленных против владельца.

В случае плохой кармы обычно все наоборот. Но может существовать и вероятность того, что алмаз «вытянет» плохую энергию и позволит «возродиться» человеку.

Для наилучшего эффекта, следует носить алмазный камень так, чтобы он касался кожи. Например, на шее как кулон или на левой руке как браслет.

Также, нужно учесть еще три пожелания:

как правило, алмаз дарят человеку, а не покупают для себя самостоятельно. Тем самым показывается признание и почет человеку, что принимается алмазом как должное;
чем больше человек с в контакте с камнем, тем лучше, так как он может повлиять не только на самого человека, но и на его работу, личную жизнь, внутрисемейную атмосферу.
обращайте перед покупкой особое внимание на цвет. Красный относится к страстной и резкой стихии огня, синий – водное спокойствие, белый – нейтральный.

В конце можно немного поговорить о влиянии камня и знаков зодиака. Так как камень сильный, то и владеть им могут только сильные и властные знаки, например знаки огненной стихии.

А вот люди, родившиеся под знаком рыбы, должны постараться держаться от него подальше, так как он может даже вызвать негативное воздействие. Также следует обращать внимание на тот же цветовой оттенок алмаза или бриллианта.

Лечебная магия алмаза

Большой энергетический потенциал камня способен зарядить положительной энергией клетки человеческого организма и помочь ему справиться с различного рода негативными заболеваниями.

Особое влияние алмаз оказывает на психическое и психологическое состояние мозга, а также на регулирование нормальных биоритмов и отлаженную работу сердечно-сосудистой системы.

Команда ЛюбиКамни

Алмаз (от араб. ألماس, ’almās, тур. elmas, которое идёт через арабск. из др.-греч. ἀδάμας - «несокрушимый») — минерал из класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Химическая формула: С.

Алмаз имеет такой же химический состав, как и графит. Но по внешним признакам от него резко отличается. Это отличие объясняется различным расположением атомов углерода в кристаллической решетке: в алмазе они размещены в тетра-эдрической структуре и имеют прочную связь по всем направлениям. Удельный вес 3,48-3,55 г/см 3 . Алмаз - камень с необычным блеском, игрой цветов, внутренним огнем. Блеск у алмаза сильный - алмазный. Алмаз очень твердый - «царь всех минералов».

По шкале Мооса твердость 10. По твердости он не уступает ни одному из известных минералов. Алмаз является «чемпионом твердости»: он в 1000 раз тверже кварца, в 150 раз тверже корунда. Может быть, поэтому древние греки считали алмаз талисманом власти. Алмаз устойчив к кислотам, нагреванию. Это единственный минерал, оставляющий царапину на корунде. По этому признаку отличается от сходных с ним минералов - горного хрусталя, топаза и др. Алмаз очень твердый, но в то же время хрупкий. Он легко раскалывается по плоскостям спайности. Спайность совершенная но граням октаэдра. Это свойство алмаза используют ювелиры при его обработке. Найден новый минерал, обладающий большой твердостью, «брат» алмаза - якутит.

Ни один драгоценный камень не имеет столько оттенков, как алмаз: бесцветные, белые, голубые, зеленые, желтоватые, розовые, красноватые, коричневатые, дымчато-серые тона; нередко прозрачный.

Встречается алмаз большей частью в виде отдельных кристаллов - октаэдров с искривленными гранями, по внешней форме приближающихся к шару. Размеры кристаллов обычно небольшие. Кристаллизуется в кубической сингонии.

Отличительные признаки . Характерными особенностями для алмаза являются сильный алмазный плеск и высокая твердость - оставляет царапину на корунде. Если металлическим алюминием чертить по смоченной поверхности алмаза, алюминий следов не оставляет.

Разновидности и фото алмаза

Бриллиант - искусственно обработанный алмаз, имеющий 57 граней. Бриллиант рассеивает солнечный свет подобно капелькам дождя, образующим радугу, бриллиант - самый сияющий драгоценный камень.
Борт -неправильные мелкозернистые сростки.
Баллас - шаровидный алмаз, радиально-лучистого строения.
Карбонадо - черного, серого цвета, плотный или крупнозернистый алмаз.
Якутит - алмаз тёмного цвета, с многочисленными включениями и максимальной твердостью.

Бесцветный алмаз, Катока, Ангола Борт Сферический баллас Черный карбонадо

Происхождение алмаза

Месторождения алмаза генетически связаны с ультраосновными (дуниты, перидотиты) и основными (диабазы) магматическими породами и с серпентинитами, возникшими в результате химического изменения ультраосновных и основных пород. Алмаз образуется в условиях высокого давления и высокой температуры, поэтому месторождения его приурочены к вулканическим воронкам взрыва. Алмаз образуется при давлении более 5 МПа и температуре около 2000° С.

Образование алмазов тесно связано с тектоническими процессами. При этом по возникшим в земной коре из больших глубин поднималась огненно-жидкая масса, так называемая ультраосновная магма. Ее иногда называют кимберлитовой. По мере поднятия кимберлитовая магма охлаждалась и это привело к отделению растворенных летучих соединений (газы, водяной пар). Освобождающиеся водяной пар и газы вызывали сильные взрывы, в результате чего в земной коре возникали вертикальные колодцеобразные цилиндрические отверстия - кимберлитовые трубки. Эти трубки заполнялись раздробленными породами, образовавшимися при взрыве. Затем по воронке, наполненной обломочным материалом, поднималась кимберлитовая магма, которая занимала пустоты между обломками и цементировала их.

Алмазы, как предполагают, выделились в основном в твердом виде, когда кимберлитовая магма залегали еще на глубине, а затем они были принесены течением магмы в кимберлитовые трубки. Алмазы содержат лишь те трубки, корни которых достигают алмазоносного слоя. Алмазы образуются на глубинах около 200 км.

Находки алмазов известны не только на платформах (на равнинах), но и в горных областях: на Урале, в Аппалачах, Каскадных горах, Сьерра-Неваде, на о. Калимантан и в других районах.

Алмазы обнаружены в метеоритах. Алмаз также образуется при взрывах, сопровождающих падение огромных метеоритов (метеоритный кратер «Каньон Дьявола», Аризона, США).

Встречается среди основных и ультраосновных магматических пород, среди серпентинитов (змеевиков); также в древних (конгломераты, песчаники) и в молодых россыпях.

Спутники . В коренных месторождениях: серпентин, оливин, авгит, графит, магнетит, хромит, ильменит, тальк. В россыпях: кварц, платина, золото, магнетит, ильменит, гематит], топаз, касситерит, корунд. Постоянным спутником алмаза является пироп - минерал вишневого цвета. Пироп чаще встречается, чем алмаз, и служит хорошим «ориентиром» при поисках месторождений алмазов.

Применение алмаза

Алмазы подразделяются на ювелирные и технические. К первым относятся прозрачные, бесцветные или слабо окрашенные разности более или менее крупных размеров; к техническим - тёмноокраминные разности и алмазы мелких размеров. В месторождениях, как правило, преобладают технические алмазы, реже встречаются ювелирные сорта.

Алмаз называют богатырем техники. До 80% добываемых во всем мире алмазов используется в промышленности. Алмазы применяются в электротехнической, Радиоэлектронной и приборостроительной промышленности. Алмазы используются в качестве детекторов ядерного излучения, в счетчиках быстрых частиц, медицинских счетчиках. Они находят применение при космических исследованиях, при изучении глубинного строения Земли. Общеизвестно применение алмаза для резания стекла. Алмазом в 1 карат (карат равен 0,2 г) можно разрезать оконное стекло длиной в 2500 км.

Алмаз, сравнимый с прозрачностью родниковой воды, переливается всеми цветами радуги и применяется и качестве украшений (бриллиант). Он ценится дороже молота. На стоимость алмаза величиной с абрикос можно построить целый завод. Высокая цена алмаза объяснится не столько его высокой твердостью, сильным блеском, красивой «игрой» цветов, сколько редкостью нахождения. Крупные месторождения встречаются редко Даже в богатых месторождениях в одном кубическом метре породы обнаруживается 3-6 мелких зерен алмаза.

В среднем из 100 000 т породы извлекается всего лишь около 5 кг алмазов. Соотношение - 20 миллионов к 1.

История алмаза насчитывает более пяти тысяч лет. Именитые алмазы и другие драгоценные камни являются свидетелями власти, безмерной пышности царских нарядов, народного горя, страданий. Алмазы украшали короны и другие атрибуты власти фараонов, шахов и королей.

Многие из крупных алмазов имеют кровавые истории, полные тайн, трагедий, кошмарных преступлений, применяемых мимолетной алчной радостью в мире наживы.

Месторождения алмазов

«Алмазным континентом» является Африка. Основные алмазодобывающие страны им африканской земле: Республика Заир, занимающая первое место в мире по добыче технических алмазов, Танзания, Гана, ЮАР (страной алмазов является Намибия, занимающая первое место в мире по добыче ювелирных алмазов, незаконно оккупированная ЮАР), Ангола, Гвинея и другие. Одними из самых богатых в Африке и в мире являются месторождения алмазов Центрально-Африканской Империи Затем идут страны Южной Америки: Бразилия, Венесуэла, Гайана и страны Азии: Индия, Индонезия.

В Южной Африке в 1905 г. были найдены два гигантских алмаза. Самый крупный из них «Куллинан» (по имени владельца рудника) весом 3106 каратов (величиной с кулак), второй - «Эксцельсиор» - 971,5 карата. Оба алмаза были распилены и обработаны в менее крупные бриллианты и распроданы. «Куллинан» дал 105 бриллиантов после распиловки. Два из них - самые крупные - вставлены в королевский скипетр и имперскую корону Англии. В Сьерра-Леоне в районе Энге-ма (Западная Африка) найден крупный алмаз величиною с небольшое куриное яйцо. Весит он 968,9 карата (почти 200 г). Длина его - 40 мм. Назвали его «Звезда Сьерра-Леоне». В международном списке редких по величине алмазов он занимает третье место. Алмаз «Звезда Сьерра-Леоне» распилен на 11 отдельных камней высокой цены. По качеству сьерра-леонийские алмазы одни из лучших. Самый крупный индийский алмаз «Великий Могол» - 794 карата. Крупные алмазы «Орлов» (194,8 карата) и «Кох-и-нур» (109 каратов) были найдены в Индии.

Самый крупный плоский алмаз имеет площадь 7,5 см 2 . Он вмонтирован в золотой браслет; хранится в алмазном фонде России. Один из самых крупных светло-синих алмазов в 42,27 карата найден в Южно-Африканской Республике (провинция Оранжевая).

Самый первый алмаз в России нашел 14-летний крепостной Павел Попов на Урале в XIX веке. После такой драгоценной находки почти 100 лет геологи исследовали Урал и Сибирь, пока геолог Лариса Попугаева в июне 1954 года не отыскала в холодной Якутии первую кимберлитовую трубку «Зарница». Имя Ларисы Попугаевой носит один алмаз весом в 29,4 карата.

Якутский алмаз чистый и прозрачный, будто впитал в себя красоту северного сияния крепость якутского мороза. На территории Якутии обнаружены порядка десяти кимберлитовых трубок: «Айхал», «Зарница», «Интернациональная», «Мир», крупнейшая в мире «Удачная», «Юбилейная». Один из крупных советских алмазов «Мария» весит 105,98 карата. Алмаз весом в 342,5 карата найден в трубке «Мир» 23 декабря 1980 года и назван в честь XVII съезда КПСС, который проходил спустя 3 месяца после находки. В современной России выделяются две находки, сделанные в 2003 году в трубке «Удачная»: лимонного и табачного цвета алмазы, весом 301,55 и 232,7 карата, соответственно.

Кимберлитовые трубки и приуроченные к ним месторождения алмазов, имеются в России не только в Якутии. Открытием месторождений алмазов здесь послужило обнаружение кимберлитовой трубки «Поморская» в 1980 году, которая помимо еще других 5 трубок («Пионерская», «Карпинского-1″, Карпинского-2», «Архангельская» и «им. Ломоносова») входит в состав крупнейшего месторождения россыпных алмазов в Европейской части России — имени М.В. Ломоносова. Здесь крупнейшим за всю историю разработки месторождения является алмаз весом 50,1 карата. В Архангельской области помимо месторождения Ломоносова, в промышленной эксплуатации находится месторождение имени В.П. Гриба (Верхотинское).

Одним из перспективных алмазоносных районов в России является Иркутская область, в которой поиски драгоценных камней прекратили в 1980 году из-за недостаточного финансирования и отрицательных результатов, полученных в южной части региона.

Рядом ученных в 2015 году проведен анализ, позволяющий предполагать, что Оренбургская область имеет перспективы на наличие алмазоносных районов.

Алмаз - природный минерал, один из самых известных и дорогих. Вокруг него ходит множество домыслов и легенд, особенно что касается его стоимости и выявления подделок. Отдельной темой для изучения является связь алмаза и графита. Многие знают, что эти минералы схожи, но далеко не всем известно, чем именно. Да и на вопрос о том, чем они отличаются, тоже не каждый сможет ответить. А что мы знаем о структуре алмаза? Или о критериях оценивания драгоценных камней?

Алмаз - один из трех минералов, представляющих собой кристаллическую модификацию углерода. Два других - это графит и лонсдейлит, второй можно обнаружить в метеоритах либо создать искусственным путем. И если эти камни - гексагональные модификации, то тип кристаллической решетки алмаза - куб. В этой системе атомы углерода расположены таким образом: по одному на каждой вершине и в центре грани, и четыре внутри куба. Таким образом, получается, что атомы расположены в виде тетраэдров, и каждый атом находится в центре одного из них. Частицы связаны между собой самой прочной связью - ковалентной, благодаря чему алмаз и имеет высокую твердость.

Химические свойства

Грубо говоря, алмаз - это чистый углерод, соответственно, кристаллы алмаза должны быть абсолютно прозрачными и пропускать весь видимый свет. Но в мире нет ничего идеального, а значит, и этот минерал имеет примеси. Считается, что максимальное содержание примесей в ювелирных алмазах не должно превышать 5 %. В состав алмаза могут входить как твердые, так и жидкие и газообразные вещества, наиболее распространенные из них:

азот;
алюминий;
кремний;
кальций;
магний.

Также в состав могут входить кварц, гранаты, оливин, прочие минералы, окиси железа, вода и другие вещества. Зачастую эти элементы находятся в составе минерала в виде механических минеральных включений, но некоторые из них могут замещать углерод в структуре алмаза - это явление называется изоморфизмом. В таком случае включения могут значительно влиять на на его цвет, а включения азота придают ему люминесцентные свойства.

Физические свойства

Структура алмаза обуславливает его физические свойства, они оцениваются по четырем критериям:

твердость;
плотность;
дисперсия и преломление света;
кристаллическая решетка.

Твердость минералов оценивается по его оценка по этой системе равняется 10, это максимальный показатель. Следующий в списке корунд, его показатель - 9, однако его твердость меньше в 150 раз, что означает абсолютное первенство алмаза по этому показателю.

Однако твердость минерала вовсе не означает его прочность. Алмаз достаточно хрупкий и легко раскалывается, если ударить его молотком.

Удельный вес алмаза (плотность) определяется в промежутке от 3,42 до 3,55 гр/см 3 . Он определяется в соотношении веса минерала к весу воды того же объема.

Помимо твердости, он обладает и высокими показателями преломления света (2,417-2,421) и дисперсии (0,0574). Такое сочетание свойств позволяет алмазу быть самым драгоценным и идеальным ювелирным камнем.

Значение имеют также и другие физические свойства минерала, такие как теплопроводность (900-2300 Вт/м·К), также самая высокая из всех веществ. Можно также отметить способность минерала не растворяться в кислотах и щелочах, свойства диэлектрика, низкий коэффициент трения по металлу в воздухе и высокую температуру плавления 3700-4000 °C при давлении 11 ГПа.

Сходства и отличия алмаза и графита

Углерод - один из самых распространенных элементов на Земле, он содержится во многих веществах, в особенности в живых организмах. Графит, как и алмаз, состоит из углерода, однако структуры алмаза и графита сильно отличаются. Алмаз может превращаться в графит под действием высоких температур без доступа кислорода, но в нормальных условиях он способен бесконечно долго оставаться в неизменном виде, это называют метастабильностью, к тому же тип кристаллической решетки алмаза - куб. А вот графит - минерал слоистый, его структура выглядит как ряд пластов, расположенных в разных плоскостях. Эти пласты составляются из шестиугольников, формирующих систему, похожую на соты. Сильные связи образуются только между этими шестиугольниками, а вот между пластами они крайне слабые, это и обуславливает слоистость минерала. Помимо низкой твердости, графит поглощает свет и имеет металлический блеск, чем также сильно отличается от алмаза.

Эти минералы являются самым ярким примером аллотропии - явления, при котором вещества имеют разные физические свойства, хоть и состоят их одного химического элемента.

Происхождение алмаза

Нет однозначного мнения по поводу того, как образуются алмазы в природе, существуют магматическая, мантийная, метеоритная и прочие теории. Однако наиболее распространенной является магматическая. Считается, что алмазы образуются на глубине около 200 км под давлением в 50 000 атмосфер, а после выносятся на поверхность вместе с магмой во время формирования кимберлитовых трубок. Возраст алмазов варьируется от 100 миллионов до 2,5 миллиарда лет. Также научно доказано, что алмазы могут образовываться при ударе метеорита о поверхность земли, а также находиться в самой метеоритной породе. Однако кристаллы такого происхождения имеют крайне мелкие размеры и редко подходят для обработки.

Месторождения алмазов

Первые месторождения, в которых были обнаружены и добывались алмазы, располагались в Индии, но уже к концу XIX века они были сильно истощены. Однако именно там были добыты самые известные, крупные и дорогостоящие образцы. А в XVII и XIX столетиях были обнаружены месторождения минерала в Бразилии и Южной Африке. История пестрит легендами и фактами об алмазной лихорадке, которые связаны именно с южноафриканскими рудниками. Последние обнаруженные месторождения алмазов находятся в Канаде, их освоение началось лишь в последнем десятилетии XX века.

Особенно интересны рудники Намибии, хотя добыча алмазов там является делом сложным и опасным. Залежи кристаллов сосредоточены под слоем грунта, что хоть и усложняет работу, но говорит о высоком качестве минералов. Алмазы, прошедшие путь в несколько сотен километров до поверхности при постоянном трении о прочие породы, являются высокосортными, менее качественные кристаллы просто не выдержали бы такого путешествия, а потому 95 % добытых камней - ювелирного качества. Также известные и богатые минералами есть в России, Ботсване, Анголе, Гвинее, Либерии, Танзании и других странах.

Обработка алмазов

Обработка алмазов требует огромного опыта, знаний и умений. Прежде чем приступать к работе, необходимо досконально изучить камень, чтобы впоследствии максимально сохранить его вес и избавиться от вкраплений. Наиболее распространенный тип огранки алмазов - круглый, он позволяет камню заиграть всеми красками и максимально выгодно отражать свет. Но такая работа является и самой сложной: круглый бриллиант имеет 57 плоскостей, и при его огранке важно соблюдать точнейшие пропорции. Также популярными типами огранки являются: овал, слеза, сердце, маркиза, изумрудная и другие. Выделяют несколько этапов обработки минералов:

разметка;
раскалывание;
распиловка;
закругление;
огранка.

До сих пор считается, что после обработки алмаз теряет около половины своего веса.

Критерии оценивания алмазов

При добыче алмазов лишь 60 % процентов минералов пригодны для обработки, их называют ювелирными. Естественно, стоимость необработанных камней значительно уступает цене бриллиантов (более чем в два раза). Оценка стоимости бриллиантов проводится по системе 4C:

Carat (вес в каратах) - 1 карат равен 0,2 г.
Color (цвет) - чисто белых алмазов практически не встречается, большинство минералов имеют определенный оттенок. От окраски алмаза во многом зависит его стоимость, большинство встречающихся в природе камней имеют желтый или коричневый оттенок, реже можно обнаружить розовые, голубые и зеленые камни. Наиболее редкими, красивыми, а оттого и дорогими являются минералы насыщенных оттенков, их называют фантазийными. Наиболее редкие из них - зеленый, фиолетовый и черный.
Clarity (чистота) - также важный показатель, который определяет присутствие дефектов в камне и значительно влияет на его стоимость.
Cut (огранка) - от огранки сильно зависит внешний вид бриллианта. Преломление и отражение света, своеобразное "бриллиантовое" сияние делают этот камень столь ценным, а неправильная форма или соотношение пропорций при обработке могут напрочь его испортить.

Изготовление искусственных алмазов

Сейчас технологии позволяют "выращивать" алмазы, практически неотличимые от натуральных. Существует несколько способов синтеза:

Как отличить оригинал от подделки

Говоря о методах определения подлинности алмазов, стоит различать проверку подлинности бриллиантов и необработанных алмазов. Неопытный человек может спутать алмаз с кварцем, хрусталем, другими прозрачными минералами, и даже со стеклом. Тем не менее исключительные физические и химические свойства алмаза позволяют с легкостью определить подделку.

В первую очередь стоит вспомнить о твердости. Этот камень способен поцарапать любую поверхность, а вот на нем оставить следы может только другой алмаз. Также на натуральном кристалле не остается испарины, если на него подышать. На мокром камне будет след как от карандаша, если провести по нему алюминием. Можно проверить его рентгеном: натуральный камень под излучением имеет насыщенный зеленый окрас. Или посмотреть сквозь него на текст: сквозь натуральный алмаз его будет невозможно разобрать. Отдельно стоит отметить, что натуральность камня можно проверить на преломление света: поднеся к источнику света подлинник, можно увидеть лишь светящуюся точку в центе.

В этой статье:

Алмаз - это драгоценный минерал, который одновременно является самым твердым веществом на Земле. А также среди драгоценностей алмаз выступает одним из самых дорогих камней, привлекающих внимание девушек. Поэтому многим интересно, как образуется камень, какая формула алмаза и можно ли его вырастить в лаборатории. Ученые по-прежнему после столетия опытов не могут ответить на все вопросы с точностью, поскольку в некоторых ситуациях камень ведет себя аномально.

Формула вещества

Состоит алмаз полностью из углерода. Этого элемента содержится около 0,15% в Земной коре. Атомный номер вещества - 6, что говорит о количестве протонов в ядре. Соответственно, у алмазов, которые полностью состоят из углерода, то есть являются аллотропной формой этого вещества, атомный номер такой же.

Расположение атомов у алмаза и графита

Такое понятие, как форма аллотропной модификации, означает, что из простого вещества, например, углерода, могут формироваться другие простые вещества, которые будут отличаться между собой свойствами и строением атомов. То есть содержание одно, а форма и вид - абсолютно разные, взять хотя бы противоположности: графит и алмаз. При этом углерод - один из немногих веществ, которое имеет несколько форм модификаций.

Выделяют такие вещества, которые состоят только из углерода:

алмаз;
графит;
карбин;
лонсдейлит;
фуллерены;
углеродные нанотрубки для изготовления микроволокон;
графен;
уголь, сажа.

Интересным вопросом для ученых является вопрос, можно ли превратить одну аллотропную модификацию в другую. Как раз этим они и занимаются по отношению к графиту и другим веществам из этой группы. Поскольку стоимость алмаза - самая высокая, а цена других модификаций ниже. Пока процесс возможен только лишь в обратную сторону: если алмаз нагреть без воздуха до температуры свыше 500 градусов по Цельсию, то камень взорвется и превратится в графит. При этом дальнейшее плавление камня показывает аномальные результаты, отличные от других веществ. А вот в обратном направлении реакция не происходит.

Разница между модификациями объясняется строением кристаллической решетки вещества. Химическая формула тут не играет никакой роли. Вся суть заключается в пространственной конфигурации атомов углерода и связи между ними. Так, в строении алмаза решетка имеет кубическое строение.

Связь между атомами - самая прочная, с точки зрения химии, ковалентная. При этом кубическая система использует всего 18 атомов и считается самой плотной формой упаковки этих частиц. Поэтому алмаз и является самым твердым веществом планеты.

В центрах граней тетраэдра также располагаются атомы, связанные между собой ковалентно. А вот если рассматривать тот же графит, то в его кристаллической решетке часть связей ковалентная, а часть дисульфидная, которая имеет свойство разрываться. Вследствие этого электроны могут мигрировать, и вещество получает металлические свойства.

Но это разбор атомных форм углерода, поскольку именно атомы и формируют кристаллическую решетку. А вот недавно ученые обнаружили и молекулярные формы вещества в составе фуллеренов, многогранников из углерода. Сейчас обнаружили новые молекулярные соединения с содержанием углерода - от С60 до С540, над которыми проводятся исследования.

На основе формулы, а также конфигурации атомов, ученые пытаются воссоздать картину в лабораторных условиях. В природе алмазы находят в кимберлитовых и лампроитовых трубках, а также на россыпях. Камни формируются миллионы лет в определенных условиях с участием магматических пород, сейсмоактивности, а также под действием высоких температур.

Существует и версия о занесении алмаза вместе с метеоритами, поскольку углерода достаточно много в космическом пространстве. А также одну из его модификаций - лосдейлит - ученые обнаружили в составе метеоритов.

На сегодняшний день алмазы изготавливают такими способами:

Под давлением и высокой температурой в специальных машинах. Ученые добиваются от графита образования новых ковалентных связей. Такой тип камней называют HPHT.
Пленочный способ происходит также с участием графита, осаждение которого происходит под действием паров метана.
Производство камней вследствие взрывного синтеза.

Даже несмотря на то, что все знают формулу бриллианта, ну или его не ограненного вещества (алмаза), никто из ученых не смог с точностью воспроизвести камень с таким же строением кристаллической решетки, как это сделала природа. Поэтому стоимость камня держится на высоком уровне, а добыча из недр Земли не прекращается.

Физические свойства алмазов

Примеси в составе алмаза

Конечно, в природе не бывает ничего идеального. Так, и в алмазы входят определенные примеси, которые никак не отображаются на формуле вещества, хотя они влияют на его внешний вид. В частности, меняется оттенок и прозрачность камня, но не его свойства. Количество таких примесей может достигать 1018 атомов на 1 см3. И в зависимости от вида примесей, камень приобретает оттенок, а также меняется стоимость алмаза. Среди таких примесей выделяют:

кремний;
кальций;
магний;
азот;
алюминий.

Чтоб не нарушить формулу и состав камня, таких веществ должно быть не более 2% одного вида, и не более 5% в целом. Если количество примесей в алмазе больше, то камень значительно меняет внешний вид и не используется в ювелирном деле, а отправляется на нужды промышленности.

АЛМАЗ (тюрк. алмас, от греч. adamas — несокрушимый, непобедимый * а. diamond; н. Diamant; ф. diamant; и. diamante) — , кристаллическая кубическая модификация самородного .

Структура алмаза . Элементарная ячейка пространственной кристаллической решётки алмаза представляет собой гранецентрированный куб с 4 дополнительными атомами, расположенными внутри куба (рис.).

Размер ребра элементарной ячейки а 0 = 0,357 нм (при t = 25°С и Р = 1 атм). Кратчайшее расстояние между двумя соседними атомами С = 0,154 нм. Атомы углерода в структуре алмаза образуют прочные ковалентные связи, направленные под углом 109°28" относительно друг друга, благодаря чему алмаз — самое твёрдое из известных в природе веществ. В зонной структуре алмаза ширина запрещённой зоны для невертикальных переходов равна 5,5 эВ, для вертикальных — 7,3 эВ, ширина валентной зоны 20 эВ. Подвижность электронов mn = 0,18 м 2 /В.с, дырок mr = 0,15 м 2 /В.с.

Морфология алмаза . Кристаллы алмаза имеют форму октаэдра, ромбододекаэдра, куба и тетраэдра с гладкими и пластинчато-ступенчатыми гранями или округлыми поверхностями, на которых развиты разнообразные акцессории. Характерны уплощённые, удлинённые и сложноискажённые кристаллы простой и комбинированной форм, двойники срастания и прорастания по шпинелевому закону, параллельные и произвольно ориентированные сростки. Разновидности алмаза представляют собой поликристаллические образования: борт — сростки многочисленных мелких огранённых кристаллов и зёрен неправильной формы, серого и чёрного цвета; баллас — сферолиты радиально-лучистого строения; карбонадо — скрытокристаллические, плотные, с эмалевидное поверхностью или шлакоподобные пористые образования, состоящие преимущественно из субмикроскопических (около 20 мкм) зёрен алмаза, тесно сросшихся друг с другом. Размер природных алмазов колеблется от микроскопических зёрен до весьма крупных кристаллов массой в сотни и тысячи карат (1 карат = 0,2 г). Масса добываемых алмазов обычно 0,1-1,0 карат; крупные кристаллы (свыше 100 карат) встречаются редко. В таблице приведены крупнейшие в мире алмазы, извлечённые из недр.

Химический состав . В алмазе присутствуют примеси Si, Al, Mg, Ca, Na, Ba, Mn, Fe, Cr, Ti, В номером. С помощью а-частиц радиоизотопных Н, N, О, Ar и других элементов. является главной примесью, оказывающей большое влияние на физические свойства алмаза. Кристаллы алмаза, непрозрачные к ультрафиолетовому излучению, называются алмазом I типа; все остальные относятся к типу II. Содержание азота в подавляющем большинстве кристаллов алмаза, относящихся к типу I, составляет около 0,25%. Реже встречаются безазотные алмазы, относящиеся к типу II, в которых примесь азота не превышает 0,001%. Азот изоморфно входит в структуру алмаза и образует самостоятельно или в совокупности со структурными дефектами (вакансиями, дислокациями) центры, ответственные за окраску, люминесценцию, поглощение в ультрафиолетовой, оптической, инфракрасной и микроволновой областях, характер рассеивания рентгеновских лучей и др.

Физические свойства . Алмазы могут быть бесцветными или с едва заметным цветовым оттенком, а также в различной степени ясно окрашенными в жёлтый, коричневый, розовато-лиловый, зелёный, голубой, синий, молочно-белый и серый (до чёрного) цвета. При облучении заряжёнными частицами алмаз приобретает зелёный или голубой цвет. Обратный процесс — превращение окрашенного алмаза в бесцветный — до сих пор не удалось провести. Для алмаза характерны сильный блеск, высокий показатель преломления (n = 2,417) и сильно выраженный эффект дисперсии (0,063), что обуславливает разноцветную игру света в . Как правило, в кристаллах алмаза проявляется аномальное двулучепреломление из-за напряжений, возникающих в связи со структурными дефектами и включениями. Кристаллы алмаза прозрачны, полупрозрачны или непрозрачны в зависимости от насыщенности микроскопическими включениями графита, других минералов и газово-жидких вакуолей. При освещении ультрафиолетовыми лучами значительная часть прозрачных и полупрозрачных кристаллов алмаза люминесцирует синим, голубым и реже жёлтым, жёлто-зелёным, оранжевым, розовым и красным цветами. Кристаллы алмаза (за редким исключением) люминесцируют под действием рентгеновских лучей. Свечение алмаза возбуждается катодными лучами и при бомбардировке быстрыми частицами. После снятия возбуждения часто наблюдается послесвечение различной длительности (фосфоресценция). В алмазе проявляется также электро-, трибе- и термолюминесценция.

Алмаз как самое твёрдое вещество в природе используется в разнообразных инструментах для распиловки, сверления и обработки всех других материалов. Относительная по шкале Mоcca 10, максимальная абсолютная микротвёрдость, измеренная индентором на грани (111), 0,1 ТПа. Твёрдость алмаза на различных кристаллографических гранях не одинакова; наиболее твёрдой является октаэдрическая грань (111). Алмаз очень хрупок, обладает весьма совершенной спайностью по грани (111). Модуль Юнга 0,9 ТПа. Плотность прозрачных кристаллов алмаза 3515 кг/м 3 , полупрозрачных и непрозрачных — 3500 кг/м 3 , у некоторых австралийских алмазов — 3560 кг/м 3 ; у борта и карбонадо из-за их пористости может снижаться до 3000 кг/м 3 . Чистая поверхность кристаллов алмаза обладает высокой (краевой угол 104-105°). В природных алмазах, особенно в алмазах из россыпных месторождений, на поверхности образуются тончайшие плёнки, которые повышают её смачиваемость.

Алмаз — диэлектрик. Удельное сопротивление r у всех азотных кристаллов алмаза типа I равно 10 12 -10 14 Ом.м. Среди безазотных алмазов типа II иногда встречаются кристаллы, у которых r ниже 10 6 Ом.м, иногда до 10-10 -2 . Такие алмазы обладают проводимостью r-типа и фотопроводимостью, причём при одинаковых условиях фототок в алмазе типа II на порядок больше фототока, возбуждаемого в алмазе типа I. Алмаз диамагнитен: магнитная восприимчивость, отнесённая к единице массы, составляет 1,57.10 -6 единиц СИ при 18°С. Алмаз стоек по отношению ко всем кислотам даже при высокой температуре. В расплавах щелочей KOH, NaOH и других веществ в присутствии О, OH, CO, CO 2 , Н 2 О происходит окислительное растворение алмаза. Ионы некоторых элементов (Ni, Co, Cr, Mg, Ca и др.) обладают каталитической активностью и ускоряют этот процесс. Алмаз обладает высокой теплопроводностью (особенно безазотные алмазы типа II). При комнатной температуре теплопроводность их в 5 раз выше Си, причём коэффициент уменьшается с увеличением температуры в интервале 100-400 К от 6 до 0,8 кДж/м.К. Полиморфный переход алмаза в при атмосферном давлении происходит при температуре 1885±5°С по всему объёму кристалла. Образование плёнок графита на поверхности граней (III) кристаллов алмаза под влиянием может происходить начиная с 650°С. На воздухе алмаз сгорает при температуре 850°С.

Распространённость и происхождение . Алмазы обнаружены в метеоритах, импактных породах, связанных с метеоритными кратерами (астроблемами), в и находящихся в них небольшого размера глубинных мантийных пород передо-гитового и эклогитового составов, а также во вторичных источниках — различных по возрасту и генезису россыпях ( , и др.). По вопросам происхождения алмазов нет единого мнения. Некоторые учёные полагают, что алмазы кристаллизуются в самих кимберлитовых трубках при их становлении или в промежуточных очагах, возникающих на небольших (3-4 км) глубинах (субвулканические очаги). Другие считают, что алмазы образуются на большой глубине в родоначальном кимберлитовом расплаве и продолжают кристаллизоваться при подъёме его в верхнюю часть . Наиболее обоснованно развиваются представления о том, что алмазы генетически связаны с разнообразными и породами и выносятся из них вместе с другим ксеногенным материалом, находящимся в кимберлитах. Существуют и другие представления о генезисе алмаза (например, кристаллизация при низких давлениях с использованием углерода из глубинного происхождения и карбонатов вмещающих пород).

Месторождения алмазов . Промышленное значение имеют алмазоносные кимберлитовые породы и формирующиеся за счёт их размыва россыпные месторождения. Кимберлиты встречаются преимущественно на древних и ; для них характерны главным образом тела трубчатой формы, а также , лайки и . Размеры кимберлитовых трубок от одного до нескольких тысяч метров в поперечном сечении (например, трубка Мвадуи в Танзании с параметрами 1525х1068 м). На всех платформах известно свыше 1500 кимберлитовых тел, но промышленное содержание алмазы имеют лишь единичные. Алмазы распределены в кимберлитах крайне неравномерно. Промышленными считаются трубки с содержанием алмазов от 0,4 карат/ м 3 и выше. В исключительных случаях, когда трубки содержат повышенный процент высококачественных алмазов, рентабельной может быть эксплуатация и с более низким содержанием, например 0,08-0,10 карат/м 3 (Ягерсфонтейн в ЮАР). В кимберлитах преобладают кристаллы размером 0,5-4,0 мм (0,0025-1,0 карат). Весовая доля их обычно составляет 60-80% от всей массы извлекаемых алмазов. Запасы на отдельных месторождениях исчисляются десятками млн. . Наиболее крупные коренные месторождения алмазов разведаны в , Танзании, Лесото, Сьерра-Леоне и др.

Обогащение . На россыпных месторождениях порода сначала промывается в для удаления связующей глинистой массы и отделения крупного обломочного материала; выделенный, рыхлый материал разделяется на четыре класса: -16+8, -8+4, -4+2, -2+0,5 мм. производится гравитационными методами (мокрая и воздушная , обогащение в тяжёлых суспензиях, в концентрационных чашах). Для извлечения мелких алмазов и алмазной крошки применяются плёночная и пенная с предварительной очисткой поверхности. Реагенты: амины, аэрофлоты, жирные кислоты, керосин, крезиловая кислота. Для извлечения алмазов наибольшее распространение получил жировой процесс (для зёрен с крупностью 2-0,2 мм), основанный на избирательной способности алмазов прилипать к жировым поверхностям. В качестве жирового покрытия используют вазелин, нефть, автол и его смесь с парафином, олеиновую кислоту, нигрол и др. Наряду с жировым процессом применяют (для зёрен крупностью 3-0,1 мм) электростатическую сепарацию, основанную на различной проводимости минералов (алмаз — плохой проводник электричества). Используется рентгенолюминесцентный метод извлечения относительно крупных алмазов, основанный на способности кристаллов алмаза люминесцировать (рентгенолюминесцентные автоматы).

Применение . Алмазы разделяются на ювелирные и технические. Первые обладают высокой прозрачностью. Наиболее ценными являются алмазы бесцветные ("чистой воды") или с хорошей окраской. К техническим относятся все прочие добываемые алмазы вне зависимости от их качества и размеров. В CCCP сортировка алмазов производится по техническим условиям, которые дополняются по мере расширения областей применения алмазов. В зависимости от видов и назначения алмазное сырьё по качеству классифицируется на категории; в каждой категории выделяются группы и подгруппы, которые определяют размер, форму, конкретные условия назначения кристаллов алмазов. Около 25% добываемых в мире алмазов используется в ювелирной промышленности для изготовления бриллиантов.

Обладая исключительно высокой твёрдостью, алмазы незаменимы для изготовления различных инструментов и приборов ( и , инденторы для измерения твёрдости материалов, волоки, иглы к профилометрам, профилографам, пантографам, свёрла, резцы, накладные камни к морским хронометрам, стеклорезы и т.д.). Алмазы широко используются для изготовления абразивных порошков и паст, для заправки алмазных пил. Алмазным инструментом обрабатываются некоторые металлы, полупроводниковые материалы, керамика, строительные железобетонные материалы, хрусталь и др. По совокупности ряда уникальных свойств алмазы могут быть использованы для создания электронных приборов, предназначенных для работы в сильных электрических полях, при высоких температурах, в условиях повышенного уровня радиации, в агрессивных химических средах. На основе алмазов созданы детекторы ядерных излучений, теплоотводы в электронных приборах, термисторы и транзисторы. Прозрачность алмазов для инфракрасного излучения и слабое поглощение рентгеновских лучей позволяют применять их в инфракрасных приёмниках, в камерах для исследования фазовых переходов при высоких температурах и давлениях.

Синтетические алмазы . В середине 50-х гг. началось освоение промышленного синтеза технических алмазов. Синтезируются в основном мелкие монокристаллы и более крупные поликристаллические образования типа балласа и карбонадо. Основные способы синтеза: статический — в системе металл — графит при высоких давлениях и температурах; динамический — полиморфный переход графита в алмазах при воздействии ударной волны; эпитаксиальный — наращивание алмазных плёнок на алмазные затравки из газообразных углеводородов при низких давлениях и температуре около 1000°С. Синтетические алмазы используются также, как природные технические. Общий объём производства синтетических алмазов значительно превышает объём добычи природных.