Алмаз

Материал из Циклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Кристалл алмаза в породе
НТУ "ХПИ" представляет: "Алмаз и его свойства" [9:53]

Алмаз (от араб. ألماس, almās — непреодолимый, англ. diamond; нем. Diamant) — бесцветный прозрачный минерал класса самородных неметаллов, твердая кристаллическая кубическая аллотропная форма углерода. Алмаз относится к драгоценным камням и является самым твердым[УТОЧНИТЬ?] из известных веществ (твердость 10 по шкале Мооса по определению). Алмазы могут быть как естественными, так и синтетическими. Промышленные алмазы благодаря своей чрезвычайной твердости используются для шлифовки, сверления и резки, бурения твердых горных пород, обработки твердых металлов и их сплавов и т. п.

Крупнейшие месторождения алмазов расположены в Южной Африке и в Якутии. Ежегодная мировая добыча алмазов составляет примерно 300 кг. В последние годы алмазы начали получать искусственно в промышленных масштабах при очень высоких давлениях и высокой температуре.

Содержание

[править] Исторические сведения

Производство синтетических алмазов

По мнению древних индусов алмазы образуются из пяти первоэлементов: земли, воды, неба, воздуха и энергии. При этом алмазы делились на четыре класса (варны): брахманы (бесцветные и белые, шестивершинные); кшатрии (камни с красным оттенком); вайшьи (зеленые) и шудры (серые и черные).

Легенды и поверья, связанные с алмазами, описал Плиний Старший в «Естественной истории ископаемых тел».

В Средневековье были созданы специальные книги о происхождении, магических и целебных свойствах различных камней — лапидарии. Алмаз считался камнем мужества, твердости, даровал победу над врагами, остроту ума, охранял от тоски и колдовства, злых духов.

На раннем периоде истории разработки алмазных месторождений в Южной Африке считалось выгодным разводить домашнюю птицу. Птицы копошились в отвалах горных выработок и, увидев блестящие зерна, проглатывали их. Зоб каждой зарезанной птицы внимательно осматривали, надеясь увидеть драгоценный кристалл. Так в зобе одного голубя, убитого на территории алмазного месторождения, было выявлено 23 алмаза массой 5,5 карата. В российских газетах второй половины XIX в. сообщалось об уральской курице, которая «снесла» бриллиант.

Подделки бриллиантов, которые внешне трудно отличить от настоящих камней, изготавливаются из свинцового стекла с конца XVIII века. Они известны под названием «стразы».

[править] Структура алмаза

Элементарная ячейка кристаллической структуры алмаза

Элементарная ячейка пространственной кристаллической решетки алмаза является гранецентрированным кубом с 4 дополнительными атомами, расположенными внутри куба, на 1/4 больших диагоналей. Размер ребра элементарной ячейки а0 = 0,357 нм (при t = 250 °C и Р = 1 атм). Кратчайшее расстояние между двумя соседними атомами с = 0,154 нм. Атомы углерода в структуре алмаза образуют прочные ковалентные связи с четырьмя соседними атомами, направленные под углом 109° 28' относительно друг друга. Алмаз — один из самых твердых материалов, известных человечеству.

[править] Морфология алмаза

Кристаллы имеют форму октаэдра, ромбододекаэдра, куба и тетраэдра с гладкими и пластинчато-ступенчатыми гранями или округлыми поверхностями, на которых развиты различные акцессории. Характерны плоские, продолговатые и сложные кристаллы простой и комбинированной форм, двойники роста и прорастания, параллельные и произвольно ориентированные сростки.

[править] Химический состав

В алмазе присутствуют примеси Si, Al, Mg, Ca, Na, Ва, Mn, Fe, Cr, Ti, В, Н, N, O, Аr и др. элементов. Азот является главной примесью, больше всего влияющей на физические свойства алмаза. Кристаллы алмаза, непрозрачные к УФ излучения, называются алмазами I типа; все остальные принадлежат к типу II. Содержание азота в большинстве кристаллов алмаза, принадлежащих к типу II, составляет около 0,25 %. Реже встречаются безазотные алмазы, относятся к типу II, в которых примеси азота не превышают 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 УФ, видимой, инфракрасной и микроволновой областях, характер рассеяния рентгеновских лучей и др.

