Структура алмаза

Магические и целебные свойства алмаза

Якутские необработанные алмазы
Якутские необработанные алмазы

Алмазы — прозрачные бесцветные минералы, реже имеют розовые и желтые оттенки, обладают ярким блеском и высокими показателями светопреломления.

Минерал состоит из атомов углерода, равноудаленных друг от друга на расстояние 0,15 нанометров. Атомы образуют кубическую кристаллическую решетку, обеспечивающую алмазу самую высокую твердость по шкале Мооса — 10 единиц. Однако, из-за совершенной спайности кристаллы очень хрупки, а ошибочное отождествление понятий твердости и хрупкости часто влекло за собой разрушение ценных камней.

Так была уничтожена коллекция бриллиантов французского герцога Карла Смелого, который вел междоусобную войну с королем. Наемники Людовика XI, желая проверить подлинность камней с помощью молота, превратили их в порошок.

Кимберлитовая трубка «Мир» глубиной 525 метров
Кимберлитовая трубка «Мир» глубиной 525 метров

Трудно поверить, но алмаз и графит являются практически братьями-близнецами. И тот и другой представляют собой чистый углерод. Для того, чтобы графит кристаллизовался необходимы особые условия: давление 45 000–60 000 атмосфер и температура 900–1300 °С, которые обеспечиваются на глубине 80–150 км под землей. Вместе с вулканической магмой камни выбрасываются из земных недр, формируя при этом коренные месторождения — кимберлитовые трубки.

Ученым известны также минералы метеоритного происхождения, образующиеся при столкновении космического тела с поверхностью Земли. Температура в момент удара достигает 3000 °С, а давление до 100 ГПа, в этих условиях формируется алмазоносная импактная порода. «Неземные» камни были обнаружены в Большом Каньоне в США в осколках метеорита, упавшего около 30 тысяч лет назад. В Якутии тоже имеется свое подобное месторождение — Попигайская астроблема, образовавшаяся 35 млн. лет назад.

Разработка импактитов является нерентабельной из-за малого размера кристаллов, поэтому промышленная добыча ведется традиционными методами на «земных» месторождениях, которые встречаются практически на всех континентах, а наиболее крупные расположены в Южной Америке (Бразилия), России (Якутия), Африке (Ботсвана, Ангола).

На данный момент признанным монополистом на рынке является американская компания De Beers, контролирующая 75% мировой добычи и оборота алмазов. Во всем мире высоко ценятся и пользуются большим спросом камни российского производства. Основной алмазодобытчик России — компания «Алроса», добывающая 95% алмазов в стране.

Природные фантазийные бриллианты компании Leibish {amp}amp; Co.
Природные фантазийные бриллианты компании Leibish {amp}amp; Co.

Помимо качественных бесцветных камней при удачном стечении обстоятельств иногда удается добыть фантазийные ярко-желтые, ярко-розовые и голубые алмазы, составляющие всего 1% от общего объема. Еще более редкими являются красные камни — алмазодобывающая компания Rio Tinto выставляет их на своем тендере всего несколько штук в год.

Отдельного внимания заслуживают черные алмазы. Являясь долгое время фактически отходами при добыче классически бесцветных камней, сегодня черные алмазы, и, как следствие, бриллианты задают собственный тренд в украшениях. Ювелирные изделия с черными бриллиантами зачастую становятся выбором тех, кто хочет выделиться из толпы и не любит идти на поводу у общепринятых канонов и правил.

Литотерапевты считают, что алмаз ускоряет обновление клеток организма, способствует его очищению, борется с инфекциями и паразитами. Во многих учениях он используется как омолаживающее средство.

Йоги при помощи алмаза лечат психические заболевания, сердце, почки, очищают печень. Воины носили перстни с бриллиантом, веря, что он придаст им силы духа и сделает непобедимыми. Кроме того, камень приносит владельцу счастье и оберегает от скверных привычек и поступков.

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

Алмаз (от др.-греч. ἀδάμας «несокрушимый», через араб. ألماس‎ [’almās] и тур. elmas) – минерал, кубическая аллотропная форма углерода. Химическая формула алмаза – C.

Алмаз – это природный минерал, состоящий из углерода и кристаллизующийся в кубической сингонии.

Наряду с графитом, алмазом существуют еще много аллотропных форм углерода. Например, графен, фуллерен, углеродные нанотрубки и т.д. Свойства данных веществ совершенно отличаются друг от друга.

Какова плотность алмаза

Алмаз является самым твердым природным материалом на Земле.

Алмаз – редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. К настоящему времени алмазы найдены на всех континентах Земли, в том числе и в Антарктиде.

Алмаз представляет собой твердую аллотропную форму углерода, атомы которого имеют кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку. При этом, каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших атома.

Предлагаем ознакомиться  Хим элемент алмаз

Таким образом, в алмазе каждый атом углерода связан с четырьмя другими атомами. В алмазе связи сформированы sp3 гибридными орбиталями. Такая связь является наиболее прочной. Именно прочная связь атомов углерода и отсутствие свободного электрона объясняет высокую твёрдость алмаза. Из всех известных веществ алмаз также имеет наибольшее количество атомов на единицу объема, поэтому он одновременно и самый твердый, и наименее сжимаемый.

Наоборот, в графите – другой аллотропной форме углерода, каждый атом углерода связан с тремя атомами аналогичными атомами и имеет один свободный электрон. В графите межатомные связи сформированы sp2 гибридными орбиталями. Связи между атомами углерода в графите формируются в одной плоскости. Связи между плоскостями графита слабы. Это и обуславливает высокую мягкость графита и свойство слоев графита легко отделяться (отслаиваться) друг от друга.

При нормальных условиях (т.е. комнатной температуре и нормальном давлении), а также высоких давлениях алмаз может существовать неограниченно долго. При комнатной температуре и давлении другая твердая форма углерода, известная как графит, также является химически стабильной формой, но алмаз почти никогда не превращается в нее. И только в вакууме или в инертном газе при повышенных температурах – при 2000 оС алмаз постепенно переходит в графит.

Алмазы бывают совершенно разных цветов и оттенков: от стального серого, белого до коричневого и черного цветов. Редко встречаются бесцветные и прозрачные камни. Это обусловлено тем, что природный алмаз может содержать небольшое количество дефектов и примесей (около одного на миллион атомов углерода).

Небольшие количества дефектов или примесей окрашивают алмаз в синий (примеси бора), желтый (примеси азота), коричневый (дефекты кристаллической решетки), зеленый (радиационное воздействие), фиолетовый, розовый, оранжевый, красный или серые цвета. Вместе с тем, химически чистый и структурно совершенный алмаз прозрачен и не имеет оттенка или цвета.

Алмаз также обладает относительно высокой оптической дисперсией (способностью рассеивать свет разных цветов).

Какова плотность алмаза

Твердость алмаза и его высокая оптическая дисперсия способствует его использованию в качестве драгоценного камня. В отличие от многих других драгоценных камней, он хорошо подходит для ежедневного ношения из-за его устойчивости к царапинам. Поцарапать алмаз может только другой алмаз.

Огранённый алмаз называется бриллиантом.

Алмаз состоит из чистого углерода. В небольших количествах в нем присутствуют различные примеси других химических элементов (бор, азот, алюминий, кремний, кальций, магний и т.д.).

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.

– 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,

Предлагаем ознакомиться  Все алмазы превращаются в графит
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

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.

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.

Какова плотность алмаза

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 кимберлитовые трубки есть в России, Ботсване, Анголе, Гвинее, Либерии, Танзании и других странах.

– 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.

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.

  • разметка;
  • раскалывание;
  • распиловка;
  • закругление;
  • огранка.

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

Какова плотность 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).

Структура алмаза

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.

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

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

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:

  1. Carat (вес в каратах) – 1 карат равен 0,2 г.
  2. 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.
  3. Clarity (чистота) – также важный показатель, который определяет присутствие дефектов в камне и значительно влияет на его стоимость.
  4. 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.
Предлагаем ознакомиться  Камень гранат: свойства для женщин и мужчин

Изготовление искусственных алмазов

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

  1. Создание HPHT-алмазов – наиболее близкая к природным условиям методика. Минералы создаются из графита и затравочного алмаза при температуре 1400 °С под давлением в 50 000 атмосфер. Этот метод позволяет синтезировать камни ювелирного качества.
  2. Создание CVD-алмазов (пленочный синтез) – изготовление камней в вакуумных условиях с использованием затравки и газов метана и водорода. Этот способ позволяет синтезировать чистейшие минералы, однако крайне маленьких размеров, потому в основном они имеют промышленное назначение.
  3. Взрывной синтез – это способ позволяет получить мелкие кристаллы алмаза посредством детонации взрывчатых веществ и последующего охлаждения.
    Окраска алмазов

Научные опыты по созданию искусственных алмазов начались в 1797 году, но первый минерал, выращенный в лаборатории, и метод его получения был запатентован американской компанией General Electric лишь в 1956 году. С тех пор технологии продвинулись настолько далеко, что сегодня многие искусственно выращенные камни совершенно неотличимы от природных без специального оборудования и большого опыта, а обычные способы распознания подделки работают далеко не всегда.

Тип кристаллической решетки алмаза

Однако, насыщение рынка такими камнями сдерживается законом спроса и предложения, так как падение цен на бриллианты невыгодно ни добытчикам натуральных ни производителям искусственных камней.

Стоит упомянуть наиболее распространенные камни, которые используются в украшениях вместо бриллиантов. Во-первых, это всем известные фианиты, впервые синтезированные в российском институте ФИАН. Во-вторых, это муассаниты, которые особенно сложно отличить от настоящего драгоценного камня, не имея нужных для этого знаний.

Примерное сравнение натурального бриллианта, муассанита и фианита
Примерное сравнение натурального бриллианта, муассанита и фианита

Кроме того, сравнительно недавно появились алмазы ASHA, поверхность которых покрыта слоем атомов углерода (из которого и состоит природный минерал), что фактически делает подобный камень композитным материалом и при этом дарит ему больше блеска и «огня» по сравнению с теми же фианитами.

Отдельно стоит упомянуть ВДВТ (высокое давление, высокая температура) алмазы. Этот метод был разработан в 1950-е годы и фактически полученные в результате обработки камни являются абсолютно натуральными. Суть метода понять не сложно, если вспомнить об условиях формирования камня. В природе алмаз формируется под влиянием колоссального давления и температуры в течение определенного времени.

Иногда такие камни попадают на поверхность раньше времени, представляя собой по сути «полуфабрикат». И для того, чтобы превратить его в красивый сверкающий алмаз, который в последствии будет огранен и инкрустирован, камень повторно подвергают воздействию высокого давления и высокой температуры, аналогичных природным, но уже в лаборатории. Такой алмаз остается полностью натуральным, но как бы «доработанным» людьми.

Наглядное сравнение настоящего бриллианта (в центре) с его аналогами: 1 — фианит (кубический цирконий), 2 — муассанит, 3— бриллиант ASHA, 4 —лабораторно выращенный бриллиант
Наглядное сравнение настоящего бриллианта (в центре) с его аналогами: 1 — фианит (кубический цирконий), 2 — муассанит, 3— бриллиант ASHA, 4 —лабораторно выращенный бриллиант

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.