Алмаз: унiкальний камiнь i унiкальнi властивостi
Унiкальний камiнь — унiкальнi властивостi. У нашi днi в середнiй
школi на уроках фiзики й хiмiï учнi довiдаються, що такi, здавалося
б, полярнi по властивостях i несхожi один на одного речовини, як графiт
i алмаз, насправдi є так званими полiморфними модифiкацiями того
самого хiмiчного елемента-вуглецю. Полiморфнi модифiкацiï, або
полiморфи, — це речовини, якi мають однаковий хiмiчний ськлад, але
рiзну кристалiчну структуру. В алмазi атоми вуглецю розмiщаються дуже
щiльно, причому кожний з них мiцно пов'язаний iз чотирма навколишнiми
атомами. У структурi ж графiту видiляються паралельнi плоськi сiтки, що
ськладаються iз шестикутникiв з атомами вуглецю у вершинах. У кожнiй
окремо взятiй плоськiй сiтцi(шарi) зв'язок мiж атомами вуглецю досить
мiцна, а мiж шарами — слабка. Рiзницею в кристалiчнiй структурi й
пояснюється несхожiсть властивостей графiту й алмаза.
Здавалося б, елементарний, всiм вiдомий факт. Але щоб його встановити,
потрiбнi були зусилля таких гiгантiв науки, як И. Ньютон, А.
Лавуазьє, М. В. Ломоносов, X. Деви й багато iнших. Дiйсно, адже
треба було прийти до зовсiм парадоксального умовиводу, що алмаз-ця
найбiльша коштовнiсть, твердейшее на землi речовина — у хiмiчному
вiдношеннi повнiстю(якщо не враховувати випадкових домiшок) аналогiчний
графiту, деревному й кам'яному вугiллю, сажi, т. е речовинам, широко
розповсюдженим i далеко не найпривабливiшим по своєму зовнiшньому
виглядi.
Розглянемо, якi ж властивостi алмазiв, сукупнiсть яких робить цей камiнь
унiкальним природним об'єктом.
Твердiсть. Те, що алмаз твердейшее речовина на землi, було вiдомо з
незапам'ятних часiв. У древньому санськритському вiршi говориться про
фарии (по-санськритськи <фария> — алмаз) так: Фария не може
дряпати нiякий Дорогоцiнний камiнь Вiн дряпає всi каменi.
Фарий дряпає фария… Грецькi поети Гепсоид i Есхил писали, що
адамас (грецька назва алмаза) годиться для виготовлення шолома Геракла й
ланцюгiв Прометея, т. е предметiв, незламнiсть яких стала
загальноï. Та й сама назва <алмаз>, по рiзних версiях,
вiдбувається або вiд грецького <адамас> (непреодалимий,
незламний) , або вiд арабського < червоний-мас>(твердейший) .
Алмазам, як i iншим кристалiчним тiлам, властива анiзотропiя деяких
характеристик (тобто варiацiï цих характеристик у рiзних
кристалографiчних напрямках) , у тому числi й анiзотропiя твердостi, що
обумовлено особливостями внутрiшньоï будови кристалiв. Твердiсть
мiняється не тiльки вiд гранi до гранi, але й нерiдко в межах
однiєï й тоï ж гранi до гранi, але й нерiдко в межах
однiєï й тоï ж гранi кристала, що необхiдно враховувати
при обробцi алмаза й при роботi з алмазам iнструментом. Так, при обробцi
одного алмаза iншим ïх варто так взаємно орiєнтувати,
щоб обробка вироблялася в напрямку найменшоï твердостi, а
зношування алмазного iнструмента — у напрямку найбiльшоï.
Необхiдно пiдкреслити, що межа мiцностi на вигин i на стиськ в алмаза
порiвняно низок, тому вiн досить тендiтний i при рiзкому й сильному
ударi може розколотися. Колеться вiн по системi площин, паралельних
певним граням кристала. У мiнералогiï така властивiсть
називається спайнiстю. Наявнiсть площин спайностi дозволяє
при обробцi алмаза замiсть зi шлiфування вiдколювати шматочки кристала,
якi мають рiзнi дефекти або заважають доданню необхiдноï форми
дiаманту або якому-небудь технiчному виробу з алмаза. З iншого боку,
пiдвищена крихкiсть алмаза, будучи, безумовно, <слабким мiсцем>
алмазного iнструмента, обумовлює необхiднiсть його оберiгання вiд
рiзких несподiваних ударiв. Навiть використання сталевих щипцiв при
сортуваннi дiамантiв вимагає певноï навички, iнакше можна
легко обламати гострi краï каменiв.