[править] Физические свойства

Схематический геологический разрез кимберлитовой алмазоносной трубки

Большая часть алмазов встречается в природе в виде отдельных хорошо сформированных кристаллов или их обломков. Преобладают октаэдры, ромбододекаэдры и кубы, а также их комбинации. Это кристаллы с ровными плоскими гранями. Иногда встречаются округлые поверхности, округлые кристаллы, в некоторых месторождениях они даже преобладают. Часто кристаллы алмаза срастаются, или будто прорастают друг в друга, образуя соответственно так называемые двойники роста и прорастания.

Крупность зерен. Обычно размеры алмазных зерен — от долей миллиметра до 0,5-1 см в поперечнике, но встречаются и очень крупные кристаллы.

Плотность алмаза составляет 3,5-3,53 г/см³. Алмазы могут быть бесцветными или с едва заметным оттенком, а также ярко окрашенными в желтый, коричневый, розово-сиреневый, зеленый, голубой, синий, молочно-белый и серый (до черного) цвета. При облучении заряженными частицами алмаз приобретает зеленый или голубой цвет. Обратный процесс — превращение окрашенного алмаза в бесцветный — так и не удалось провести. Поверхность алмазов из древнейших месторождений (возраст которых превышает 1 млрд лет) имеет зеленую окраску, которая исчезает при механической обработке кристалла.

Большинство природных алмазов бесцветные, но бывают камни самых разнообразных цветов и оттенков. Чаще всего встречаются алмазы со слабым желтоватым оттенком, а также зеленоватые. В месторождениях Южной Африки попадаются бурые алмазы; за счет значительных примесей аморфного углерода они могут приобретать совершенно черный цвет. Розовые, рубиново-красные и синие алмазы очень редки. Есть алмазы сапфирово-синего цвета, но это — явление исключительное, и ценятся они очень высоко.

Для алмаза характерны сильный блеск, высокий показатель преломления (n = 2,417) и сильно выраженный эффект дисперсии (0,063), что дает разноцветную игру света в бриллиантах. Как правило, в кристаллах алмаз проявляет аномальное двупреломление из-за напряжения, которое возникает в связи со структурными дефектами и включениями. Кристаллы алмаза прозрачные; полупрозрачные или непрозрачные в зависимости от насыщенности микроскопическими включениями графита, других минералов и газово-жидких вакуолей. При освещении УФ лучами значительная часть прозрачных и полупрозрачных кристаллов алмаза люминесцируют синим, голубым и реже желтым, желто-зеленым, оранжевым, розовым и красным цветами. Кристаллы алмаза (за редким исключением) люминесцируют под действием рентгеновских лучей. В алмазах проявляется также электро-, трибо- и термолюминесценция.

Прочностные свойства. Относительная твердость алмаза за шкале Мооса составит 10. Алмаз очень хрупкий, имеет совершенную спайность по грани (111). Модуль Юнга — 0,9 ТПА.

Чистая поверхность алмаза имеет высокую гидрофобность (краевой угол — 105—104°), но в природных условиях алмаз покрывается тонкими пленками, повышающие его гидрофильность. Алмаз с чистой поверхностью гидрофобный, то есть не смачивается водой.

[править] Использование

Используют алмазы для изготовления, абразивных и режущих инструментов, при бурении, в ювелирном деле. Массу алмазов измеряют в каратах.

[править] Литература

  • Малая горная энциклопедия: в 3 т. / под ред. В. С. Белецкого. — Донецк: Донбасс, 2004. — ISBN 966-7804-14-3
  • Украинская советская энциклопедия: в 12 т. / под ред. Н. Бажан. — 2-е изд. — Киев: Гл. редакция УСЭ, 1974—1985.
  • Алмазные месторождения Якутии. Науч. ред. акад. В. С. Соболева. М., 1959;
  • Трофимов В. С. Ресурсы алмазов в зарубежных странах. М.-Л., 1947. (Минеральные ресурсы зарубежных стран. В. 7.).
Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты