Алмаз.
Легенди та дійсність
Розрахунково-пояснювальна
записка до курсового проекту з дисципліни «Концепція сучасного
природознавства »студентки I курсу інституту національної та світової економіки групи? 2 Колобекова Алла
Володимирівна
Міністерство загальної та професійної освіти Російської
Федерації
Державна Академія Управління імені С. Орджонікідзе
Інститут національної та світової економіки
Москва
1998
Розум людський
відкрив багато дивовижного в природі і відкриє ще більше, збільшуючи тим свою
владу над нею.
В. І. Ленін
«Матеріалізм і емпіріокритицизм»
Кристали
зустрічаються нам всюди. Ми ходимо по кристалів, будуємо з кристалів,
обробляємо кристали на заводах, вирощуємо їх у лабораторіях, широко
застосовуємо в техніці і науці, їмо кристали, лікуємося ними ...
Що ж таке
кристали?
У землі іноді
знаходять камені такої форми, як ніби їх хтось ретельно випилювали, шліфував,
полірував. Це багатогранники з плоскими гранями і прямими ребрами. Правильні та
досконалі форми цих каменів, бездоганна гладкість їх граней вражають
нас. Важко повірити, що такі ідеальні багатогранники утворилися самі, без
допомоги людини. Саме ці камені з природного симетричною багатогранною формою
і називаються кристалами.
Кристали,
залягають в землі, дуже різноманітні. Розміри їх досягають часом
людського зросту. Зустрічаються кристали-пелюстки тонше папери і
кристали-пласти в кілька метрів завтовшки. У музеї Гірничого Інституту в
Санкт-Петербурзі зберігається кристал гірського кришталю висотою близько метра і вагою
більше тонни, який багато років служив тумбою біля воріт одного з будинків в
Свердловську.
Багато кристали
ідеально чисті й прозорі, як вода. Недарма кажуть: «кристально чистий».
Чеська
письменник Карел Чапек у своїх «Записках з Англії» пише: «... Є кристали
величезні, як колонада храму, ніжні, як цвіль, гострі, як шипи; чисті,
блакитні, зелені, вогняні, чорні; математично точні, досконалі, схожі
на конструкції навіжених, примхливих вчених ... Є кристалічні печери,
жахливі бульбашки мінеральної маси ... І в людині таїться сила
кристалізації ...»
Розглянемо
кристали різних речовин. Як відрізнити їх один від одного? За кольором? По блиску?
Ні, це ознаки ненадійні. Наприклад, кристали кварцу можуть бути
безбарвними, золотистими, коричневими, чорними, бузковими, ліловими. У музеї в
Санкт-Петербурзі зберігається колекція кристалів природного корунду сорока
різних кольорів і відтінків: Криваво-червоний рубін, блакитному-синій або блакитний
сапфір, безбарвний лейкосапфір, чорний наждак-все це один і той самий мінерал
корунд або окис алюмінію.
Придивившись до
кристалам уважніше, неважко побачити їх набагато більш характерну
особливість: кристали різних речовин відрізняються один від одного своїми формами.
Давно минули ті
часи, коли вважали, що кристали - це тільки природні багатогранники,
і тому думали, що кристали зустрічаються рідко, вважали їх грою природи.
Кристали не треба спеціально шукати. Навпаки, не знайдеш таких металів і
майже не зустрінеш таких каменів, які не були б кристалічними. Але в
здебільшого камені і метали - це полікристалів, тобто зростки багатьох
дрібних кристалічних «зерен», і в цих зростків вже невиразні багатогранні
форми окремих монокристалів. Та й не тільки невиразні: цих форм просто
немає, і не виростає монокристальна зерно багатогранників тому, що з усіх
сторін тіснять його такі ж монокристали. Тому в обрисах зерна вже не
залишається слідів багатогранника.
Нерідко
утворюється поликристалл настільки дрібнозернистий, що ні в лупу, ні в мікроскоп
не можна розрізнити в ньому окремі кристали. Як же переконатися в його
кристалічному будові? Який же самий характерний, самий основна ознака
кристала?
Відповідь говорить:
сама характерна особливість кристала - це його атомна структура,
правильне, симетричне, закономірне розташування атомів.
Кристали
побудовані правильно, строго закономірно. І в них теж атоми, іони, молекули не
знаходяться у спокої, але частки не стикаються один з одним, тому що всі вони
розташовані правильним строєм і кожна може коливатися близько певного
положення. Ці правильні ряди часток у просторі, тривимірні решітки з
атомів, що утворюють кристалічну структуру.
Структура всіх
кристалічних речовин періодична і закономірна. У всіх кристалах частинки
шикуються симетричними правильними рядами, плоскими сітками, тривимірними
гратами.
У всіх
кристалах, у всіх твердих речовинах частинки розташовані правильним чітким
ладом, збудовані симетричним, що повторюється візерунком. Поки є цей порядок --
існує тверде тіло, кристал. Порушено порядок, розсипався лад часток --
значить, кристал розплавився, перетворився в рідину або випарувався, перейшовши в
пар.
Однаковим чи
порядок, лад атомів у різних твердих тілах? Звичайно, ні. Природа нескінченно
різноманітна і не любить повторень. Строй атомів заліза зовсім не схожий на
будівництво атомів в кристалі льоду. У кожному речовині є саме свій,
характерний візерунок і порядок розташування атомів. І від того, який цей порядок,
залежать властивості речовини. Одні й ті ж атоми одного «сорту», розташовуючись
по-різному, утворюють речовини зовсім різних властивостей.
Подивимося,
наприклад, на атоми вуглецю.
Сажа або
кіптява, - м'який чорний порошок, що збирається на дні каструлі або в пічної
трубі, - це вуглець.
Вугілля,
деревний або кам'яний, - це теж вуглець.
Графіт, м'який
стрижень олівця, витримує дуже високі температури, це кристал,
складений з атомів вуглецю.
Є й інша
форма кристалів вуглецю - алмаз, найдорожчий і найкрасивіший з
дорогоцінних каменів. Алмаз дуже твердий, твердіше всіх каменів на Землі. Їм можна
різати, шліфувати і свердлити будь-які тверді камені і метали.
Важко
повірити, що алмаз і графіт складені з одних і тих самих атомів вуглецю. Графіт
м'який, непрозорий, чорний. Алмаз - твердий, прозорий, іскриться усіма
кольорами веселки. Графіт вогнетривкий, алмаз легко горить.
Структура кристалу
визначає властивості речовини і його форму. А правильна багатогранна форма - це
наслідок атомної структури. Плоскі грані кристала відповідають плоским сіток
кристалічної решітки, гострі прямі ребра - рядами атомів у решітці.
Кожне
кристалічна речовина можна відрізнити від іншого за його атомної структурі. У
одних кристалах грати дуже прості, в інших - складні. У різних речовинах
різні відстані між частинками в решітці. Але всі ці відстані дуже
малі, це стомільйонний частки сантиметри (Ангстрема).
У всіх
кристалічних речовинах атоми, іони, молекули утворюють симетричні ряди,
сітки і грати. Правильне повторюється розташування частинок обов'язково для
кристалів, вона є їх основною рисою, що відрізняє їх від некрісталлов.
На запитання, що ж таке кристали, відповідь така: кристали - це речовини, в
яких складові їх частки розташовані строго періодично, утворюючи
геометрично закономірну кристалічну структуру.
Кристалічна
структура виявлена не тільки в природних багатогранника каменів, в
кристалічних гірських породах і в металах, але і в дуже багатьох інших тілах.
Вже на що, здавалося б, глина не схожа на кристали, але й вона складається з
найдрібніших кристалічних частинок. Навіть у таких речовинах, як людські
кістки, волосся, волокна вовни, шовк, виявлено кристалічну будову.
Величезне
більшість твердих речовин на Землі є кристалічними. Тільки
кристали - здебільшого не ті прекрасні багатогранники, якими ми милуємося
в музеях, а крихітні, часом невидимі оком зернятка. Проте внутрішнє
будову цих непоказних зерен настільки ж красиво і дивно закономірно, як
і будова чудових великих багатогранників.
Із самих ранніх
часів людської культури люди цінували красу коштовних каменів.
Алмаз! Це
назва відома кожному. З ним асоціюються уявлення про незрівнянному
блиску і неперевершеною твердості. З другою властивістю пов'язана і назва
мінералу, яке відбувається або від арабського слова «ал-мас» ( «твердий») або
від грецького «адамас» ( «нездоланний, незламний»).
Алмази здавна
використовувалися як самих вишуканих прикрас і велике валютне
значення. Прозорі безбарвні або красиво забарвлені кристали алмазу,
придатні для ограновування, є дорогоцінним камінням 1-го класу, так само як
сапфір, рубін, смарагд, олександрит, евклаз. Ювеліри поділяють алмази майже на
1000 сортів залежно від прозорості, тони, густоти і рівномірності
забарвлення, наявності тріщин, мінеральних включень і деяких інших ознак.
З кінця XIX століття алмази починають застосовуватися на
виробництві. В даний час економічний потенціал найбільш розвинених
держав значною мірою зв'язується з використанням ними алмазів.
Досить нагадати, що за оцінками західних економістів промисловий
потенціал США у разі відмови від імпорту алмазів впаде в 2-3 рази. Застосування
алмазного інструмента істотно підвищує чистоту обробки деталей, а
продуктивність праці зростає при цьому в середньому на 50%.
Масу алмазів
прийнято вимірювати в каратах. Каратом в Древній Греції називали насіння ріжкового
дерева, які за формою нагадують велику горошину. Після висушування насіння мали
порівняно постійну масу - від 150 до 220 мг.
В
промисловості використовуються переважно алмази, непридатні для огранювання:
непрозорі, з численними включеннями, тріщинами, дрібнозернисті зростки,
алмазна крихта і т.п. Єдиної класифікації технічних алмазів не існує,
оскільки кожна галузь промисловості висуває свої вимоги до їх
сортування.
Які ж
властивості алмазу визначають його широке застосування в різних галузях
народного господарства? У першу чергу, звичайно, виняткова твердість,
яка, якщо судити по швидкості стирання, в 50 разів вище, ніж у корунду, і в
десятки разів вище, ніж у кращих сплавів, які використовуються для виготовлення різців.
Алмаз застосовується для буріння гірських порід і механічній обробці самих
різноманітних матеріалів.
Буріння свердловин
в товщах гірських порід, що складають земну кору, в широких масштабах застосовується
при пошуку та розвідки родовищ корисних копалин, а також при
експлуатації нафтових і газових покладів. Не обійтися без буріння і при
виконання всіляких вибухових і інженерно-геологічних робіт,
попередніх зведенню великих будинків, гребель і багатьох інших об'єктів.
У технічному
відношенні найбільш досконалим є обертальний алмазне буріння, яке
здійснюється висвердлюванням свердловин у товщі гірських порід за допомогою бурових
коронок, армованих алмазами. Коронки, армовані алмазами, підвищують
швидкість буріння в 8-15 разів у порівнянні з бурінням, заснованим на застосуванні
твердосплавних або дробових коронок.
Найкращими
алмазами для буріння вважаються тонкозернисті щільні карбонад, оскільки вони володіють підвищеною твердістю
і найменш схильні розколюванню. На другому місці стоять кулясті балласи і
невеликі монокристали алмазу округлої форми. На виготовлення бурових коронок
щорічно витрачається близько 0.6 тонни каміння, що становить приблизно 10%
загальної кількості видобуваються у світі технічних алмазів.
Застосування
алмазних різців і свердел на обробці кольорових і чорних металів, твердих і
надтвердих сплавів, скла, каучуку, пластмас та інших синтетичних речовин
дає величезний економічний ефект у порівнянні з використанням
твердосплавного інструменту. Надзвичайно важливо, що при цьому не тільки в
десятки разів підвищується продуктивність праці, але водночас значно
поліпшується якість продукції. Оброблені алмазним різцем поверхні не
вимагають шліфування, на них практично відсутні мікротріщини, в результаті
чого багато разів збільшується термін служби одержуваних деталей.
Цілком
незамінні алмази при виточування опорних рубінових каменів, що використовуються в
вартових і багатьох інших точних механізмах, а також при виправлення шліфувальних
кіл.
Практично всі
сучасні галузі промисловості, у першу чергу електротехнічна,
радіоелектронна та приладобудівна, у величезних кількостях використовують
тонку дріт, що виготовляється з різних металів. При цьому пред'являються
суворі вимоги до кругової формі і незмінності діаметра поперечного перерізу
дроту при високій чистоті поверхні. Така дріт з твердих металів
і сплавів може бути виготовлена лише за допомогою алмазних фільєру. Філ'єри
являють собою пластинчасті алмази з просвердленими в них найтоншими (від
0.5 до 0.001 мм) отворами.
Широке
застосування в промисловості знаходять і алмазні порошки. Їх отримують шляхом
дроблення низькосортних природних алмазів, а також виготовляють на спеціальних
підприємствах з виробництва синтетичних алмазів. Алмазні порошки
використовуються в дискових алмазних пилах, мелкоалмазних бурових коронках,
спеціальних напилок і як абразив. Тільки з застосуванням алмазних
порошків вдалося створити унікальні свердла, які забезпечують отримання
тонких глибоких отворів у твердих і крихких матеріалах. Такі свердла
( «Алмазні жала») дозволяють висвердлюють, наприклад, у склі отвори
діаметром 2 мм і довжиною до 850 мм!
Алмазні
порошки знаходять застосування на гранувальних фабриках, де всі самоцвіти, і в тому
числі алмази, піддаються ограновування і шліфовки, завдяки чому непоказні до
цього каміння стають таємниче світяться або сліпуче блискучими
коштовностями, на неповторній красі яких ніхто не залишається байдужим.
З 50-х років
увагу вчених і конструкторів починають залучати інші фізичні властивості
алмаза. Відомо, що, потрапляючи в кристал, швидкі заряджені частинки вибивають
електрони з його атомів, тобто іонізують речовина. У алмазі під дією
зарядженої частинки відбувається світлова спалах і виникає імпульс струму. Ці
властивості дозволяють використовувати алмази в якості детекторів ядерного
випромінювання. Савчин алмазів і виникнення імпульсів електричного струму при опроміненні
дозволяє застосовувати їх у лічильниках швидких частинок. Алмаз як такого
лічильника має незаперечні переваги у порівнянні з газовими та іншими
кристалічними приладами.
Кристали
алмаза, що застосовуються в якості лічильників, вкрай рідкісні, тому ціна їх
значно вище, ніж у рівних за величиною ювелірних каменів. Деякі
кристали алмазу є напівпровідниками p-типу в широкому діапазоні температур і
тисків.
Використання
алмазів в напівпровідникових і деяких оптичних приладах, а також у
лічильниках ядерного випромінювання досить перспективно, оскільки такі прилади
здатні працювати в самих різних умовах, включаючи області низьких і високих
температур, сильні електромагнітні і гравітаційні поля, агресивні середовища і
т.п. Отже, засновані на алмазах прилади можуть виявитися незамінними
при космічних дослідженнях, а також при вивченні глибинної будови нашої
планети.
Алмазу з
незапам'ятних часів приділялося особливе місце серед представників мінерального
царства. Винятковість властивостей алмазу породжувала безліч легенд, в яких
поряд з найчистішим вимислом зустрічалися і опису деяких реальних властивостей
каменю.
В Індії, де
багато століть тому були знайдені перші алмази, накопичувалися і узагальнювались
відомості про властивості кристалів алмазу і його родовищах. Однак жерці з
релігійних і політичних, а купці з комерційних міркувань перешкоджали
поширення цих відомостей й міняли їх всякого роду містичними толками
і забобонними вигадками.
На думку
стародавніх індусів, алмази утворюються з «п'яти почав природи»: землі, води, неба,
повітря та енергії. При цьому алмази, як і люди, поділялися на чотири класи
(Варни): «брахманів», «кшатріїв», «Вайшії» і «шудр». «Брахманами» називалися
безбарвні і білі, як великого граду, кольору «сріблястих хмар і місяця»
шестівершінние або октаедричні кристали алмаза, що вважалися вищим ступенем
досконалості. Алмази з червоним відтінком ставилися до «кшатрія»,
зеленуваті- До «Вайшії», а сірі-к «шудри». «Кшатрії» оцінювалися в 3/4,
«Вайш'ї» - в 1/2, а «шудри» - в 1/4 вартості «брахманів».
Багато
індійські і, очевидно, арабські легенди про алмазі були повторені на початку
нашої ери в роботі давньоримського натураліста Плінія Старшого
«Природна історія копалин тіл». Поряд з легендами і забобонами Пліній
наводить досить точні характеристики деяких властивостей алмазу. Так, у
Зокрема, він описує використання алмазів при обробці інших твердих
матеріалів і зазначає, що сам алмаз може бути оброблений тільки іншим
алмазом. Протягом наступних століть погляди Плінія вважалися непорушними
і переходили з одного трактату в іншій, набуваючи все більшим числом
фантастичних вигадок.
У середні віки
було складено навіть спеціальні книги про походження, магічних та лікувальних
властивості різних каменів - лапідарії.
Такого ж роду
«Лікувальні» книги друкувалися і в Росії. Одна з них, опублікована в 1672
році, називалася «Книга, глаголемо« Прохолодний вертоград », обрана від багатьох
мудреців про різні врачевскіх речі, до здорового людського прістоящіх ».
Певною
казці про подорожі Сінбада - мореплавця розповідається про хитромудрий спосіб
видобутку алмазів. Десь в далекій країні є надзвичайно глибоку ущелину, дно
якого всіяно алмазами. Доступ до скарбів перегороджують незліченні полчища
величезних змій. Однак люди знайшли спосіб витягати дорогоцінні камені і звідси.
Для цього з навколишніх гір вони скидали в ущелину великі шматки м'яса. Алмази
прилипали до м'яса, і величезні орли несли його в свої гнізда. Сміливі шукачі
добиралися до орлиних гнізд і збирали блискучі кристали.
Випадково чи
ні, але в цій казці є два моменти, які пов'язуються з практичними
даними. Одним з них є здатність алмазу прилипати до жирів, а друга --
«Посередницька» роль птахів при видобутку алмазів. Будь-які достовірні відомості
про це в давньоіндійських джерелах відсутні, але ми маємо в своєму розпорядженні
численними і цілком достовірними даними, що відносяться до XIX століття. На ранньому періоді історії алмазних
розробок в Південній Африці вважалось вигідним розводити домашню птицю. Птахи
рилися у відвалах гірських виробок і, побачивши блискучі зерна, ковтали їх.
Зоб кожної
зарізаного птиці ретельно оглядали, сподіваючись знайти дорогоцінний кристал.
Надії ці іноді виправдовувалися. Так, наприклад, документально
засвідчено, що в зобу одного голуба, вбитого на території алмазного
рудника, було виявлено 23 алмазу масою 5.5 карата.
Знайшла відображення
в легендах і виняткова твердість алмазу. Пліній відзначає «невимовну»
твердість каменю, який «так чинить опір ударам на ковадлі, що залізо з
обох сторін розлітається і сама ковадло розтріскується ».
Очевидно, що
римський вчений не розрізняв твердості і міцності речовин. Якщо б він перевірив
справедливість свого твердження і, поклавши алмаз на ковадло, ударив по
нього молотком, то втратив би своєї коштовності, оскільки камінь розлетівся
б на шматки.
У китайських
легендах, що відносяться до IV століття н. е.., розповідається, що в королівстві Фу-Нан видобувають
алмази, які можуть різати яшму. За своїм виглядом вони нагадують плавиковий
шпат і ростуть подібно сталактитами, на дні моря, на глибині сотень метрів. Плавці
пірнають за ними вранці і випливають тільки до кінця дня. При ударі по алмазу
молотком алмаз залишається неушкодженим, а молоток розколюється. Однак якщо
удар завдати баранячим рогом, то алмаз розламався, як лід. Очевидно, що
автори цієї легенди безладно змішали властивості декількох мінералів: алмаза,
перлів і кальциту.
Легенди про
алмазі та інших дорогоцінних каменях включалися до деяких художні
твору. Дуже поетичні описи самоцвітів у творах
А. І. Купріна. Про алмаз говориться, що він «цар всіх каменів-камінь Шамір.
Греки називають його адамас, що означає-нездоланний. Він залишається неушкодженим в
самому сильному вогні. Це світло сонця, згусле в землі і охолоджений
часом. Він грає всіма кольорами, але сам залишається прозорим, наче крапля
води. Він сяє у темряві ночі, але навіть днем втрачає своє світло на руці вбивці ».
Вигадки і
легенди про шляхи освіти алмазу народжувалися не лише на початку ери і в середні
століття.
У 1877 році в журналі
«Кругозір» була опублікована замітка наступного змісту: «Про походження
алмазу є лише смутні припущення. Він утворився, ймовірно, серед
первісних порід, але його знаходять винятково серед нанесених каменів і в
річковому піску новітнього освіти. Тому немає можливості визначити, яким
шляхом утворився алмаз-сухим, мокрим або органічним. Найвідоміший хімік
нашого часу Ю. Лібіх припускав, що алмази-продукти гниття. «Це було би дивовижним актом творчості
природи, якби продуктом смерті і розкладання був як Фенікс яскраво
блискучий алмаз. Але все це лише припущення. Природа ще береже свою
таємницю, але, звичайно, лише тимчасово ».
Сьогодні ми з
повною підставою можемо сказати, що остання фраза стала пророчою. Менш
ніж за сто років не тільки розгадали таємницю освіти природних алмазів, але й
навчилися виготовляти синтетичні алмази в необмеженій кількості.
Природні
алмази в «сирому» вигляді досить непоказний. У більшості випадків вони
являють собою порівняно дрібні (1-5 мм в діаметрі) зерна з тьмяною
матовою або шорсткою поверхнею, нерідко покриті плівками, корочками і
прімазкамі сторонніх речовин (бурих гідроксілов заліза і т. п.). І навіть
добре освічені прозорі кристали алмазу з гладкими поверхнями граней
не володіють блиском і «грою», настільки типовими для дорогоцінних каменів, і
тому зазвичай не привертають уваги неспеціалістів.
Переважна
частина алмазів зустрічається у вигляді відокремлених кристалів; у всіх
родовищах присутні зростки, утворені декількома маленькими
кристаликами, а також мікро - і приховано - кристалічні агрегати, складені
сотнями тісно зрощених дрібних зерен.
Відокремлені
кристали алмазу вражають різноманітністю форм і складністю скульптурних
утворень на гранях. Найбільш характерною формою алмазних кристалів є
восьмигранник (октаедр). Рідше зустрічаються алмази, що мають форму куба, ромбододекаедра
і деякі інші. Перераховані форми обмежені плоскими або
плоскоступенчатимі гранями.
Поряд з
плоскограннікамі у всіх родовищах наявні, а іноді і переважають
кристали з опуклими викривленими гранями. Крівогранние алмази, як правило,
мають 12 граней. На відміну від схожих плоскогранних форм, вони називаються
додекаедроідамі. У незначній кількості серед крівогранних алмазів
зустрічаються октаедроіди і кубоіди.
Крім
зазначених крайніх типів у будь-якому родовищі незмінно присутні всі
перехідні різновиди від плоскогранних до крівогранним кристалів алмазу.
Перетворення плоскогранних октаедрів в додекаедроіди починалося з притуплення і
поступового округлення вершин і ребер кристалів. У міру розвитку процесу плоскі
октаедричні грані поступово заміщалися кривими поверхнями,
центральні зони яких розташовувалися на місці ребер октаедра. Такі
поверхні мають вигляд опуклих ромбів з неясно вираженим перегином по короткій
осі.
По вопросу
походження крівогранних округлих кристалів алмазу існують дві точки
зору.
Згідно з однією
з них, алмази кристалізувалися у вигляді плоскогранніков, а в подальшому через
зменшення тиску частково розчинялися. У кристалів всіх речовин вершини і
ребра розчиняються швидше, ніж межі, що призводить до округлення. Багато
вважають, що крівогранние форми виникають в процесі росту алмазів.
Уявлення про походження округлих алмазів в результаті часткового розчинення
первинних плоскогранних форм, відповідно до книги Орлова Ю. Л. «Мінералогія алмаза»,
найбільш обгрунтовані теоретично і підтверджуються експериментальними даними.
Поверхня як
плоскогранних, так і крівогранних алмазів рідко буває гладенькою.
Майже завжди вона покрита численними поглибленнями, горбиками, штрихуванням,
кільцевими і ступінчастими виступами, які розсіюють світло, обумовлюючи
тьмяний або скляний блиск більшості природних алмазів у їх природному
вигляді.
Колір алмазів
змінюється в широких межах і має велике значення при оцінці ювелірних, а
іноді і технічних каменів. Найбільш звичайні безбарвні, жовті, бурі, сірі та
чорні алмази. Рідше зустрічаються різновиди з зеленуватими, блакитними і
рожевими відтінками. Камені чистих яскравих тонів синього, зеленого і червоного
кольору дуже рідкісні.
Забарвлення у
багатьох кристалів розподілена не рівномірно, а концентрується на окремих
ділянках. При нагріванні деяких бурих алмазів вони набувають золотистий
відтінок, а блідо-рожеві стають густо-рожевими. Правда, через нетривалий
час первинне забарвлення відновлюється. Поверхня каменів самих
стародавніх (более1-1.5 млрд. років) родовищ мають зелене забарвлення, яка
зникає при механічній обробці кристала. Виникнення зеленої «сорочки»
на алмазах пов'язано з тривалим впливом на них радіоактивного
опромінення. Освіта темно-зеленою оболонки на безбарвному ядрі кристала
алмазу під впливом радіації спостерігалося і в лабораторних умовах.
Більшість
алмазів, що здобуваються представлено кристалами, розміри яких обчислюються
першими міліметрами. Маса кожного з них не перевищує 1 карата. Разом з тим
зустрічаються алмази, маса яких
досягає декількох сотень, і навіть
тисяч карат. Такі камені - велика рідкість, і кожному великому (понад 50 карат)
алмазу присвоюється назва.
Уявлення про
зустрічальності великих каменів і їх частки в загальному обсязі продукції алмазних
родовищ дає таблиця1.
Рудник
Середня вага великих кристалів, карат
Відношення загальної маси до загальної продукції,
%
Число великих кристалів на 100000 карат
«Кімберлі»
17.7
11.3
638
«Де Бірс»
18.7
11.6
620
«Дютойтспен»
20.1
17.1
846
«Бюлтфонтейн»
15.0
0.9
58
«Весселтон»
15.8
2.1
135
Слід
відзначити, що копальні поля «Кімберлі» характеризуються досить високим
вмістом великих кристалів, причому частота зустрічальності великих каменів у
окремих копальнях цього поля розрізняється в 20 разів. Значно рідше великі
алмази зустрічаються в інших районах. Як приклад можна вказати
родовища в штаті Мінас-Жерайс, Бразилія, де дуже рідко зустрічаються
камені масою понад 7-8 карат. Не випадково тут за часів рабства існував
звичай відпускати на свободу невільника, який знайшов алмаз більше 17.5 карата.
При оцінці
алмазів масою більше 1 карата з другої половини XVII і до кінця XIX століття використовувалося правило Таверньє,
згідно з яким вартість алмазів обчислювалася як добуток квадрата маси
каменя в каратах на прийняту ціну одного карата алмазів даного сорту. При
оцінці виставленої на продаж партії алмазів розрахунки проводилися за
встановленої для даної партії середній ціні за карат.
Для дуже
великих алмазів такий підхід приводив до занадто високими цінами, тому на
рубежі XIX і XX ст. Було запропоновано кілька формул,
що мали на меті наближення розрахункових цін на алмазну сировину до ринкових.
Найбільшого поширення набула формула:
С = 0.5 p ( p +2) Ц
де С - загальна
вартість алмаза; p --
маса кристала в каратах; Ц - ціна за один карат.
Вартість
найбільшого в світі алмазу «Куллінан», маса якого до обробки дорівнювала
3106 каратам оцінюється за способом Таверньє в 290 млн. доларів, а за
вищенаведеної формули в 145 млн. доларів. Таким чином, алмаз, маса
якого всього 621 грам, дорівнює за вартістю 188 т чистого золота!
Алмази з рідкісною
і красивої забарвленням цінуються особливо високо. Так, Павло I купив діамант
червоно-рожевого кольору масою 10 карат за 100000 рублів. Густо-синій індійський
алмаз «Гоппе» масою 44.5 карата є одним з найцінніших діамантів у
світі.
Завдяки
науково-технічному прогресу в другій половині XX століття стало можливим змінювати забарвлення
природних алмазів. Бомбардуванням кристалів алмазу електронами, протонами,
нейтронами і наступною термічною обробкою вдається фарбувати їх в жовтий,
блакитний, зелений, коричневий і димчастий кольору. Опромінені в атомному
реакторі алмази набувають зелений і
коричневий кольори, а вміщені в прискорювач елементарних частинок стають
синіми або блакитними. Залежно від характеру та інтенсивності опромінення зміна
забарвлення може відбуватися тільки в поверхневому шарі або в усьому обсязі
кристала, вона може зникнути через коротке, вона може зникнути через
короткий час або зберігатися без змін роками.
зустрічаються в
природі кристали рідко мають форму правильних багатогранників. Зазвичай їх межі
розвинені нерівномірно, мають тріщини, штрихи, нарости, нерідкі сторонні
включення. Тому в природних кристалах зазвичай немає гри світла і до
винаходу способу ограновування і шліфовки алмазів вони не мали тієї ціни, яку
придбали згодом. За старих часів найбільш цінувалися прозорі октаедричні
кристали алмазу з дзеркально-гладкими гранями. Такими алмазами за переказами була
прикрашена мантія Людовика Святого.
Ще в стародавній
Індії було відмічено, що при терті одного алмазу про іншу грань їх шліфуються і
блиск зростає. Через деякий час в Індії, а пізніше в Італії, Франції та
Бельгії стало застосовуватися ограновування алмазів «майданчиком» або «октаедром». Для
такої найпростішої ограновування бралися природні восьмигранні кристали або
виколювалися блоки відповідної форми з алмазних кристалів іншої форми.
Огранювання полягала в сточуванням протилежних вершинок октаедра до
освіти замість однієї з них нової широкої плоскої грані, званої
«Майданчиком», а на другому місці - невеликий притуплюють грані, відомої під
назвою «калетти».
Надалі
люди старалися обробляти алмаз так, щоб якомога більша кількість променів
світла, падаючих на його грані, зазнавало поверхневе і внутрішнє
відображення. Для цього каменя потрібно було надавати форму багатогранника з
певним взаємним орієнтуванням граней.
Вважається, що
першим серед європейців навчився шліфувати алмази Людвіг Беркем. Він зауважив,
що при терті одного алмазу про іншу вони поліруються. У 1454 році він огранив
свій перший алмаз, який згодом отримав назву «Санси». Після смерті
Беркема секрет шліфовки алмазів був втрачений, але незабаром був знайдений знову.
Справжня
краса, блиск і феєрична «гра» променів світла у алмазів розкривається і
досягається в результаті спеціальної механічної обробки природних
прозорих кристалів, які після цього називаються діамантами. Великі
діаманти називаються солітерами. Обробка полягає в розколюванні або
розпилюванні, подальшої обточуванні та огранювання кристалів з усіх боків для
додання їм особливої форми.
Розколювання
алмазів дозволяє при незначних втратах сировини і невеликих витратах праці
розділяти кристали на частини для більш ефективного їх використання, в
зокрема звільнятися від ділянок кристала з дефектами і сторонніми
включеннями. Ця операція вимагає великої майстерності, тому що навіть при одному
необережному ударі алмаз може бути перетворений на осколки, непридатні для
виготовлення діамантів.
Розпилювання
необхідно для розділення природних кристалів на частини при переробці їх в
діаманти. Воно застосовувалося вже в XVII столітті. У ті часи для розпилювання алмазів використовувався
залізний дріт, шаржований алмазним порошком. Процес розпилювання
крупних кристалів тривав по багато місяців і при цьому витрачалося велике
кількість алмазної крихти. Розпилювання алмазу «Регент», що важив 410 карат,
тривало близько двох років. Пізніше, мабуть в середині XIX століття, з'явилися алмазні пили,
суттєво не відрізняються від сучасних. Як говорить Шафрановскій І. І. В
своїй книзі «Алмази», вони представляють собою тонкий (0.1-0.5 мм) швидко
обертається металевий диск, на ко?? орий подається суспензія з дрібного
алмазного порошку. У XX столітті з'явилися установки для резки алмазів ультразвуком, для
електроерозійної, лазерної і електронної резки кристалів.
Обточування алмазів
- Одна із самих природних операцій в технологічному циклі виготовлення
діамантів. Від неї значною мірою залежить ступінь використання сировини і
якість готових каменів. Мета обточування полягає в тому, щоб надати заготівлі
форму майбутнього діаманта, підготувати його до ограновування і вивести все або хоча б
частина дефектів.
До початку XX століття алмази обточували вручну. Ось як
описує цей процес Єпіфанов В. І. у своїй книзі «Технологія обробки
алмазів в діаманти »:« ... Два алмазу закріплювалися в спеціальних оправках, і
обточування проводилося тертям їх один об одного. Протягом багатьох тижнів і
місяців чоловік з великим зусиллям обточував заготовку для майбутнього діаманта.
Проте у такий спосіб навіть при високій майстерності і працьовитості працівника
забезпечити правильну геометричну форму заготівки було надзвичайно складно ».
На початку XX століття був винайдений верстат для обточування
алмазів, внаслідок чого різко покращала якість обробки і зросла
продуктивність праці. Робочі органи перших верстатів наводилися в обертання
за допомогою ножних педалей, а надалі від електродвигуна. У другій
половині XX
століття істотні зміни зазнає і зовнішній вигляд верстатів.
Огранювання
є завершальним процесом обробки алмазів з метою надання їм
естетичної форми, досягнення характерного для цього мінералу блиску і «гри
світла », а також для усунення тріщин, виколовши та інших поверхневих або
блізповерхностних дефектів. Шліфування полягає в наданні поверхні заготовки
закономірно розташованих граней певної форми, полірування забезпечує
отримання дзеркально-гладкої поверхні на отриманих при шліфовці гранях.
Огранювання по праву вважається найбільш складним і відповідальним процесом при
виготовленні діамантів. Для успішного здійснення його крім знань і досвіду
потрібно ще художній смак. Огранювання проводиться за допомогою швидко
обертового чавунного диска, в поверхню якого втирається алмазний
порошок, розведений в реп'яховому або оливковій олії. При цьому форма отримуваного
багатогранника в цілому і взаємне розташування граней робиться з таким розрахунком,
щоб більша частина що подається світла проникала всередину, але не проходила
наскрізь, а поверталася б назад.
Алмаз не тільки
дуже сильно переломлює і відображає світлові промені, але і володіє ще одним
вельми важливою оптичною властивістю, що обумовлює виняткову красу
цього каменю. Так, якщо для червоного світла показник заломлення складає
2.402, то для фіолетових променів він досягає 2.465. Різниця показників
світлопереломлювання фіолетових і червоних променів (дисперсія) у алмазу в 5 разів
більше, ніж у гірського кришталю, і в 2 рази перевищує відповідну
характеристику кращих стільників стекол. Завдяки високій дисперсії у алмазів
сильно вир