Треба вiдзначити, що в древнi часи цi двi властивостi алмазiв —
твердiсть i мiцнiсть — найчастiше не розрiзнялися. Римський
iсторик i єство випробувач Гай Плиний Старший писав, що <алмаз
так пручається ударам молота на ковадлi, що молот
розлiтається, а саме ковадло розтрiськується>. Проведи
Плиний сам такий досвiд, вiн би переконався, що саме молот i ковадло в
нього б залишилися, а дорогоцiнний камiнь перетворився в пил. Думка про
незламнiсть алмазiв пiд потужними ударами було широко поширене в
стародавностi, що зафiксовано в письмових документах i усних легендах
рiзних часiв i народiв.
Iншi фiзико-механiчнi властивостi.
Важливе значення має дуже низький коефiцiєнт тертя алмаза по
металi на повiтрi — усього 0,1, що пов'язане з утворенням на
поверхнi кристала тонких плiвок адсорбованого газу, що грають роль
своєрiдного змащення. Коли такi плiвки не утвориться,
коефiцiєнт тертя зростає й досягає 0, 5-0,55. Низький
коефiцiєнт тертя обумовлює виняткову зносостiйкiсть алмаза
на стирання, що перевищує зносостiйкiсть корунду в 90 разiв, а
iнших абразивних матерiалiв — у сотнi й тисячi разiв. У
результатi, наприклад, при шлiфуваннi виробiв iз твердих сплавiв
алмазного порошку витрачається в 600-3000 разiв менше, нiж будь-
якого iншого абразиву. Для алмаза також характернi найвищий (у
порiвняннi з усiма вiдомими в природi матерiалами) модуль пружностi й
найнижчий коефiцiєнт стиську.
Термiчнi властивостi.
Температура плавлення алмаза становить 3700-4000 З. На повiтрi алмаз
згоряє при 850-1000 З, а в струменi чистого кисню горить слабо-
блакитним полум'ям при 720-800 З, повнiстю перетворюючись в остаточному
пiдсумку у вуглекислий газ. При нагрiваннi до 2000-3000 З без доступу
повiтря алмаз переходить у графiт.
Розглянутий мiнерал має винятково високу теплопровiднiсть, що
обумовлює швидкий вiдвiд тепла, що виникає в процесi обробки
деталей iнструментом, виготовленим з нього. Крiм того, для алмаза
характерний низький температурний коефiцiєнт лiнiйного розширення
(нижче, нiж у твердих сплавiв i стали) . Це властивiсть алмаза
враховується при вставцi його в оправу з рiзних металiв i iнших
матерiалiв.
Оптичнi властивостi.
Середнiй показник переломлення безбарвних кристалiв алмаза в жовтому
кольорi дорiвнює приблизно 2,417, а для рiзних квiтiв спектра вiн
варiює вiд 2,402 (для червоного) до 2,465 (для фiолетового) .
Здатнiсть кристалiв розкладати бiлий колiр на окремi ськладовi
називається дисперсiєю. Для алмаза дисперсiя дорiвнює
0,063. Як показники переломлення, так i дисперсiя алмаза набагато
перевищують аналогiчнi властивостi всiх iнших природних прозорих
речовин, що й обумовлює в сполученнi iз твердiстю неперевершенi
якостi алмазiв як дорогоцiнних каменiв. Високе переломлення в сукупностi
з надзвичайно сильною дисперсiєю викликає характерний блиськ
вiдполiрованого алмаза, названий алмазним.
Одним з найважливiших властивостей алмазiв є люмiнесценцiя. Пiд
дiєю видимого свiтла й особливо катодних, ультрафiолетових i
рентгенiвських променiв алмази починають люминесцировать- свiтитися
рiзними квiтами. Рентгенолюминесценция широко застосовується на
практицi для витягу алмазiв iз природи.
Електричнi й магнiтнi властивостi.
Алмаз ставиться до iзоляторiв: його питомий електричний опiр дуже
великий. Деякi кристали, однак, мають низький питомий опiр i мають
властивостi напiвпровiдникiв. Цi алмази, як правило, блакитного кольору.
Дуже високо цiнуються й винятково рiдкi. Алмаз ставиться до немагнiтних
мiнералiв, але деякi ïхнi рiзновиди мають слабкi парамагнiтнi
властивостi, якi в основному пов'язанi iз присутнiстю домiшки азоту.
Iнодi магнiтнi властивостi надають алмазам i механiчнi включення в них
магнiтних мiнералiв — магнетиту й iльменiту. Це необхiдно
враховувати при витягу алмазiв з породи, тому що при магнiтнiй
сепарацiï <магнiтнi> алмази будуть попадати в магнiтну
фракцiю й можуть бути пропущенi.
Фарбування Бiльшiсть природних алмазiв безбарвно, однак нерiдкi такi
каменi найрiзноманiтнiших квiтiв i вiдтiнкiв. Найбiльше часто
зустрiчаються алмази зi слабким жовтуватим вiдтiнком, а також
зеленуватi. У родовищах Пiвденноï Африки найчастiше попадаються
бурi алмази; за рахунок значних домiшок аморфного вуглецю вони можуть
здобувати зовсiм чорне фарбування. А от рожевi, рубиново червонi, рожево-
лiловi й синi дуже рiдкi. Що стосується алмазiв сапфирово синього
кольору, те це, як ми вже вiдзначали, явище виняткове, i цiнуються вони
вiдповiдно дуже високо.
Поверхня алмазiв з найбiльш древнiх родовищ (вiк яких перевищує 1
млрд. рокiв) має зелене фарбування, що, однак, зникає при
механiчнiй обробцi кристала. Ученi пояснюють виникнення зеленоï
<сорочки> на алмазах тривалим впливом на них природного
радiоактивного опромiнення. Зараз це явище вiдтворене експериментально.
У США, Великобританiï й рядi iнших краïнах штучне фарбування
природних алмазiв роблять у лабораторних умовах. Якщо
<бомбардувати> алмаз електронами з енергiєю 1 Мев, а потiм з
певною швидкiстю прохолоджувати, то вiн здобуває синюватий колiр.
Якщо енергiя опромiнення досягає 1,5 Мев, то алмаз стає сино
— зеленим. Вiдтiнок кольору залежить вiд тривалостi
випромiнювання. На жаль, штучно пофарбованi блакитнi алмази, на вiдмiну
вiд природних блакитних, не здобувають напiвпровiдникових властивостей.
При опромiненнi нейтронами алмаз офарблюється в зелений колiр,
густота якого також визначається тривалiстю випромiнювання. Гама
— променi надають алмазу рiвномiрну блакитнувато — зелене
фарбування.
Iншi властивостi Алмаз — мiнерал досить стiйкий. Вiн не
пiддається впливу найдужчих кислот i ïхнiх сумiшей (соляний,
сiрчаноï, азотноï, плавиковоï, <царськоï
горiлки>) , навiть доведених до температури кипiння. Не реагує
вiн i з лугами. У той же час алмаз легко окисляється й
згоряє в сумiшi соди з розплавленою натрiєвою або
калiєвою селiтрою. Розплавленi карбонати лугiв при 1000 —
1200 С також окисляють алмаз. При нагрiваннi до 800 С у присутностi
залiза або сплавiв на його основi алмаз розчиняється, тому алмазнi
рiзцi не застосовуються при обробцi сталi й чавуну.
Алмаз iз чистою поверхнею гидрофобен, т. е не змочується водою.
Через цю властивiсть вiн може проникати крiзь вологi шари гравiйно-
пiщаних вiдкладень i концентруватися разом з мiнералами значно
бiльшоï щiльностi гранатами, iльменiтами. Пiсля називають
мiнералами — супутниками алмаза: вони допомагають геологам
вiдшукувати алмазнi родовища.
У той же час алмази здатнi прилипати до деяких видiв жирiв, на чому
заснованi деякi способи витягу алмазiв з роздробленоï алмазоносной
породи.
Форма кристалiв Бiльша частина алмазiв зустрiчається в природi у
виглядi окремих добре оформлених кристалiв або ïхнiх уламкiв.
