СТРУКТУРА

Кристаллическая структура алмаза

Сингония алмаза кубическая, пространственная группа Fd3m. Элементарная ячейка кристаллической решетки алмаза представляет собой гранецентрированный куб, в котором в четырех секторах расположенных в шахматном порядке, находятся атомы углерода. Иначе алмазную структуру можно представить как две кубических гранецентрированных решетки, смещенных друг относительно друга по главной диагонали куба на четверть её длины. Структура аналогичная алмазной установлена у кремния, низкотемпературной модификации олова и некоторых других простых веществ.

Кристаллы алмаза всегда содержат различные дефекты кристаллической структуры (точечные, линейные дефекты, включения, границы субзерен и тп.). Такие дефекты в значительной степени определяют физические свойства кристаллов.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Алмаз представляет собой твердую аллотропную форму углерода, атомы которого имеют кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку.

Алмаз, характеристики, описание, кристаллическая решетка, химический состав

Образование и происхождение алмазов

Механические, оптические, химические и иные свойства алмаза

Физические свойства алмаза

Огранка алмаза

Оценка алмаза как ювелирного камня

Физические свойства алмаза и графита таблица

Большинство природных алмазов имеют возраст от 1 миллиарда до 3,5 миллиардов лет. Многие из них были сформированы на глубинах от 150 до 250 километров в мантии Земли, хотя некоторые из них формировались на глубине около 800 километров.

Под высоким давлением и температурой углеродсодержащие жидкости растворяли минералы в породе и заменяли их алмазами.

Алмазы образовывались из этой жидкости либо путем восстановления окисленного углерода (например, CO2 или CO3), либо путем окисления восстановленной фазы, такой как метан.

Гораздо позднее (десятки – сотни миллионов лет назад) они были вынесены на поверхность в результате извержений вулканов и отложились в магматических породах, известных как кимберлиты и лампроиты.

Хотя при нормальных условиях алмаз метастабилен, он в силу устойчивости своей кристаллической структуры может существовать неопределенно долго, не превращаясь в устойчивую модификацию углерода — графит. Алмазы, которые вынесены на поверхность кимберилитами или лампроитами кристаллизуется в мантии на глубине 200 км.

и более при давлении более 4 Гпа и температуре 1000 — 1300° С. В некоторых меторождениях встречаются и более глубинные алмазы, вынесенные из переходной зоны или из нижней мантии. Наряду с этим, они выносятся к поверхности Земли в результате взрывных процессов, сопровождающих формирование кимберлитовых трубок, 15-20% которых содержит алмаз.

Алмазы встречаются также в метаморфических комплексах сверхвысоких давлений. Они ассоциируют с эклогитами и глубокометаморфизованными гранатовыми гнейсами. Мелкие алмазы в значительных количествах обнаружены в метеоритах. Они имеют очень древнее, досолнечное происхождение. Также они образуются в крупных астроблемах — гигантских метеоритных кратерах, где переплавленные породы содержат значительные количества мелкокристаллического алмаза. Известным месторождением такого типа является Попигайская астроблема на севере Сибири.

Алмазы

Алмазы редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны всех континентах, кроме Антарктиды. Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет алмазы добывались из россыпных месторождений. Только к концу XIX века, когда впервые были открыты алмазоносные кимберлитовая трубка, стало ясно, что алмазы не образуются в речных отложениях. Кроме этого алмазы были найдены в коровых породах в ассоциациях метаморфизма сверхвысоких давлений, например в Кокчетавском массиве в Казахстане.

И импактные, и метаморфические алмазы иногда образуют весьма масштабные месторождения, с большими запасами и высокой концентрацией. Но в этих типах месторождений алмазы настолько мелкие, что не имеют промышленной ценности. Промышленные месторождения алмазов связаны с кимберлитовыми и лампроитовыми трубками, приуроченными к древним кратонам. Основные месторождения этого типа известны в Африке, России, Австралии и Канаде.

МОРФОЛОГИЯ

Морфология алмаза очень разнообразна. Он встречается как в виде монокристаллов, так и в виде поликристаллических срастаний («борт», «баллас», «карбонадо»). Алмазы из кимберлитовых месторождений имеют только одну распространенную плоскогранную форму — октаэдр. При этом во всех месторождениях распространены алмазы с характерными кривогранными формами — ромбододекаэдроиды (кристаллы похожие на ромбододекаэдр, но с округлыми гранями), и кубоиды (кристаллы с криволинейной формой ).

Предлагаем ознакомиться  Оттенки граната камня

Как показали экспериментальные исследования и изучение природных образцов в большинстве случаев кристаллы в форме додекаэдроида возникают в результате растворения алмазов кимберлитовым расплавом. Кубоиды образуются в результате специфического волокнистого роста алмазов по нормальному механизму роста.

Алмаз Куллинан разбитый на 9 частей

Синтетические кристаллы, выращенные при высоких давлениях и температурах, часто имеют грани куба и это является одни их характерных отличий от природных кристаллов. При выращивании в метастабильных условиях алмаз легко кристаллизуется в виде пленок и шестоватых агрегатов.

Размеры кристаллов варьируют от микроскопических до очень крупных, масса самого крупного алмаза «Куллинан», найденного в 1905г. в Южной Африке 3106 карат (0,621кг).На изучение огромного алмаза было потрачено несколько месяцев и в 1908 году он был расколот на 9 крупных частей.Алмазы массой более 15 карат — редкость, а массой от сотни карат — уникальны и считаются раритетами. Такие камни очень редки и часто получают собственные имена, мировую известность и своё особое место в истории.

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

– алмаз представляет собой твердую форму чистого углерода. Твердость по шкале Мооса 10,

– твердость алмаза зависит от его чистоты, отсутствия дефектов кристаллической решетки и ориентации. Твердость выше для безупречных, чистых кристаллов, ориентированных в направлении по самой длинной диагонали кубической алмазной решетки. Поэтому алмазы могут быть поцарапаны и подвергаться обработке только другими алмазами,

– из всех известных веществ алмаз имеет наибольшее количество атомов на единицу объема, поэтому он одновременно и самый твердый, и наименее сжимаемый. У алмаза самый низкий коэффициент сжатия,

– имеет высокую плотность от 3,47-3,55 г/см³,

– обладает хрупкостью, легко раскалывается,

– излом раковистый,

– имеет большой показатель преломления и относительно высокую оптическую дисперсию (способность рассеивать свет разных цветов). Эти свойства заставляют нанесенные при обработке алмаза грани блестеть, играя на свету,

– обладает наиболее высокой теплопроводностью среди всех твёрдых тел 900-2300 Вт/(м·К). Из-за этого алмаз на ощупь холодный,

– у алмаза очень низкий коэффициент трения по металлу,

– имеет самый высокий  модуль упругости,

– на воздухе алмаз сгорает при 850-1000 °C, а в струе чистого кислорода горит слабо-голубым пламенем при 720-800 °C, полностью превращаясь в углекислый газ,

– под действием солнечного света, а также под действием  катодных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей алмазы начинают люминесцировать – светиться различными цветами. Именно это специфическое свойство алмаза позволяет его выявлять в породе,

– поверхность алмаза гидрофобна и липофильна, т.е. алмаз не смачивается водой, а хорошо смачивается маслом и жиром. Это свойство использует для того, чтобы отличить алмаз от подделки. Жир на подделке не смачивает поверхность полностью, а собирается в маленькие капельки. Кроме того, алмаз, смазанный жиром, прилипает к стеклу, а подделка – нет,

– алмазы химически стабильны. При комнатной температурой они не реагируют с кислоты и щелочами. Поверхность алмаза может окисляться только при температуре воздуха выше 850 °C. Алмаз также реагирует с газом фтора при температуре свыше 700 °C,

– лучепреломление алмаза таково, что, поместив бесцветный кристалл на страницу с печатным текстом, прочитать написанное не получится. Эта характеристика алмаза позволяет отличить подделку от оригинала. Также если посмотреть сквозь алмаз на солнце, то будет видна лишь тусклая точка,

Предлагаем ознакомиться  ТОП-10 самых твердых минералов в мире (фото описание)

– под действием радиоактивного излучения алмаз меняет окраску на насыщенный зеленый цвет.

Тип изотропный
Показатели преломления nα = 2.418
Максимальное двулучепреломление δ = 2.418 — изотропный, не обладает двупреломлением
Оптический рельеф умеренный
Дисперсия оптических осей сильная
Плеохроизм не плеохроирует
Люминесценция в ультрафиолетовом излучении иногда синий или фосфоресцирующий

Применение графита и алмаза

На сегодняшний день и графит, и алмаз используют главным образом в промышленности. Но примерно 10 % от всей добычи алмазов идет на ювелирное дело. Чаще всего из графита изготавливают карандаши, так как он очень хрупкий и ломкий, при этом оставляет следы.

Хорошие кристаллы подвергаются огранке и используются в ювелирном деле. Ювелирными считаются около 15% добываемых алмазов, еще 45% считаются околоювелирными, то есть уступают ювелирным по размеру, цвету или чистоте. В настоящее время общемировой объем добычи алмазов составляет порядка 130 миллионов карат в год.

Бриллиант (от франц. brillant — блестящий), — алмаз, которому посредством механической обработки (огранки) придана специальная форма, бриллиантовая огранка, максимально раскрывающая такие оптические свойства камня, как блеск и цветовая дисперсия.Совсем мелкие алмазы и осколки, непригодные для огранки, идут в качестве абразива для изготовления алмазного инструмента, необходимого для обработки твёрдых материалов и огранки самих алмазов.

Мелкие кристаллы также в больших количествах выращиваются искусственным путём. Синтетические алмазы получают из различных углеродсодержащих веществ, главным образом из графита, в спец. аппаратах при 1200-1600°С и давлениях 4,5-8,0 ГПа в присутствии Fe, Co, Сr, Мn или их сплавов. Они пригодны для использования только в технических целях.

Алмаз (англ. Diamond) — C

Молекулярный вес 12.01 г/моль
Происхождение названия От греческого, adamas, что означает «непобедимый» или «твёрдый».
IMA статус действителен, описан впервые до 1959 (до IMA)

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Цвет минерала бесцветный, желтовато-коричневый переходящий в жёлтый, коричневый, чёрный, синий, зелёный или красный, розовый, коньячно-коричневый, голубой, сиреневый (очень редко)
Цвет черты никакой
Прозрачность прозрачный, полупрозрачный, непрозрачный
Блеск алмазный, жирный
Спайность совершенная по октаэдру
Твердость (шкала Мооса) 10
Излом неровный
Прочность хрупкий
Плотность (измеренная) 3.5 — 3.53 g/cm3
Радиоактивность (GRapi)
Термические свойства Высокая теплопроводность. На ощупь холодный, поэтому алмаз называют на сленге «лед»
Наименование показателя: Значение:
Длина связи С–С, нм 0,15
Плотность, г/см2 от 3,47 до 3,55
Температура плавления (при давлении 11 ГПа), оС 3700-4000 °C
Теплопроводность, Вт/(м·К) от 900 до 2300
Показатель преломления от 2,417 до 2,419 (в желтом цвете),

в других цветах – от 2,402 (красный цвет) до 2,465 (фиолетовый цвет).

Дисперсия 0,0574
Твердость (шкала Мооса) 10
Твердость, ГПа от 70 до 150

– круглая (со стандартным числом 57 граней),

– фантазийная, к которой относятся такие виды огранки, как «овальная», «груша», «маркиза», «принцесса», «радиант», «сердце», «квадрат», «изумруд», «треугольник» и другие виды.

Форма огранки бриллианта зависит от формы исходного кристалла алмаза.

Ограненный алмаз называют бриллиантом (от фр. brillant «блестящий, сверкающий»). Ему придают специальную форму, максимально выявляющую его естественный блеск.

Лишь 60% добытых алмазов пригодны для ювелирной обработки. Все остальные алмазы находят применение в различных отраслях промышленности.

– cut (огранка),

– clarity (чистота),

– color (цвет)

– и carat (масса в каратах), что позволяет определить, насколько камень близок к совершенству.

В огранке (cut) алмаза ценится ее качество: насколько грани геометрически точны и пропорциональны друг другу. Идеальная огранка кодируется литерой «А», далее — Б, В, Г — по убыванию качества. В международной системе (GIA, Gemological Institute of America) идеальная огранка обозначена как Excellent, и по убыванию качества (Very Good, Good, Fair, Bad).

Чистота (clarity ) пожалуй самый существенный показатель качества бриллиантов: выражается она в наличии или отсутствии дефектов камня или посторонних включений. Бриллианты без изъянов называются бриллиантами чистой воды.

Предлагаем ознакомиться  Камень селенит - свойства лечебные магические знак зодиака

Цвет бриллианта также имеет значение. Особо ценятся бриллианты зеленого, фиолетового и черного цветов. Такие бриллианты встречаются очень редко.

Физические свойства алмаза и графита таблица

Масса бриллиантов измеряется в каратах: 1 карат равен 0,2 грамма. Чем больше масса бриллианта, тем он стоит дороже.

Алмаз: история и свойства минерала

История алмаза очень необычна. Считается, что первый алмаз был найден в Индии. В то время человечество так и не смогло понять всю силу этого камня. Геологам было лишь известно, что этот камень очень твердый и прочный. До 15 века алмазы стоили намного меньше, чем изумруды и рубины. И только потом неизвестный ювелир в процессе работы с камнем придал ему красивую огранку, которую позже стали называть бриллиантовой. Вот тогда-то камень и показал себя во всей своей красе.

Главным образом алмазы используют в промышленности. Этот минерал самый прочный на всем свете, именно поэтому из него делают абразивы, резцы для обработки прочных металлов и многое другое.

Как нам уже известно, формула графита в химии – C, такую же формулу имеет и алмаз.

Различия между алмазом и графитом

Несмотря на то что минералы имеют схожие химические формулы, они резко отличаются друг от друга как внешним видом, так и с химической точки зрения.

Прежде всего, алмаз и графит имеют совершенно различную друг от друга структуру. Ведь графит состоит из сетки шестиугольников, тогда как алмаз имеет кубическую кристаллическую структуру. Хрупкость графита обуславливается тем, что связь между его слоями нарушить очень легко, его атомы спокойно отделяются друг от друга. Из-за этого графит легко поглощает свет, сам он очень темный, в отличие от алмаза.

Структура алмаза отличается тем, что один атом углерода окружен еще четырьмя атомами в виде четырехгранного треугольника или пирамиды. Каждый атом находится на одинаковом расстоянии друг от друга. Связь у атомов очень крепкая, именно поэтому алмаз является таким твердым и прочным. Еще одно свойство алмаза – это то, что он может проводить свет, в отличие от графита.

Странно ли, что формула графита совпадает с формулой алмаза, но при этом минералы совершенно разные? Нет! Ведь алмаз создается природой при огромном давлении, а затем очень быстром охлаждении, тогда как графит возникает при низком давлении, но очень высокой температуре.

Аллотропные вещества – это очень важное понятие в химии. Это основа основ, которая позволяет отличать вещества друг от друга.

В школе аллотропные вещества изучают на примере графита и алмаза, а также их различии. Итак, изучив различия алмаза и графита, можно сделать вывод, что аллотропия – это существование в природе двух и более веществ, которые различаются по своему строению и свойствам, но имеют схожую химическую формулу или относятся к одному химическому элементу.

Получение алмаза из графита

Формула графита – C – позволила ученым произвести множество опытов, вследствие чего были найдены аллотропные вещества графита.

Преподаватели рассказывают и школьникам, и студентам о том, как ученые пытались создать алмазы из графита. Эта история очень интересная и увлекательная, а еще она позволяет запомнить о существовании таких аллотропных веществ, как графит и алмаз, и об их различиях.

Некоторое время назад ученые пытались создать алмазы из графита. Они считали, что если формула алмаза и графита одинакова, то они смогут создать алмаз, ведь камень очень дорогой и редкий. Теперь мы знаем, что минерал алмаз появляется в природе при высоком давлении и мгновенном охлаждении. Поэтому ученые решили взорвать ѓрафит, тем самым создав нужные условия для образования алмаза. И на самом деле случилось чудо, после взрыва на графите образовались очень маленькие кристаллы алмаза.