Унікальний
камінь - унікальні властивості
У наші дні в
середній школі на уроках фізики та хімії учні дізнаються, що такі, здавалося б,
полярні за властивостями і несхожі один на одного речовини, як графіт і алмаз,
насправді є так званими поліморфними модифікаціями одного і того
ж хімічного елемента-вуглецю. Поліморфні модифікації, або поліморфа, --
це речовини, які мають однаковий хімічний склад, але різну
кристалічну структуру.В алмазі атоми вуглецю розміщуються дуже щільно,
причому кожен з них міцно пов'язаний з чотирма оточуючими атомами. У структурі
ж графіту виділяються паралельні плоскі сітки, що складаються з шестикутників
з атомами вуглецю в вершинах. У кожній окремо взятій плоскій сітці (шарі)
зв'язок між атомами вуглецю досить міцна, а між шарами - слабка.
Різницею у кристалічній структурі і пояснюється несхожість властивостей графіту і
алмаза.
Здавалося б, елементарний, всім відомий
факт. Але щоб його встановити, потрібні зусилля таких гігантів науки, як
І. Ньютон, А. Лавуазьє, М. В. Ломоносов, X. Деві і багато другіх.Действітельно, адже
треба було прийти до зовсім парадоксального волі, що алмаз-ця
найбільша коштовність, тверді на землі речовина-в хімічному відношенні
повністю (якщо не враховувати випадкових домішок) аналогічний графіту, деревного
і кам'яного вугілля, сажу, тобто речовин, широко поширеним і далеко не
найпривабливішим за своїм зовнішнім виглядом.
Розглянемо, які ж властивості алмазів,
сукупність яких робить цей камінь унікальним природним об'єктом.
Твердість. Те, що алмаз тверда речовина
на землі, було відомо з незапам'ятних часів. У стародавньому санскритське
вірші йдеться про фаріі (по-санскрітскій-алмаз) так:
Фарія не може дряпати ніякої
Дорогоцінний камінь-
Він дряпає всі камені.
Фарій дряпає фарія ...
Грецькі поети
Гепсоід і Есхіл писали, що адамас (грецька назва алмазу) годиться для
виготовлення шолома Геракла і ланцюгів Прометея, тобто предметів, незламність
яких стала номінальною. Та й сама назва, за різними
версіями, відбувається або від грецького (непреодалімий,
незламний), або від арабського (твердий).
алмазам, як і іншим кристалічним тіл
, властива анізотропія деяких характеристик (тобто варіації цих
характеристик у різних кристалографічних напрямках), у тому числі і
анізотропія твердості, що обумовлено особливостями внутрішньої будови
крісталлов.Твердость змінюється не тільки від межі до межі, а й нерідко в
межах однієї й тієї ж межі до межі, але і нерідко в межах однієї і тієї ж
грані кристала, що необхідно враховувати при обробці алмаза і під час роботи з
алмазам інструментом.Так, при обробці одного алмазу іншим їх слід так
взаємно орієнтувати, щоб обробка проводилася в напрямку найменшою
твердості, а знос алмазного інструменту - в напрямку найбільшою.
Необхідно підкреслити, що межа міцності
на вигин і на стиск в алмаза порівняно низький, тому він досить крихкий
і при різкому і сильному ударі може розколотися. Колеться він за системою
площин, паралельних певним гранях крісталла.В мінералогії таке
властивість називається спайностью.Налічіе площин спайності дозволяє при
обробці алмаза замість зі шліфування відколювати шматочки кристалу, які мають
різні дефекти або заважають наданню необхідної форми діаманту або
якого-небудь технічного виробу з алмаза.С іншого боку, підвищена
крихкість алмазу будучи, безумовно, алмазного
інструменту, обумовлює необхідність його убезпечення від різких несподіваних
ударів. Навіть використання сталевих щипців при сортуванні діамантів вимагає
певної навички, інакше можна легко обламати гострі краї каменів.
Треба відзначити, що в давні часи ці два
властивості алмазів-твердість і міцність - часто не разлічалісь.Рімскій
історик і єство випробувач Гай Пліній Старший писав, що. Проведи Пліній сам такий досвід, він би переконався
, що як раз молот і ковадло в нього б залишились, а дорогоцінний камінь
перетворився на пиль.Мненіе про незламності алмазів під потужними ударами було
широко поширена в давнину, що зафіксовано у письмових документах і
усних легендах різних часів і народів.
Інші фізико-механічні властивості.
Важливе значення
має дуже низький коефіцієнт тертя алмазу по металу на повітрі - всього 0,1
що пов'язано з утворенням на поверхні кристала тонких плівок
адсорбованого газу, що грають роль своєрідної смазкі.Когда такі плівки не
утворюється, коефіцієнт тертя зростає і досягає 0,5-0,55. Низький
коефіцієнт тертя обумовлює виняткову зносостійкість алмазу на
стирання, яка перевищує зносостійкість корунду в 90 разів, а інших
абразивних матеріалів - в сотні і тисячі разів. У результаті, наприклад, при
шліфуванні виробів з твердих сплавів алмазного порошку витрачається в 600-3000
разів менше, ніж будь-якого іншого абразиву.
Для алмазу також характерні найвищий (по
порівняно з усіма відомими в природі матеріалами) модуль пружності і самий
низький коефіцієнт стиснення.
Термічні властивості.
Температура
плавлення алмазу становить 3700-4000 С. На повітрі алмаз згоряє при 850-1000
С, а в струмені чистого кисню горить слабо-блакитним полум'ям при 720-800 С,
повністю перетворюючись в кінцевому рахунку в вуглекислий газ.Прі нагріванні до
2000-3000 З без доступу повітря алмаз переходить в графіт.
Розглянутий мінерал має
винятково високою теплопровідністю, що обумовлює швидке відведення тепла
, що виникає в процесі обробки деталей інструментом, виготовленим з
нього. Крім того, для алмазу характерний низький температурний коефіцієнт
лінійного розширення (нижче, ніж у твердих сплавів і сталі). Ця властивість
алмазу враховується при вставці його в оправу з різних металів та інших
матеріалів.
Оптичні властивості.
Середній
показник заломлення безбарвних кристалів алмазу в жовтому кольорі дорівнює
приблизно 2,417, а для різних кольорів спектра він варіює від 2,402 (для
червоного) до 2,465 (для фіолетового). Здатність кристалів розкладати білий
колір на окремі складові називається дисперсією. Для алмазу дисперсія
дорівнює 0,063. Як показники заломлення, так і дисперсія алмазу набагато
перевищують аналогічні властивості всіх інших природних прозорих речовин, що і
обумовлює в поєднанні з твердістю неперевершені якості алмазів як
дорогоцінних каменів. Висока переломлення в сукупності з надзвичайно сильною
дисперсією викликає характерний блиск відполірованого алмаза, названий
алмазним.
Одним з найважливіших властивостей алмазів є
люмінесценція. Під дією видимого світла і особливо катодних,
ультрафіолетових і рентгенівських променів алмази починають люмінесціровать -
світитися різними кольорами. Рентгенолюмінесценція широко застосовується на практиці
для видобування алмазів з природи.
Електричні та магнітні властивості.
Алмаз відноситься
до ізоляторів: його питомий електричний опір дуже велике. Деякі
кристали, однак, мають низький питомий опір і мають властивості
напівпровідників. Ці алмази, як правило, блакитного кольору. Дуже високо цінуються
і виключно рідкісні. Алмаз відноситься до немагнітних мінералів, але деякі їх
різновиди мають слабкі парамагнітні властивості, які в основному пов'язані з
присутністю домішки азоту. Іноді магнітні властивості надають алмазам і
механічні включення до них магнітних мінералів-магнетитових і ільменіту. Це
необхідно враховувати при витягу алмазів з породи, так як при магнітної
сепарації алмази будуть потрапляти в магнітну фракцію і можуть
бути пропущені.
Забарвлення
Більшість
природних алмазів безбарвно, проте трапляються такі камені найрізноманітніших
кольорів і відтінків. Найчастіше зустрічаються алмази зі слабким жовтуватим
відтінком, а також зеленуваті. У родовищах Південної Африки часто
трапляються бурі алмази; за рахунок значних домішок аморфного вуглецю вони
можуть набувати абсолютно чорне забарвлення. А от рожеві, рубіново - червоні,
рожево-фіолетові і сині дуже рідкісні. Що стосується алмазів сапфірово - синього
кольору, то це, як уже зазначалося, явище виняткове, і цінуються вони
відповідно дуже високо.
Поверхня алмазів з найбільш древніх
родовищ (вік яких перевищує 1 млрд. років) має зелене забарвлення,
яка, однак, зникає при механічній обробці кристала. Вчені
пояснюють виникнення зеленої на алмазах тривалим
впливом на них природного радіоактивного опромінення. Зараз це явище
відтворено експериментально.
У США, Великобританії та ряді інших країнах
штучне фарбування природних алмазів виробляють в лабораторних умовах.
Якщо алмаз електронами з енергією 1МеВ, а потім з
певною швидкістю охолоджувати, то він набуває синюватий колір. Якщо
енергія опромінення досягає 1,5 МеВ, то алмаз стає синьо - зеленим. Відтінок
кольору залежить від тривалості випромінювання. На жаль, штучно
пофарбовані блакитні алмази, на відміну від природних блакитних, не набувають
напівпровідникових властивостей.
При опроміненні нейтронами алмаз забарвлюється в
зелений колір, густина якого також визначається тривалістю випромінювання.
Гамма - промені надають алмазу рівномірну блакитно - зелене забарвлення.
Інші якості
Алмаз - мінерал
досить стійкий. Він не піддається дії найсильніших кислот та їх сумішей
(соляної, сірчаної, азотної, плавикової,), навіть доведених
до температури кипіння. Не реагує він і з лугами. У той же час алмаз
легко окислюється і згорає в суміші соди з розплавленої натрієвої або калієвої селітрою.