Переважають октаедри, ромбододекаедри й куби, а також ïхньоï
комбiнацiï. Це кристали з рiвними плоськими гранями. Так ïх i
називають — плоськогранними. Рiдше зустрiчаються кривогранние,
округлi кристали, однак у деяких родовищах вони переважають. Найчастiше
кристали алмаза зростаються один з одним або ж як би <проростають>
один одного, образуя вiдповiдно так званi двiйники зрощення й
проростання.
Практично у всiх алмазних родовищах присутнi мiкро — i
ськритокристалличеськие агрегати, ськладенi сотнями тiсно зрослих
дрiбних зерен алмаза. Бортом звичайно називають неправильнi
дрiбнозернистi зростки (по технiчнiй класифiкацiï до борта
ставляться також трiщинуватi монокристалли) . Балласи являють собою
кулястi агрегати радiально — променистоï будови, пористе,
коксовидное й шлаковидное будова. Найбiльше цiнуються масивнi карбонаду,
покритi емалевидной ськоринкою, що твердiше самого алмазного ядра.
Карбонаду незамiннi для виготовлення алмазних бурових коронок.
Розмiри алмазiв.
Звичайно розмiри алмазних зерен варiюють вiд часток мiлiметра до 0,5
— 1 див у поперечнику, але зустрiчаються й дуже великi кристали.
Одиницею маси дорогоцiнних каменiв, у тому числi й алмазiв, є
карат. По однiєï версiï, термiн каратiв” походить
вiд грецького слова кератониа (маленький рiг) . Так називалася росшая в
Середземномор'я акацiя, насiння якоï греки довгий час
використовували як своєрiднi гирьки при зважуваннi дорогоцiнних
каменiв. За iншою версiєю. Слово каратiв веде свiй родовiд вiд
куара — так греки називали коралове дерево (Erytrina
corallodendron) . Маса насiннячок обох дерев дивно постiйна й становить
у середньому 205 мг.
Аж до початку ХХ столiття в рiзних краïнах використовувалися карти
рiзноï величини. Наприклад, флорентiйський карат рiвнявся 197,2 мг,
мадридський — 205,3, берлiнський — 205,4, амстердамський
— 205,7, вiденський — 206 мг. В 1914 р. був уведений
єдиний метричний карат, рiвний 200 мг (0,2 г) . У Радянському
Союзi вiн офiцiйно дiє з 1922 р. Алмаз масою в один карат
має дiаметр близько 0,5 див Класифiкацiя алмазiв.
Спроби класифiкувати алмази вживали з незапам'ятних часiв. Так, древнi
iндуси роздiляли алмази, як i людей, на чотири касти: брахмани, кшатрии,
вайшии й шудри. До брахманiв ставилися прозорi високоякiснi кристали, до
кшатриям i вайшиям — каменi бiльше низькоякiснi алмази сiрого
кольору. Вiдповiдно шудри оцiнювалися у чверть, вайшии — у
половину, а кшатрии — у три чвертi вартостi брахманiв.
У цей час iснує безлiч класифiкацiй алмазiв, заснованих на рiзних
принципах. У цей час iснує безлiч класифiкацiй алмазiв, заснованих
на рiзних принципах. В одних класифiкацiйних схемах зробленi спроби
врахувати всi властивостi алмазiв, в iншi — в основу покладений
генетичний принцип, т. е подання про умови утворення тих або iнших
— груп алмазiв. Ювелiри роздiляють алмази майже на тисячу сортiв
залежно вiд прозоростi, тону, густоти й рiвномiрностi фарбування. Деякi
закордоннi фiрми використовують класифiкацiю, в основу якоï
покладена якiсть i цiннiсть алмазiв. У теперiшнiй краïнi прийнята
класифiкацiя, де враховується якiсть алмазiв, ïхня маса,
розмiрнiсть i сфера застосування. По якостi видiляється дев'ять
категорiй природноï алмазноï сировини. До категорiй 1 i 2
вiднесенi ювелiрнi алмази, до iншим-рiзнi сортии технiчних. У свою
чергу, категорiï пiдроздiляються на групи з урахуванням маси й
розмiрiв кристалiв, а групи-на пiдгрупи iз вказiвкою областi
використання алмазiв.
Дiаманти рiзного розмiру в натуральну величину в каратах:
