Температура плавления алмаза и другие его свойства

Содержание

Физические свойства алмаза

Минерал алмаз по сути представляет собой одну из многочисленных модификаций углерода. Физические свойства алмаза определяются внутренним строением кристалла.

Как и другие минералы, физические свойства алмаза оцениваются по следующим критериям:

Твердость
Плотность (удельный вес)
Коэффициент преломления и дисперсия
Структура кристаллической решетки (см. Химические свойства алмазов)

Твердость алмаза

По шкале Мооса твердость алмаза является максимальной и равна 10.

Данная общепринятая шкала Мооса дает относительные значения по твердости . Ее показатели говорят о том, что минерал с более высоким числом царапает минерал с более низким.

Следующим после алмаза по твердости в шкале идет корунд со значением 9. Но его абсолютное значение твердости в 150 раз меньше чем у алмаза – что говорит об абсолютном лидерстве алмаза в этом отношении.

Существуют и другие способы определения твердости, но оценка по Моосу (царапание минерала другим минералом-эталоном) оказалась наиболее простой и наименее разрушительной методикой, которая широко используется и в настоящее время.

Твердый — значит не сломать?

Твердость алмаза не одинакова в разных направлениях кристалла. На этом основана распиловка, огранка и шлифовка алмазов. Высокая твёрдость обусловливает исключительную износостойкость алмаза на истирание.

Одновременно с твердостью, алмаз является достаточно хрупким, что несколько ограничивает его применение.

Под воздействием сильного удара алмаз легко раскалывается по плоскостям, параллельным граням правильного октаэдра.

Плотность (удельный вес) алмаза

Удельный вес (плотность) алмаза находятся в промежутке 3,417-3,55 гр/см3. Это достаточно много, и высокая плотность в том числе влияет на прочность данного минерала.

Удельный вес тела есть отношение его веса к весу чистой воды равного объема.

Таким образом, при одинаковых объемах, алмаз весит примерно в 3,52 раза больше чем вода.

Коэффициент преломления и дисперсии алмаза

Характерный блеск и «огонь» ограненных и отполированных алмазов (бриллиантов) обусловлен очень высоким показателем преломления (от 2,417 до 2,421) и сильной дисперсией (0,0574).

Для справки: светопреломление – это отклонение направления светового луча при вхождении в другую среду, где свет резко меняет свою скорость. Дисперсия – это различия в показателе преломления в зависимости от цвета (длины волны) применяемого освещения.

Дисперсия является основой внутреннего «огня» алмазов.

Рис.1: Схематичное изображение дисперсии:

Рис.2: Игра «огня» в бриллианте

Обратите внимание

Алмаз имеет показатель преломления 2,42, что является самым высоким среди всех драгоценных камней, используемых в ювелирном деле. Именно поэтому мы имеем удовольствие наблюдать такие свойства камня бриллиант, как сверкающий, алмазный блеск.

Уникальное сочетание дисперсии с высоким преломлением и твердостью алмаза, позволяющего отполировать его грани без малейших изъянов, составляет именно тот уникальный набор свойств, который позволил занять алмазу вершину в мире драгоценностей.

Другие физические свойства алмазов

Алмаз характеризуется аномально высокой теплопроводностью, которая составляет 900—2300 Вт/(м·К) и является наивысшей среди всех твердых тел.

Это свойство позволяет рассматривать алмаз в качестве перспективного полупроводника (конечно, при условии, что будут разработаны достаточно дешевые методы производства синтетических алмазов).

Существующие в настоящее время кремниевые полупроводники могут работать до 100°С, в то время как алмазные микросхемы будут работоспособны при гораздо более высоких температурах.

Из прочих свойств можно отметить, что алмаз не растворяется в кислотах и щелочах, является диэлектриком, обладает очень низким коэффициентом трения по металлу на воздухе (0,1) что объясняется образованием на поверхности алмаза тонких плёнок адсорбированного газа, играющих роль своеобразной смазки.

Под действием дневного света и особенно ультарфиолетовых лучей большинство алмазов начинает светиться голубым, желтым и зеленым цветом, под действием катодных лучей проявляется люминесценция бледно-голубым цветом, под действием рентгеновских лучей – синеватым. Алмазы обладают свойством прилипать к некоторым жировым смесям.

Это свойство широко используется для извлечения алмазов на обогатительных фабриках.

Температура плавления алмаза составляет 3700—4000 °C при давлении 11 ГПа. На воздухе алмаз начинает горение при 850°C.

В струе чистого кислорода горит слабо-голубым пламенем при 720—800 °C, полностью превращаясь в углекислый газ. Нагревание алмаза без доступа воздуха приводит к его частичному переходу в графит при температурах выше 1500°С.

Важно

При нагреве до 2000 °C без доступа воздуха алмаз переходит в графит за 15-30 минут.

ВСЕ КАМНИ — КАТАЛОГ | АЛМАЗЫ (БРИЛЛИАНТЫ) — КАТАЛОГ

Можно ли расплавить алмаз?

Алмаз – это довольно редкий и дорогой камень. Рождается он в глубине земли и выходит на поверхность в виде кимберлитовой трубки. Открыт этот минерал был давно, но только в шестнадцатом веке учеными началось изучение свойств этого драгоценного камня. После многочисленных опытов физиками был дан ответ о строении и свойствах алмаза.

Но изучение этого минерала продолжается до сих пор. В настоящее время нет точного ответа на вопрос — что будет, если расплавить алмаз? Открытие строения структуры и свойств минерала, позволило использовать его не только как ювелирное украшение, но и в различных отраслях промышленности.

Структура и свойства алмаза

По структуре алмаз представляет собой кристаллическую решетку атомов углерода с очень прочной связью, которая определяет его свойства.

Твердость алмаза. Это самый твердый из всех минералов, известных в настоящее время. Благодаря своей структуре, разрушить или повредить его поверхность другими минералами или предметами, невозможно.
Отсутствие реакции алмаза на агрессивную химическую среду в виде щелочей и кислот.
Хрупкость минерала.

Особенность строения кристаллической решетки минерала делает его хрупким. При сильном ударе по камню, он раскалывается на мелкие части. Это его свойство используется ювелирами при огранке алмазов.

Если основные свойства алмаза в большей степени изучены, то какими свойствами будет обладать минерал, если его попробовать расплавить? Экспериментальные опыты на тему: «как расплавить алмаз», физиками проводились и проводятся в настоящее время.

Как расплавить алмаз

Физикам удалось, вследствие эксперимента, получить жидкие капли алмаза, но измерить температуру плавления и зафиксировать новые свойства минерала в этом состоянии, не получилось. При нагревании алмаза обычным способом в воздушном пространстве до температуры в 1000 градусов по Цельсию, он сгорает, а в вакууме, при температуре 2000 градусов, превращается в графит.

Ученые, в процессе эксперимента, решили воздействовать на природный алмаз в одну десятую карата высокой температурой, 3500 градусов по Цельсию и высоким давлением ударной волны (давление достигало 11 млн атмосфер) с помощью лазерных импульсов.

При постепенном понижении температуры и давления, появились образования в виде кусочков льда, не тонущих на поверхности образовавшейся жидкости. Количество этих твердых образований при неизменной температуре и пониженном давлении все больше и больше увеличивалось.

В виду сложности условий эксперимента, изучить свойства расплавленной формы алмаза не удалось. Однако подобные проявления зафиксированы на Нептуне и Уране. Есть вероятность, что в недрах этих планет существуют моря из расплавленных алмазов.

Расплавит ли лава алмаз?

Температура лавы колеблется от 500 до 1200 градусов. Температура плавления алмаза начинается от 3500 градусов (при этом необходимо давление более 11 ГПа). Так что нет, лава алмаз расплавить не способна. Однако она способна его сжечь, т.к. при атмосферном давлении алмаз сгорает при температуре 1000 градусов.

Интересный факт

Алмаз. Уникальный камень – уникальные свойства

Термические свойства.

Совет

Температура плавления алмаза составляет 3700-4000 С .На воздухе алмаз сгорает при 850-1000 С, а в струе чистого кислорода горит слабо-голубым пламенем при 720-800 С, полностью превращаясь в конечном счете в углекислый газ.При нагреве до 2000-3000 С без доступа воздуха алмаз переходит в графит.

Рассматриваемый минерал обладает исключительно высокой теплопроводностью ,что обусловливает быстрый отвод тепла ,возникающего в процессе обработки деталей инструментом , изготовленным из него.

Кроме того ,для алмаза характерен низкий температурный коэффициент линейного расширения (ниже , чем у твердых сплавов и стали).

Совет

Это свойство алмаза учитывается при вставке его в оправу из разных металлов и других материалов.

Оптические свойства.

Средний показатель преломления бесцветных кристаллов алмаза в желтом цвете равен примерно 2,417 ,а для различных цветов спектра он варьирует от 2,402 (для красного) до 2,465 (для фиолетового). Способность кристаллов разлагать белый цвет на отдельные составляющие называется дисперсией. Для алмаза дисперсия равна 0,063.

Как показатели преломления , так и дисперсия алмаза намного превышают аналогичные свойства всех других природных прозрачных веществ, что и обусловливает в сочетании с твердостью непревзойденные качества алмазов как драгоценных камней.

Высокое преломление в совокупности с чрезвычайно сильной дисперсией вызывает характерный блеск отполированного алмаза, названный алмазным.

Одним из важнейших свойств алмазов является люминесценция.

Под действием видимого света и особенно катодных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей алмазы начинают люминесцировать- светиться различными цветами. Рентгенолюминесценция широко применяется на практике для извлечения алмазов из природы.

Электрические и магнитные свойства.

Обратите внимание

Алмаз относится к изоляторам: его удельное электрическое сопротивление очень велико. Некоторые кристаллы, однако, имеют низкое удельное сопротивление и обладают свойствами полупроводников. Эти алмазы, как правило, голубого цвета. Очень высоко ценятся и исключительно редки.

Алмаз относится к немагнитным минералам, но некоторые их разновидности имеют слабые парамагнитные свойства, которые в основном связаны с присутствием примеси азота. Иногда магнитные свойства придают алмазам и механические включения в них магнитных минералов- магнетита и ильменита.

Это необходимо учитывать при извлечении алмазов из породы, так как при магнитной сепарации алмазы будут попадать в магнитную фракцию и могут быть пропущены.

Окраска

Обратите внимание

Большинство природных алмазов бесцветно, однако нередки такие камни самых разнообразных цветов и оттенков. Наиболее часто встречаются алмазы со слабым желтоватым оттенком, а также зеленоватые.

В месторождениях Южной Африки зачастую попадаются бурые алмазы; за счет значительных примесей аморфного углерода они могут приобретать совершенно черную окраску. А вот розовые, рубиново – красные, розовато-лиловые и синие очень редки.

Что касается алмазов сапфирово – синего цвета, то это, как уже отмечалось, явление исключительное, и ценятся они соответственно очень высоко.

В США, Великобритании и ряде других странах искусственное окрашивание природных алмазов производят в лабораторных условиях. Если алмаз электронами с энергией 1МэВ, а потом с определенной скоростью охлаждать, то он приобретает синеватый цвет.

Если энергия облучения достигает 1,5МэВ, то алмаз становится сине зеленым. Оттенок цвета зависит от продолжительности излучения.

К сожалению, искусственно окрашенные голубые алмазы, в отличие от природных голубых, не приобретают полупроводниковых свойств.

При облучении нейтронами алмаз окрашивается в зеленый цвет, густота которого также определяется продолжительностью излучения. Гамма лучи придают алмазу равномерную голубовато зеленую окраску.

Прочие свойства

Важно

Алмаз минерал весьма устойчивый. Он не поддается воздействию самых сильных кислот и их смесей (соляной, серной, азотной, плавиковой, ), даже доведенных до температуры кипения. Не реагирует он и со щелочами.

В то же время алмаз легко окисляется и сгорает в смеси соды с расплавленной натриевой или калиевой селитрой. Расплавленные карбонаты щелочей при 1000 1200 С также окисляют алмаз.

При нагревании до 800 С в присутствии железа или сплавов на его основе алмаз растворяется, поэтому алмазные резцы не применяются при обработке стали и чугуна.

Алмаз с чистой поверхностью гидрофобен, т.е не смачивается водой. Из за этого свойства он может проникать сквозь влажные слои гравийно песчаных отложений и концентрироваться вместе с минералами значительно большей плотности гранатами, ильменитами. После называют минералами спутниками алмаза: они помогают геологам отыскивать алмазные месторождения.

В то же время алмазы способны прилипать к некоторым видам жиров, на чем основаны некото�

Теплопроводность алмаза равна

Тепловые, электрические и магнитные свойства алмазов

Тепловые свойства. Распространение тепла в кристаллах зависит от их симметрии. В кристаллах кубической сингонии скорость распространения тепла во всех направлениях одинакова. Наглядное представление о равномерном распространении тепла в кристаллах алмаза дает следующий опыт. Если покрыть тонким слоем воска пластинку, вырезанную из алмаза, а затем прикоснуться раскаленной иглой к центру такой пластинки, то вокруг острия воск расплавится и возникает фигура плавления в виде круга (рис. 42).
Теплопроводность кристаллов во многом определяется особенностями их микростроения. Теплопроводность аморфных веществ меньше теплопроводности кристаллических веществ.Теплопроводность алмаза 0,35 кал/см*с*град, тогда как теплопроводность твердых сплавов 0,053—0,19 кал/см*с*град. Удельная теплоемкость алмаза равна 0,12 кал/г*град, а удельная теплоемкость твердых сплавов 0,04 кал/г*град. Относительно высокая удельная теплоемкость алмаза способствует поглощению тепла, а высокая теплопроводность — лучшему отводу тепла с поверхности обрабатываемой детали.
Теплопроводность алмаза при комнатной температуре больше теплопроводности серебра и металлокерамических твердых сплавов (табл. 7).Расширение кристаллов при нагревании тесно связано с особенностями их теплопроводности. Если нагревать шар, вырезанный из кристаллов высшей (кубической) сингонии, он расширится, но форма его сохранится. Если же нагревать шар, изготовленный из кристаллов средней сингонии, он будет расширяться неравномерно и превращаться в вытянутый или сплющенный эллипсоид вращения. Шap из кристаллов низшей сингонии при нагревании превратится в трехосный эллипсоид, т. е. при тепловой деформации ярко проявляется симметрия кристаллов. Величина удлинения кристаллов при нагревании на 1° называется коэффициентом линейного расширения а.
Величина, соответствующая изменению объема кристалла при нагревании на 1°, называется коэффициентом объемного расширения р.
Коэффициент линейного расширения алмаза равен 0,9*10в-6—1,45*10в-6 град-1, что в несколько раз меньше коэффициента линейного расширения твердых сплавов, равного 5*10в-6—7*10в-6 град-1. При 78° С коэффициент теплового расширения алмаза равен 1,2*10в-6 град-1, а при температуре 780°С — 4,5*10в-6 град-1.
Температура плавления кристаллов алмаза равняется примерно 4000° С. Алмаз при достаточно высокой температуре сгорает, образуя углекислоту. На воздухе температура его горения равна 850—1000° С; в струе чистого кислорода он горит при 720—800° С. Алмаз горит слабым голубым пламенем. При нагревании до 2000— 3000° С без доступа кислорода алмаз переходит в графит. Начало такого перехода заметно уже при 1500° С и даже при 1000° C. Превращение алмаза в графит происходит медленно. Прежде всего начинают темнеть вершины и ребра кристаллов, затем весь кристалл покрывается черной графитовой корочкой, а затем и внутренняя часть его целиком переходит в графит.Электрические и магнитные свойства. Алмаз является диэлектриком. Лишь некоторые алмазы — полупроводники. Полупроводниковые алмазы особенно ценны. Они применяются в приборах, работающих при высоких температурах.
Электрическое сопротивление алмазных полупроводников зависит от температуры, причем даже незначительные ее колебания (около 0,002° С) мгновенно регистрируются. Последнее открывает широкие возможности применения алмазов в вакуумных приборах и приборах, работающих с инертной средой, где необходимы точные измерения температуры.
Удельное электрическое сопротивление алмаза очень большое (5*10в14 Ом*см). При трении о сукно алмаз электризуется положительным зарядом. Некоторые его разновидности обладают пиро- и пьезоэлектрическими * свойствами. При облучении ультрафиолетовыми лучами алмаз становится проводником электричества (фотопроводимость). Диэлектрическая проницаемость алмаза составляет 16—16,5.
Алмаз немагнитен (за исключением разновидностей, обладающих парамагнитными свойствами). В некоторых кристаллах алмаза магнитные свойства обусловлены включениями с повышенной магнитной проницаемостью (магнетит, ильменит).

Теплопроводность — алмаз

Cтраница 1

Теплопроводность алмаза [ 0 35 кал / ( см-сек — С) ] выше теплопроводности твердых сплавов [ 0 05 — 0 19 кал / ( см-сек — С) 1 и быстрорежущей стали [ 0 05 — 0 07 кал / ( см-сек — С) 1, поэтому образующееся при резании тепло отводится от резца в алмазном инструменте быстрее, чем в твердосплавном.

[1]

Теплопроводность алмаза также самая высокая среди минералов, что позволяет алмазному вооружению быстро охлаждаться.

Тепловые, электрические и магнитные свойства алмазов

Это свойство важно для предупреждения разрушения алмазов при быстром нагревании и термическом растрескивании. [3]

Уменьшение теплопроводности алмазов типа Па, вызванное облучением быстрыми электоонами ( 1.5 MsBV и связанное г ним тепловое rnnnn. [5]

Температурный ход теплопроводности алмазов различных типов обнаруживает ее пик, приходящийся на интервал температур 60 — 100 К [340], который в силу высокой температуры Дебая максимально сдвинут в область более высоких температур по сравнению с другими кристаллическими материалами.

[6]
Совет

В отличие от монокристаллов теплопроводность поликристаллическнх алмазов изучена слабо. По этому вопросу имеются только единичные публикации. Для природных поликристаллических алмазов данные о теплопроводности отсутствуют. [8]

С алмаза на 50 % выше, чем теплопроводность алмаза природного, в котором содержание изотопа С составляет 98 9 %, и при комнатной температуре оказалась самой высокой из всех материалов, когда-либо созданных природой или человеком.

Температурная зависимость теплопроводности алмазов представлена на рис. 12.1.7, а на рис. 12.1.8 показано изменение теплопроводности с концентрацией изотопа 13С при фиксированной температуре.

[10]

Полученные нами результаты, в частности, объясняют независимость теплопроводности алмаза от температуры — факт, который находится в противоречии с теорией Пайерлса — Дебая. [11]

Вт; ko — коэффициент интенсивности теплообмена, зависящий от значений теплопроводности алмазов, матрицы и корпуса коронки, геометрических размеров коронки, вида и расхода очистного агента, зернистости и концентрации объемных алмазов, Вт / С, t — температура потока очистного агента на подходе к коронке, С.

[12]

12.1.7, а на рис. 12.1.8 показано изменение теплопроводности с концентрацией изотопа 13С при фиксированной температуре. [13]

В ИК-поглощении им соответствуют спектры, содержащие соответственно А и В полосы поглощения в однофононной области. Это предположение дало возможность удовлетворительно объяснить результаты исследования теплопроводности природных азотсодержащих алмазов.

[14]
Обратите внимание

Страницы: 1 2

Термин алмаз произошел из греческого языка от слова «адамас», который переводится как непревзойдённый. Сегодня пока не существует единого мнения касательно происхождения алмазов.

Наибольшей популярностью пользуется гипотеза, согласно которой минерал получился в процессе остывания силикатов мантии земной коры. А на поверхности земли он появился вследствие ряда очень мощных подземных взрывов.

Характеристики алмаза

Природный алмаз представляет собой включение в горные оливины, серпентины и графиты.

Помимо этого алмазы встречаются в речных и морских прибрежных галечных россыпях. Там они появляются вследствие деструкции вулканических пород. Для того, чтобы получить один карат этого минерала необходимо переработать примерно 250 тонн алмазосодержащей руды.

А если принять во внимание тот факт, что в процессе огранки самородок теряет почти 50% веса, то количество необходимой руды стоит удвоить.

С точки зрения химического состава алмаз – это чистый углерод, содержащий незначительное количество примесей в виде окисей кальция, магния и железа.

Все алмазы отличаются друг от друга неповторимой структурой и характеристиками. Нет в природе двух одинаковых минералов.

Химическая формула
С

Удельный вес
3,5-3,53 (г/см3)

Цвет
>бесцветный, прозрачный

Твердость
10 по шкале твердости

Электропроводность
диэлектрик

Хрупкость
высокая

Растворимость
нет

Температура плавления
4000оС(при 100 атм)

Структура алмаза

Этот минерал является самым твердым минералом на планете.

Ни какой другой камень или металл не может повредить поверхность алмаза, а вот сам алмаз с легкостью царапает менее твердые камни. При помощи алмаза проводится обработка высокотвердых минералов, к примеру, граната, берилла, сапфира.
Физические и химические свойства алмаза позволяют называть его практически не истираемым.

Он обладает чрезвычайно высоким уровнем износостойкости. Но при этом минерал достаточно хрупкий. При ударе о твердую поверхность, он может расколоться или покрыться трещинами.
Найденный в природе алмаз отличается плоскогранной кристаллографической формой.

Довольно часто можно обнаружить и сложные, комбинированные виды. Грани обнаруженных кристаллов часто бывают покрыты разными наростами и дырами. Многие думают, что алмазы бесцветны, однако это ошибка. Бывают минералы разного цвета: красного, желтого, зеленоватого.

Важно

Очень редко попадаются черные или темно-серые оттенки. Алмаз представляет собой минерал, кристаллическую модификацию чистого углерода (С). Одна ячейка структуры алмаза кубической формы. Кристалл алмаза характеризуется формой тетраэдра. Этот минерал кристаллизуется в кубической системе, которая по научному называется «сингония». Каждая вершина этого куба имеет по одному атому.

Какими свойствами обладает алмаз и почему он так ценен

Один атом расположен в центре каждой грани, а по четыре — внутри куба. Любой атом, расположенный в центре граней, является общим для двух ячеек, а каждый атом, находящийся в вершине куба,— общий для восьми ячеек.

Такой вид упаковки является самым плотным из всех существующих. Так как самая максимальная валентность углерода равна четырем, то все возможные связи в этой структуре заняты, и постороннее взаимодействие просто нереально.

Важно

Именно благодаря такому типу кристаллической решетки алмаз обладает необычайной твердостью. Строение алмаза не связано с числом граней у ювелирного камня.

Количество граней зависит от типа обработки.

алмаз , свойства алмаза , структура алмаза

Электрические свойства

Диэлектрическая постоянная кристаллов алмаза составляет 16-16,5; удельное электрическое сопротивление его очень велико и равно в среднем 1012-1014 Ом⋅см.

Какими свойствами обладает алмаз и почему он так ценен

При облучении отдельных кристаллов алмаза ультрафиолетовыми или другими лучами они начинают заметно проводить электричество — явление, известное под названием фотопроводимости.

При трении о сукно алмаз электризуется положительным зарядом.

В зависимости от удельного электрического сопротивления алмазы типа II делятся на две группы — IIa и IIб.

Алмазы последней группы имеют сравнительно низкое удельное сопротивление и обладают свойствами полупроводников.

По содержанию примесей они наиболее чистые из всех встречающихся в природе, но редки. Такие алмазы, обычно голубого цвета, высоко ценятся.

Ведутся широкие исследования по использованию алмазов-полупроводников в электронной промышленности.

Известно, что германий и кремний имеют сходную с углеродом кристаллическую решетку, но германий теряет полупроводниковые свойства при температуре выше 75 °С, кремний при температуре выше 150 °С, алмаз же сохраняет эти свойства до 600 °С.

Из обзора иностранной и отечественной литературы известно, что в лабораториях ряда стран [3; 4; 6] ученые работают в области изменения электропроводимости алмазов [13]. Например, в Иоханнесбургской лаборатории установлен специальный генератор (каскадный электронный ускоритель), на котором ведется бомбардировка алмазов электронами при максимальном напряжении 1400 кВ.

Совет

Изучалось также изменение электропроводимости полупроводниковых алмазов в зависимости от интенсивности и энергии облучения.

Исследование производилось при облучении β-частицами с энергией 1,5 МэВ на циклотроне и ускорителе. Установлено, что изменение электропроводимости происходит пропорционально изменению температуры только до определенного предела — 600 °С. Выше этой температуры электропроводимость алмаза изменяется уже непропорционально изменению температуры.

Свойства алмаза

ЛЕКЦИЯ 6СВОЙСТВА АЛМАЗА

Алмаз – это кристаллическая модификация чистого углерода. Он образуется в глубоких недрах Земли, в верхней мантии на глубинах более 80-100 километров при исключительно высоких давлении и температуре.

Это самый драгоценный камень, самый твердый и износостойкий минерал, самый блестящий и неподверженный времени самоцвет. История алмазов насчитывает тысячи лет, однако и в наше время бриллианты привлекают миллионы людей своей магической красотой.

Важно

Рис. 1. Кристаллы алмаза.Во все времена этот завораживающий и уникальный камень притягивал человека. «Он остаётся невредимым в самом сильном огне, это свет солнца, сгустившийся в земле и охлаждённый временем, он играет всеми цветами, но сам остаётся прозрачным, точно капля воды…» – писали об алмазе в древности.

Первые упоминания об использовании человеком алмазов относятся к Индии и появились примерно за три тысячи лет до нашей эры. Алмазы сверкающей нитью проходят сквозь ткань бытия, сквозь историю человечества, исчезая на время и вновь появляясь, чтобы осветить своим загадочным сиянием самые невероятные и причудливые легенды.

“Величайшую цену между всеми человеческими вещами, а не только между драгоценными камнями, имеет алмаз, который долгое время только царям, да и то весьма немногим, был известен” – писал древнеримский ученый Плиний Старший в 79 году н.э. в своем трактате «О естественной истории».

Греки называли его «адамас» или «адамантос» — непобедимый, несокрушимый, непреодолимый; римляне — «диамонд»; арабы — «алмас», наитвердейший; древние евреи — «шамир»; индусы называли его «фарий». Древнерусский литературный памятник, «Изборник» 1073 г., в равной степени использует термины «адамас» и «адамант», а «Хождение за три моря» Афанасия Никитина (1466-1472 г. г.

) впервые, и навсегда, «узаконило» в русском языке название «алмаз». В древней Индии считали, что алмазы образованы из пяти начал природы – земли, воды, воздуха, неба и энергии. В Индии алмаз был обожествлён и превращён в фетиш. Его наделили множеством мифических возможностей.

Рассмотрим, каковы же свойства алмазов, совокупность которых делает этот камень уникальным природным объектом.

Твердость. То, что алмаз твердейшее вещество на земле, было известно с незапамятных времен.

В древнем санскритском стихотворении говорится о фарии (по-санскритски «фария»- алмаз) так : Фария не может царапать никакой Драгоценный камень- Он царапает все камни.

Фарий царапает фария … Греческие поэты Гепсоид и Эсхил писали, что адамас (греческое название алмаза) годится для изготовления шлема Геракла и цепей Прометея, т.е. предметов, несокрушимость которых стала нарицательной.

Алмазам, как и другим кристаллическим телам, свойственна анизотропия некоторых характеристик (т.е.

вариации этих характеристик в различных кристаллографических направлениях), в том числе и анизотропия твердости, что обусловлено особенностями внутреннего строения кристаллов.

Обратите внимание

Твердость меняется не только от грани к грани, но и нередко в пределах одной и той же грани к грани, но и нередко в пределах одной и той же грани кристалла, что необходимо учитывать при обработке алмаза и при работе с алмазам инструментом.

Так, при обработке одного алмаза другим их следует так взаимно ориентировать, чтобы обработка производилась в направлении наименьшей твердости, а износ алмазного инструмента – в направлении наибольшей.

Необходимо подчеркнуть, что предел прочности на изгиб и на сжатие у алмаза сравнительно низок, поэтому он достаточно хрупок и при резком и сильном ударе может расколоться. Колется он по системе плоскостей, параллельных определенным граням кристалла. В минералогии такое свойство называется спайностью.

Наличие плоскостей спайности позволяет при обработке алмаза вместо сошлифовки откалывать кусочки кристалла, которые имеют различные дефекты или мешают приданию требуемой формы бриллианту или какому-нибудь техническому изделию из алмаза.

С другой стороны, повышенная хрупкость алмаза, являясь, безусловно, «слабым местом» алмазного инструмента, обусловливает необходимость его оберегания от резких неожиданных ударов. Даже использование стальных щипцов при сортировке бриллиантов требует определенного навыка, иначе можно легко обломать острые края камней.

Надо отметить, что в древние времена эти два свойства алмазов -твердость и прочность – зачастую не различались. Римский историк и естество испытатель Гай Плиний Старший писал, что «алмаз так сопротивляется ударам молота на наковальне, что молот разлетается, а сама наковальня растрескивается».

Проведи Плиний сам такой опыт, он бы убедился, что как раз молот и наковальня у него бы остались, а драгоценный камень превратился в пыль. Мнение о несокрушимости алмазов под мощными ударами было широко распространено в древности, что зафиксировано в письменных документах и устных легендах разных времен и народов.

Прочие физико-механические свойства.

Важное значение имеет очень низкий коэффициент трения алмаза по металлу на воздухе – всего 0,1 что связано с образованием на поверхности кристалла тонких пленок адсорбированного газа, играющих роль своеобразной смазки. Когда такие пленки не образуется ,коэффициент трения возрастает и достигает 0,5-0,55.

Низкий коэффициент трения обусловливает исключительную износостойкость алмаза на истирание, которая превышает износостойкость корунда в 90 раз, а других абразивных материалов – в сотни и тысячи раз . В результате, например, при шлифовании изделий из твердых сплавов алмазного порошка расходуется в 600-3000 раз меньше,чем любого другого абразива.Важно

Для алмаза также характерны самый высокий (по сравнению со всеми известными в природе материалами) модуль упругости и самый низкий коэффициент сжатия.

Термические свойства. Температура плавления алмаза составляет 3700-4000 С. На воздухе алмаз сгорает при 850-1000 С, а в струе чистого кислорода горит слабо-голубым пламенем при 720-800 С, полностью превращаясь в конечном счете в углекислый газ. При нагреве до 2000-3000 С без доступа воздуха алмаз переходит в графит.

Алмаз обладает исключительно высокой теплопроводностью, что обусловливает быстрый отвод тепла, возникающего в процессе обработки деталей инструментом, изготовленным из него. Кроме того, для алмаза характерен низкий температурный коэффициент линейного расширения (ниже, чем у твердых сплавов и стали). Это свойство алмаза учитывается при вставке его в оправу из разных металлов и других материалов.

Теплопроводность некоторых алмазов при комнатной температуре выше теплопроводности меди в 4 раза; средние ее значения при 180 (Вт/м.К) для алмазов типа Iа – 800, для IIа – 1250, для IIб-1260, для синтетических монокристаллов – 660, поликристаллов – 400.

Удельное электрическое сопротивление алмазов типа IIб (полупроводниковые) составляет 1 – 10s Ом.см, алмазы других типов – до 1010 Омсм.

Оптические свойства.

Средний показатель преломления бесцветных кристаллов алмаза в желтом цвете равен примерно 2,417, а для различных цветов спектра он варьирует от 2,402 (для красного) до 2,465 (для фиолетового).

Способность кристаллов разлагать белый цвет на отдельные составляющие называется дисперсией. Для алмаза дисперсия равна 0,063.

Как показатели преломления, так и дисперсия алмаза намного превышают аналогичные свойства всех других природных прозрачных веществ, что и обусловливает в сочетании с твердостью непревзойденные качества алмазов как драгоценных камней.

Показатель преломления в пределах одного кристалла может быть различен; среднее значение его для природных алмазов 2,4165, для синтетических алмазов 2,4199 (для кристалла октаэдрической формы). Угловая дисперсия для природных и синтетических алмазов одинакова – 0,063. Отражательная способность 0,172. Кристаллы алмаза практически всегда обладают – вследствие различных деформаций кристаллов и особенностей текстуры.

Одним из важнейших свойств алмазов является люминесценция. Под действием видимого света и особенно катодных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей алмазы начинают люминесцировать – светиться различными цветами. Рентгенолюминесценция широко применяется на практике для извлечения алмазов из природы.

Электрические и магнитные свойства. Алмаз относится к изоляторам: его удельное электрическое сопротивление очень велико. Некоторые кристаллы, однако, имеют низкое удельное сопротивление и обладают свойствами полупроводников. Эти алмазы, как правило, голубого цвета. Очень высоко ценятся и исключительно редки. Алмаз относится к немагнитным минералам, но некоторые их разновидности имеют слабые парамагнитные свойства, которые в основном связаны с присутствием примеси азота. Иногда магнитные свойства придают алмазам и механические включения в них магнитных минералов- магнетита и ильменита. Это необходимо учитывать при извлечении алмазов из породы, так как при магнитной сепарации «магнитные» алмазы будут попадать в магнитную фракцию и могут быть пропущены.

Окраска. Большинство природных алмазов бесцветно, однако нередки такие камни самых разнообразных цветов и оттенков. Наиболее часто встречаются алмазы со слабым желтоватым оттенком, а также зеленоватые. В месторождениях Южной Африки зачастую попадаются бурые алмазы; за счет значительных примесей аморфного углерода они могут приобретать совершенно черную окраску. А вот розовые, рубиново – красные, розовато-лиловые и синие очень редки. Что касается алмазов сапфирово – синего цвета, то это, как уже отмечалось, явление исключительное, и ценятся они соответственно очень высоко.Совет

Поверхность алмазов из наиболее древних месторождений (возраст которых превышает 1 млрд. лет) имеет зеленую окраску, которая, однако, исчезает при механической обработке кристалла. Ученые объясняют возникновение зеленой «рубашки» на алмазах продолжительным воздействием на них естественного радиоактивного облучения. Сейчас это явление воспроизведено экспериментально. В США, Великобритании и ряде других странах искусственное окрашивание природных алмазов производят в лабораторных условиях. Если «бомбардировать» алмаз электронами с энергией 1МэВ, а потом с определенной скоростью охлаждать, то он приобретает синеватый цвет. Если энергия облучения достигает 1,5МэВ, то алмаз становится сине – зеленым. Оттенок цвета зависит от продолжительности излучения. К сожалению, искусственно окрашенные голубые алмазы, в отличие от природных голубых, не приобретают полупроводниковых свойств. При облучении нейтронами алмаз окрашивается в зеленый цвет, густота которого также определяется продолжительностью излучения. Гамма – лучи придают алмазу равномерную голубовато – зеленую окраску.

Прочие свойства. Алмаз – минерал весьма устойчивый. Он не поддается воздействию самых сильных кислот и их смесей (соляной, серной, азотной, плавиковой, «царской водки»), даже доведенных до температуры кипения. Не реагирует он и со щелочами. В то же время алмаз легко окисляется и сгорает в смеси соды с расплавленной натриевой или калиевой селитрой. Расплавленные карбонаты щелочей при 1000º – 1200º С также окисляют алмаз. При нагревании до 800º С в присутствии железа или сплавов на его основе алмаз растворяется, поэтому алмазные резцы не применяются при обработке стали и чугуна.

Алмаз с чистой поверхностью гидрофобен, т.е. не смачивается водой. Из–за этого свойства он может проникать сквозь влажные слои гравийно – песчаных отложений и концентрироваться вместе с минералами значительно большей плотности гранатами, ильменитами. После называют минералами – спутниками алмаза: они помогают геологам отыскивать алмазные месторождения. В то же время алмазы способны прилипать к некоторым видам жиров, на чем основаны некоторые способы извлечения алмазов из раздробленной алмазоносной породы.

Форма кристаллов. Большая часть алмазов встречается в природе в виде отдельных хорошо оформленных кристаллов или их обломков. Преобладают октаэдры, ромбододекаэдры и кубы, а также их комбинации. Это кристаллы с ровными плоскими гранями. Так их и называют – плоскогранными. Реже встречаются кривогранные, округлые кристаллы, однако в некоторых месторождениях они преобладают. Зачастую кристаллы алмаза срастаются друг с другом или же как бы «прорастают» друг друга, образуя соответственно так называемые двойники срастания и прорастания.

Практически во всех алмазных месторождениях присутствуют микро – и скрытокристаллические агрегаты, сложенные сотнями тесно сросшихся мельчайших зерен алмаза. Бортом обычно называют неправильные мелкозернистые сростки (по технической классификации к борту относятся также трещиноватые монокристаллы). Балласы представляют собой шарообразные агрегаты радиально – лучистого строения, пористое, коксовидное и шлаковидное строение. Наиболее ценятся массивные карбонада, покрытые эмалевидной корочкой, которая тверже самого алмазного ядра. Карбонада незаменимы для изготовления алмазных буровых коронок.

Размеры алмазов. Обычно размеры алмазных зерен варьируют от долей миллиметра до 0,5 – 1 см в поперечнике, но встречаются и очень крупные кристаллы. Единицей массы драгоценных камней, в том числе и алмазов, является карат. По одной версии, термин “ карат ’’ происходит от греческого слова “ кератониа ” (маленький рог). Так называлась росшая в Средиземноморье акация, семена которой греки долгое время использовали в качестве своеобразных гирек при взвешивании драгоценных камней. По другой версии. Слово “ карат ” ведет свою родословную от “ куара ” – так греки называли коралловое дерево (Erytrina corallodendron). Масса семечек обоих деревьев удивительно постоянна и составляет в среднем 205 мг.

Вплоть до начала ХХ века в различных странах использовались караты разной величины. Например, флорентийский карат равнялся 197,2 мг, мадридский – 205,3, берлинский – 205,4, амстердамский – 205,7, венский – 206 мг. В 1914 г. был введен единый метрический карат, равный 200 мг (0,2 г). В Советском Союзе он официально действует с 1922 г. Алмаз массой в один карат имеет диаметр около 0,5 см.Алмазы массой более 15 карат — редкость, массой в сотни карат — величайшая редкость. Некоторые камни получают собственные имена, мировую известность и прочное место в истории. Подробнее об исторических алмазах. В настоящее время общемировой объем добычи алмазов составляет порядка 130 миллионов карат. Главное использование природных алмазов – в ювелирном деле, но далеко не из каждого алмаза можно сделать бриллиант. Безусловно, ювелирными считаются около 15% добываемых алмазов, еще 45% считаются околоювелирными, т.е. уступают ювелирным по размеру, цвету или чистоте. До конца XIX века бриллиантами владели только высшие сословия, но в ХХ веке были открыты крупные месторождения алмазов, и рост добычи сделал их более доступными для покупателей. Литература:

Физические свойства алмаза. Справочник (под ред. Новикова Н.В.). Киев: Наукова думка, 1987. – 190 с.

Вечерин П.П., Журавлев В.В., Квасков В.Б., Клюев Ю.А. Природные алмазы России. М.: Полярон, 1997. – 303 с.

Реферат «Алмаз. Уникальный камень – уникальные свойства»

В наши дни в средней школе на уроках физики и химии учащиеся узнают, что такие, казалось бы, полярные по свойствам и непохожие друг на друга вещества, как графит и алмаз, на самом деле являются так называемыми полиморфными модификациями одного и того же химического элемента-углерода.

Полиморфные модификации , или полиморфы, – это вещества , которые имеют одинаковый химический состав , но различную кристаллическую структуру.В алмазе атомы углерода размещаются очень плотно , причем каждый из них прочно связан с четырьмя окружающими атомами.

В структуре же графита выделяются параллельные плоские сетки , состоящие из шестиугольников с атомами углерода в вершинах. В каждой отдельно взятой плоской сетке(слое) связь между атомами углерода довольно прочная, а между слоями – слабая.

Разницей в кристаллической структуре и объясняется несхожесть свойств графита и алмаза.

Казалось бы, элементарный, всем известный факт. Но чтобы его установить, потребовались усилия таких гигантов науки , как И.Ньютон , А.Лавуазье , М.В.Ломоносов, X.Деви и много других.

Действительно, ведь надо было прийти к совершенно парадоксальному умозаключению, что алмаз-эта величайшая драгоценность, твердейшее на земле вещество- в химическом отношении полностью(если не учитывать случайных примесей) аналогичен графиту, древесному и каменному углю, саже, т.

е веществам, широко распространенным и далеко не самым привлекательным по своему внешнему облику.

Обратите внимание

Рассмотрим, каковы же свойства алмазов, совокупность которых делает этот камень уникальным природным объектом.

Твердость. То ,что алмаз твердейшее вещество на земле, было известно с незапамятных времен. В древнем санскритском стихотворении говорится о фарии (по-санскритски -алмаз) так:

Фария не может царапать никакой

Драгоценный камень-

Он царапает все камни.

Фарий царапает фария…

Греческие поэты Гепсоид и Эсхил писали, что адамас (греческое название алмаза) годится для изготовления шлема Геракла и цепей Прометея, т.е предметов , несокрушимость которых стала нарицательной. Да и само название , по разным версиям, происходит либо от греческого (непреодалимый, несокрушимый),либо от арабского (твердейший).

Алмазам, как и другим кристаллическим телам ,свойственна анизотропия некоторых характеристик (т.е. вариации этих характеристик в различных кристаллографических направлениях), в том числе и анизотропия твердости ,что обусловлено особенностями внутреннего строения кристаллов.

Твердость меняется не только от грани к грани ,но и нередко в пределах одной и той же грани к грани, но и нередко в пределах одной и той же грани кристалла ,что необходимо учитывать при обработке алмаза и при работе с алмазам инструментом.

Так ,при обработке одного алмаза другим их следует так взаимно ориентировать, чтобы обработка производилась в направлении наименьшей твердости ,а износ алмазного инструмента – в направлении наибольшей.

Необходимо подчеркнуть , что предел прочности на изгиб и на сжатие у алмаза сравнительно низок , поэтому он достаточно хрупок и при резком и сильном ударе может расколоться. Колется он по системе плоскостей ,параллельных определенным граням кристалла.

В минералогии такое свойство называется спайностью.

Наличие плоскостей спайности позволяет при обработке алмаза вместо со шлифовки откалывать кусочки кристалла, которые имеют различные дефекты или мешают приданию требуемой формы бриллианту или какому-нибудь техническому изделию из алмаза.

Важно

С другой стороны, повышенная хрупкость алмаза являясь, безусловно, алмазного инструмента, обусловливает необходимость его оберегания от резких неожиданных ударов. Даже использование стальных щипцов при сортировке бриллиантов требует определенного навыка, иначе можно легко обломать острые края камней.

Проведи Плиний сам такой опыт , он бы убедился ,что как раз молот и наковальня у него бы остались ,а драгоценный камень превратился в пыль.

Мнение о несокрушимости алмазов под мощными ударами было широко распространено в древности ,что зафиксировано в письменных документах и устных легендах разных времен и народов.

Важное значение имеет очень низкий коэффициент трения алмаза по металлу на воздухе – всего 0,1 что связано с образованием на поверхности кристалла тонких пленок адсорбированного газа, играющих роль своеобразной смазки.Когда такие пленки не образуется ,коэффициент трения возрастает и достигает 0,5-0,55.

В результате , например , при шлифовании изделий из твердых сплавов алмазного порошка расходуется в 600-3000 раз меньше ,чем любого другого абразива.

Для алмаза также характерны самый высокий (по сравнению со всеми известными в природе материалами)модуль упругости и самый низкий коэффициент сжатия.

Совет

Это свойство алмаза учитывается при вставке его в оправу из разных металлов и других материалов.

Средний показатель преломления бесцветных кристаллов алмаза в желтом цвете равен примерно 2,417 ,а для различных цветов спектра он варьирует от 2,402 (для красного) до 2,465 (для фиолетового). Способность кристаллов разлагать белый цвет на отдельные составляющие называется дисперсией. Для алмаза дисперсия равна 0,063.

Одним из важнейших свойств алмазов является люминесценция. Под действием видимого света и особенно катодных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей алмазы начинают люминесцировать- светиться различными цветами. Рентгенолюминесценция широко применяется на практике для извлечения алмазов из природы.

Обратите внимание

В месторождениях Южной Африки зачастую попадаются бурые алмазы; за счет значительных примесей аморфного углерода они могут приобретать совершенно черную окраску. А вот розовые, рубиново – красные, розовато-лиловые и синие очень редки.

В США, Великобритании и ряде других странах искусственное окрашивание природных алмазов производят в лабораторных условиях. Если алмаз электронами с энергией 1МэВ, а потом с определенной скоростью охлаждать, то он приобретает синеватый цвет.

Важно

Если энергия облучения достигает 1,5МэВ, то алмаз становится сине – зеленым. Оттенок цвета зависит от продолжительности излучения.

При облучении нейтронами алмаз окрашивается в зеленый цвет, густота которого также определяется продолжительностью излучения. Гамма – лучи придают алмазу равномерную голубовато – зеленую окраску.

Алмаз – минерал весьма устойчивый. Он не поддается воздействию самых сильных кислот и их смесей (соляной, серной, азотной, плавиковой, ), даже доведенных до температуры кипения. Не реагирует он и со щелочами.

В то же время алмаз легко окисляется и сгорает в смеси соды с расплавленной натриевой или калиевой селитрой. Расплавленные карбонаты щелочей при 1000 – 1200 С также окисляют алмаз.

Алмаз с чистой поверхностью гидрофобен, т.е не смачивается водой. Из – за этого свойства он может проникать сквозь влажные слои гравийно – песчаных отложений и концентрироваться вместе с минералами значительно большей плотности гранатами, ильменитами. После называют минералами – спутниками алмаза: они помогают геологам отыскивать алмазные месторождения.

В то же время алмазы способны прилипать к некоторым видам жиров, на чем основаны некоторые способы извлечения алмазов из раздробленной алмазоносной породы.

Совет

Большая часть алмазов встречается в природе в виде отдельных хорошо оформленных кристаллов или их обломков. Преобладают октаэдры, ромбододекаэдры и кубы, а также их комбинации. Это кристаллы с ровными плоскими гранями. Так их и называют – плоскогранными.

Реже встречаются кривогранные, округлые кристаллы, однако в некоторых месторождениях они преобладают. Зачастую кристаллы алмаза срастаются друг с другом или же как бы друг друга, образуя соответственно так называемые двойники срастания и прорастания.

Важно

Балласы представляют собой шарообразные агрегаты радиально – лучистого строения, пористое, коксовидное и шлаковидное строение. Наиболее ценятся массивные карбонада, покрытые эмалевидной корочкой, которая тверже самого алмазного ядра. Карбонада незаменимы для изготовления алмазных буровых коронок.

Важно

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

Единицей массы драгоценных камней, в том числе и алмазов, является карат. По одной версии, термин “карат'' происходит от греческого слова ” кератониа” ( маленький рог ).

Так называлась росшая в Средиземноморье акация, семена которой греки долгое время использовали в качестве своеобразных гирек при взвешивании драгоценных камней. По другой версии.

Слово “карат” ведет свою родословную от “куара” – так греки называли коралловое дерево ( Erytrina corallodendron). Масса семечек обоих деревьев удивительно постоянна и составляет в среднем 205 мг.

Обратите внимание

Вплоть до начала ХХ века в различных странах использовались карты разной величины. Например, флорентийский карат равнялся 197,2 мг, мадридский – 205,3, берлинский – 205,4, амстердамский – 205,7, венский – 206 мг. В 1914 г. был введен единый метрический карат, равный 200 мг (0,2 г). В Советском Союзе он официально действует с 1922 г. Алмаз массой в один карат имеет диаметр около 0,5 см

Попытки классифицировать алмазы предпринимались с незапамятных времен. Так, древние индусы разделяли алмазы, как и людей, на четыре касты: брахманы, кшатрии, вайшии и шудры.

К брахманам относились прозрачные высококачественные кристаллы, к кшатриям и вайшиям – камни более низкокачественные алмазы серого цвета.

Соответственно шудры оценивались в четверть, вайшии – в половину, а кшатрии – в три четверти стоимости брахманов.

В настоящее время существует множество классификаций алмазов, основанных на различных принципах. В настоящее время существует множество классификаций алмазов, основанных на различных принципах.

В одних классификационных схемах сделаны попытки учесть все свойства алмазов, в других – в основу положен генетический принцип, т.е представления об условиях образования тех или иных – групп алмазов.

Ювелиры разделяют алмазы почти на тысячу сортов в зависимости от прозрачности, тона, густоты и равномерности окраски.

Некоторые зарубежные фирмы используют классификацию,в основу которой положены качество и ценность алмазов. В настоящей стране принята классификация, где учитывается качество алмазов, их масса, размерность и сфера применения.

Важно

По качеству выделяется девять категорий природного алмазного сырья. К категориям 1 и 2 отнесены ювелирные алмазы, к остальным-различные сорта технических.

В свою очередь, категории подразделяются на группы с учетом массы и размеров кристаллов, а группы-на подгруппы с указанием области использования алмазов.