Розплавлений карбонати лугів при 1000 - 1200 С також окислюють алмаз. При
нагріванні до 800 С у присутності заліза або сплавів на його основі алмаз
розчиняється, тому алмазні різці не застосовуються при обробці сталі і
чавуну.
Алмаз з чистою поверхнею гідрофобний, тобто
не змочується водою. Из - за цієї властивості він може проникати крізь вологі
шари гравійно - піщаних відкладень і концентруватися разом з мінералами
значно більшої щільності гранатами, ільменіту. Після називають мінералами
- Супутниками алмазу: вони допомагають геологам відшукувати алмазні родовища.
У той же час алмази здатні прилипати до
деяких видів жирів, на чому грунтуються деякі засоби видобутку алмазів з
роздробленою алмазоносних породи.
Форма кристалів
Більша частина
алмазів зустрічається в природі у вигляді окремих добре оформлених кристалів
або їх уламків. Переважають октаедра, ромбододекаедри і куби, а також їх
комбінації. Це кристали з рівними плоскими гранями. Так їх і називають --
плоскограннимі. Рідше зустрічаються крівогранние, округлі кристали, проте в
деяких родовищах вони переважають. Найчастіше кристали алмазу зростаються
один з одним або ж як би один одного, утворюючи
відповідно так звані двійники зрощення і проростання.
Практично у всіх алмазних родовищах
присутні мікро - і скритокрісталліческіе агрегати, складені сотнями тісно
зрощених дрібних зерен алмазу. Бортом зазвичай називають неправильні
дрібнозернисті зростки (з технічної класифікації до борту відносяться також
тріщинуваті монокристалах). Балласи представляють собою кулясті агрегати
радіально - променистого будови, пористе, коксовідное і шлаковідное будову.
Найбільше цінуються масивні карбонад, покриті емалевідной скоринкою, що твердіше
самого алмазного ядра. Карбонад незамінні для виготовлення алмазних бурових
коронок.
Розміри алмазів.
Зазвичай розміри
алмазних зерен варіюють від часток міліметра до 0,5 - 1 см в діаметрі, але
зустрічаються і дуже великі кристали.
Одиницею маси дорогоцінних каменів, у тому
числі і алмазів, є карат. За однією версією, термін "карат''походить від
грецького слова "кератоніа" (маленький ріг). Так називалася що росла в
Середземномор'ї акація, насіння греки якої довгий час використовували як
своєрідних гирьок при зважуванні дорогоцінних каменів. За іншою версією. Слово
"Карат" веде свій родовід від "Куара" - так греки називали коралове
дерево (Erytrina corallodendron). Маса насіння обох дерев дивно постійна і становить
в середньому 205 мг.
Аж до початку ХХ століття в різних країнах
використовувалися карти різної величини. Наприклад, флорентійський карат дорівнював
197,2 мг, мадридський - 205,3, берлінський - 205,4, амстердамський - 205,7,
віденський - 206 мг. У 1914 р. був введений єдиний метричний карат, рівний 200 мг
(0,2 г). У Радянському Союзі він офіційно діє з 1922 р. Алмаз масою в
один карат має діаметр близько 0,5 см
Класифікація алмазів.
Спроби
класифікувати алмази робилися з незапам'ятних часів. Так, стародавні
індуси поділяли алмази, як і людей, на чотири касти: брахмани, кшатрії,
Вайшії і шудри. До брахманам ставилися прозорі високоякісні кристали,
до кшатрія і Вайшії - камені більше низькоякісні алмази сірого кольору.
Відповідно шудри оцінювалися в чверть, Вайшії - на половину, а кшатрії - в
три чверті вартості брахманів.
В даний час існує безліч
класифікацій алмазів, заснованих на різних принципах. В даний час
існує безліч класифікацій алмазів, заснованих на різних принципах.
В одних класифікаційних схемах зроблені спроби врахувати всі властивості алмазів, у
інших - в основу покладено генетичний принцип, тобто уявлення про умови
освіти тих чи інших - груп алмазів. Ювеліри поділяють алмази майже на
тисячі сортів залежно від прозорості, тони, густоти і рівномірності
забарвлення.
Деякі зарубіжні фірми використовують
класифікацію, в основу якої покладено якість і цінність алмазів. У
цій країні прийнята класифікація, де враховується якість алмазів, їх
маса, розмірність і сфера застосування. За якістю виділяється дев'ять категорій
природного алмазної сировини. До категорій 1 і 2 віднесені ювелірні алмази, до
решті-різні сорти технічних. У свою чергу, поділяються категорії
на групи з урахуванням маси і розмірів кристалів, а групи-на підгрупи з
зазначенням галузі використання алмазів.
Діаманти
різного розміру в натуральну величину в каратах:
1 2 3 4 5 6
0,5
1
2
3
5
10
Список
літератури
Для підготовки
даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.ed.vseved.ru/
