Алмаз

алмазЭто свет солнца, сгустившийся в зем­ле и охлажденный временем, он иг­рает всеми цветами радуги, но сам остается прозрачным, словно капля.

А. И. Куприн

Царь камней

Из всех драгоценных камней алмаз удо­стоился высшей чести: во все времена его не уставали воспевать писатели и поэты, уче­ные и художники. Кажется, этот камень со­провождал человека повсюду — упоминание о нем вы найдете в древних санскритских стихах, арабских сказках, греческих мифах, сочинениях римских естествоиспытателей, в старых русских лечебных книгах и в свежем номере журнала или газеты.

алмаз в породеАлмаз в породе

Некоторые исследователи полагают, что алмаз был известен людям уже за три тыся­челетия до нашей эры. Но несмотря настоль давнее знакомство, природу этого камня удалось понять сравнительно недавно.

Еще в XVII веке считалось, что алмаз — родственник прозрачного горного хрусталя (природного кремнезема). Но в следующем столетии было доказано, что в отличие от кремнезема — алмаз горюч!

В 1649 году флорентийские академики поставили знаменитый опыт по нагреванию алмаза в солнечных лучах, собранных в фо­кусе большого вогнутого зеркала. Кристалл исчез, не оставив никаких видимых следов! И участники опыта решили, что он испарился. В последующих экспериментах, вы­полненных весьма тщательно, Лавуазье уда­лось установить, что алмаз при сильном на­гревании и свободном доступе воздуха не испаряется, а сгорает, переходя в газ.

Наконец, в 1814 году Гемфри Дэви, по­вторив вместе со своим ассистентом Майклом Фарадеем опыт флорентийцев, доказал, что алмаз состоит из чистого углерода.

Итак, оказалось, что в природе чистый углерод может существовать в двух кри­сталлических модификациях, в форме графи­та и алмаза. Но структуры кристаллов этих соединений резко отличаются одна от другой. Если у графита она сравнительно «разреже­на», то кристаллическая решетка алмаза на редкость компактна. Здесь каждый атом уг­лерода окружен четырьмя соседями, кото­рые расположены как бы в вершинах вооб­ражаемого тетраэдра — замкнутой геометри­ческой фигуры, образованной в структуре алмаза четырьмя равносторонними треуголь­никами. Все атомы углерода в алмазном кристалле расположены на одинаковом расстоянии друг от друга и связаны между собой очень прочными связями. В этом и кроется секрет особой твердости алмаза, удивлявшей людей еще в древности. Кстати само название камня происходит от грече­ского слова «адамас»,— несокрушимый.

Алмаз состоит исключительно из углеро­да, и все же при сжигании его всегда остает­ся немного золы, иногда до 4,8 процентов от веса камня. Это дают о себе знать примеси, которые попадают в кристалл в процессе его роста. Чистейший, лишенный (или точнее, почти лишенный) примесей алмаз бесцветен. Но микроскопические доли других веществ в его составе разительно меняют окраску: она может стать голубой, зеленой, синей, ко­ричневый, красной, желтой и даже черной.

Алмаз — исключительно стойкое хими­ческое соединение. Даже при нагревании он не растворяется ни в кислотах, ни в любых других сильных растворителях. Разрушить связи между его атомами удается лишь ком­бинированным действием высокой темпера­туры и расплава соды или калиевой селит­ры; а также продолжительным нагреванием при температуре выше 700˚С в среде чисто­го кислорода, или выше 1000° С — при до­ступе воздуха. В вакууме, подвергаясь дей­ствию температуры выше 1200° С, алмаз начинает перекристаллизовываться в графит.

кусок графитаКусок графита

Не менее интересны и другие физические и химические свойства алмазов. Если облучать алмаз рентгеновскими, ультрафиолето­выми или катодными лучами, то он начинает светиться нежным голубым, желтым или зе­леным цветом. Эта способность люминесцировать, кстати, помогает нашим алмазодо­бытчикам в Якутии, когда приходится от­делять драгоценный камень от горной поро­ды.

Для той же цели на алмазных конях Южной Африки используют другое свойст­во этого камня — алмаз не смачивается во­дой, но прилипает к некоторым жировым со­ставам.

При обычном температуре алмазы хоро­шо проводят тепло и плохо — электричество. Это сочетание свойств несколько необычно: вещества, хорошо проводящие тепло, как правило и хорошие проводники электриче­ского тока. Проводимость алмазов сильно возрастает лишь при нагревании выше 1000 градусов.

Наконец стоит упомянуть об исключительных оптических свойствах «царя кам­ней» — ими он обязан высокому показателю преломления света. И это свойство тоже ста­вит алмаз на первое место среди других дра­гоценных камней. Однако широкое призна­ние в технике алмаз приобрел в первую оче­редь благодаря своей необычайной твердо­сти.

Алмаз—это значит «несокрушимый»

Абразивы, обработка металлов, точное приборостроение и часовое дело, бурение гор­ных пород — ни дня, ни часу не обойтись здесь без алмазов!

В точных часовых механизмах и прибо­рах они выполняют роль опор и подшипни­ков для вращающихся осей: благодаря исключительной твердости алмаза трение в таких подшипниках ничтожно. Значит, меньше из­нос частей, а следовательно, прибор или ча­совой механизм работают долго, надежно, точно. Подобного рода приборами оборудуют сейчас самолеты, подводные лодки, корабли… В металлообрабатывающей промышленности несут службу алмазные резцы и сверла, которыми можно быстро и чрезвычайно точно обрабатывать детали из самых твердых спла­вов.

А в волочильной промышленности у кам­ня уже другая роль — алмазные фильеры (это пластинки с просверленными в них тончайшими отверстиями) позволяют протяги­вать сверхтонкую проволоку точного диамет­ра — от 0,001 до 0,2 миллиметра. Алмазные фильеры незаменимы при вытяжке проволо­ки из твердых металлов. И они же незаме­нимы для протягивания нитей особой парашютной ткани.

В качестве абразивного материала алма­зы неизмеримо превосходят такой испытан­ный материал, как карбид бора. Например, при обработке часовых камней из синтетиче­ского корунда один карат алмазного порош­ка (0,2 грамма) заменяет 500 граммов кар­бида бора. Уже говорилось, что алмазы неза­менимы при бурении самых крепких горных пород: алмазные буры служат дольше любых других (и, в конечном счете, повышают ско­рость бурения в 2—3 раза).

О технической службе алмазов можно рассказывать очень долго. Алмаз как драго­ценный камень давно отступил на второй план перед алмазом техническим. И если раньше охотники за алмазами искали только месторождения уникальных драгоценностей, то теперь куда больше сил тратится на ро­зыски месторождений алмаза технического.

В алмазной мастерской природы

До середины XIX века алмазы добывали только в Индии. Но в 1867 году один южно­африканский охотник обратил внимание на блестящий камешек, с которым играли дети на берегу реки Оранжевой. Охотник показал камешек сведущим людям… Так в Южной Африке были открыты россыпные месторож­дения алмазов, а тремя годами позже возле города Кимберли впервые обнаружили и коренное месторождение этих камней. В наши дни алмазы добывают буквально по всему свету.

До недавних пор промышленное значение имели главным образом южноафриканские месторождения — здесь было сосредоточено 95% мировой добычи алмазов и создана крупная алмазная промышленность.

Открытие месторождений в Советском Союзе сразу изменило соотношение сил на мировом алмазном рынке.

По геологическим условиям образования, внешнему облику и минералогическому со­ставу сибирские алмазоносные породы очень похожи на аналогичные породы Южной Аф­рики, которые называют кимберлитами (по имени города, вблизи которого они впервые были обнаружены). Этот термин стал теперь общепринятым для всех известных коренных алмазных пород.

В алмазноносных кимберлитах всегда есть определенная группа минералов — спут­ников алмазов, среди которых встречаются одна разновидность гранатов — пиролы.

В кимберлитах пиропов в тысячи раз боль­ше, чем алмазов; они обладают ярким крас­ным цветом, и их легко обнаружить среди других минералов. Именно находки пиропов были той путеводной нитью, которая приве­ла советских геологов к первой кимберлитовой трубке в долине реки Далдын в Якутии. Эта трубка получила название «Зарница», позже в долине той же реки была обнаруже­на трубка «Удачная», тот же метод поиска за­вершился открытием богатейших месторож­дений алмазов в трубках «Мир» и «Айхал».

До сих пор в науке идут споры о том, как в природе рождаются алмазы, каково проис­хождение алмазов в кимберлитах. Большин­ство гипотез объединяет одно общее мнение, что алмазы возникли глубоко в земных нед­рах в условиях очень больших температур и сверхвысоких давлений, а затем в результа­те вулканической деятельности они были вы­несены магмой на поверхность. Существует также точка зрения, что алмазы «появились на свет» непосредственно в кимберлитовом теле — когда магма, насыщенная газами и парами, поднималась по трещинам в породах и заполняла их, па какой-то небольшой глу­бине происходил взрыв и под действием высоких давлений и температур углерод в со­ставе магмы кристаллизовался в алмазы.

Выдвигаются и другие гипотезы об обра­зовании алмазов в природе. В частности, предметом оживленной дискуссии служит предположение, что алмазы образовались в процессе формирования кимберлитовых тру­бок как результат химических реакций оливина и ильменита с известняками…

Алмазы, встречаемые в природе, как пра­вило, невзрачны на вид. Поверхность у них матовая, шероховатая, одетая иногда в «рубашку» из другого вещества. Только тща­тельный осмотр помогает распознать в этих находках драгоценное «зерно». Конечно, попадаются иногда прозрачные, блестящие кри­сталлы. Но это бывает не так уж часто.

Поражает самая разнообразная, порой причудливая форма этих кристаллов — обыч­но, какой-нибудь вариант плоскостных многогранников. Очень редко находят хорошо ог­раненные алмазы, обычно они встречаются в виде поликристаллических сростков и моно­кристаллов неправильной формы. Большая часть найденных кристаллов из-за мутного цвета, трещин, несовершенной окраски идет только на технические нужды.

Величина добываемых алмазов обычно не превышает 01          0,2         карата. Крупные             алма­зы, весом в несколько каратов, встречаются редко. Но бывают и уникальные находки. В 1905 году в Южной Африке нашли кри­сталл алмаза, названный «Куллинан». Его вес достигал 3106 каратов! Этот величайший в мире алмаз неправильной формы был про­зрачен и бесцветен как хрусталь. Его распи­лили на три крупных бриллианта и более сот­ни мелких камней.

Самый крупный камень весом в 530 кара­тов получил название «Звезда Африки» и был подарен английскому королю Эдуарду VII. Из двух других крупных осколков тоже изготовили бриллианты, принадлежащие те­перь к числу наиболее известных драгоцен­ностей.

Искусственные алмазы

Никто не возьмется, наверное, подсчитать, мыслями скольких людей владела идея полу­чения искусственных алмазов. Рядом с серьезными естествоиспытателями на этой ниве подвизалось немало авантюристов и ловких обманщиков. И все-таки сколько раз ни объявлялась эта идея неосуществимой, науч­ные поиски продолжались. Пожалуй, чем больше было неудач, тем больше становилось желающих попробовать свои силы в этой об­ласти.

Начиная с работ по «алмазотворению» на­шего соотечественника В. Н. Каразина (в 1823 году получившего при сжигании угля кристаллы, похожие на алмаз), работ фран­цуза Каньяр де ля Тура (1828), в разных странах мира не прекращались попытки син­теза. В 1880 году о синтетических алмазах сообщил англичанин Хэнпей — двенадцать кристалликов, полученных им при нагрева­нии смеси из керосина, парафина, костяного масла и расплавленного металлического ли­тия в герметически заклепанных стальных трубах, хранятся до сих пор в музее в Лондо­не. Попытки повторить эти опыты никому не удались. Кристаллизацию углерода в алмаз пытались производить в обычных условиях из различных углеродсодержащих веществ, в растворах, в газообразной, жидкой и твердой фазах. В 1893 году французский химик Муассан взбудоражил весь мир сообщением о том, что ему удалось получить алмазы пу­тем растворения угольного порошка в железе при температуре 2000 — 3000˚С и последую­щего быстрого охлаждения расплава в свинце или холодной воде.

После опубликования работ Муассана синтезом алмазов стали заниматься не только видные ученые различных стран, но и многочисленные изобретатели. По заявлению аме­риканского физика Бриджмена, ежегодно в течение более 25 лет к нему обращались по несколько человек с предложением принять участие в прибылях в обмен за техническую помощь в осуществлении их идей по синтезу алмазов…

Один за другим следовали заявления об удавшемся синтезе — и всякий раз при про­верке опровергались.

О том, как всесторонни и многочисленны были эксперименты по получению синтетиче­ских алмазов, свидетельствует хотя бы заявление советского исследователя Ф. В. Сыромятникова, сделанное им в тридцатых годах: «Трудно себе представить, что еще можно придумать для постановки новых экспери­ментов по синтезу алмазов».

Опыты Ф. В. Сыромятникова оказались безрезультатными, так же как и более позд­ние исследования, выполненные Седжевиком (1952), Эйрингом (1952) и Бриджменом с при­менением сверхвысоких давлений.

Поэтому был понятен интерес, который вызвало опубликованное в ноябре 1954 г. сообщение американской фирмы «Джеперал электрик» о том, что сотрудники этой фирмы Бенди, Холл и другие получили алмазы искусственным путем при давлении 100 000 атмосфер и температуре 2600° С. Алмазы возникли в виде мелких черных кристаллов на тонкой пленке карбида танта­ла, образовавшейся в сфере реакции и находящейся в контакте с графитом. Тантал в этом процессе играл роль катализатора. Размер искусственных алмазов не превышал 1—2 миллиметров. При более высоких темпера- турах получались светлые алмазы октаэдрической формы, при низких — кубические алмазы темного цвета. Рост кристаллов проис­ходил со скоростью около 0,1 миллиметра в минуту — но вскоре прекращался. В сообщении указывалось также, что кроме тантала в качестве катализатора могут быть использованы и другие металлы, например железо, кобальт, никель, марганец, хром, палладий, платина.

Вскоре мир узнал и о советских искусст­венных алмазах. В подарок XXII съезду КПСС было изготовлено 2000 каратов этого синтетического драгоценного камня. Это был совместный успех московских и украинских инженеров и химиков.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>