Алмаз - дорогоцінний камінь. Алмаз по праву вважається одним з найдорожчих мінералів. Навіть крихітні алмазікі стоять в сотні разів дорожче рівних їм за вагою шматочків платини і золота, великі ж алмази просто неоціненні в порівнянні з іншими дорогоцінними каменями. Ювеліри огранюванням алмазу виготовляють з нього діамант, який відрізняється дивовижним засобом, який робить промінь світла в веселу веселку. Камінь при найменшому русі іскриться і переливається - "грає" строкатими тонами чудових відтінків.

Як відомо, промінь світла складається з променів різного кольору. Вони складають спектр, в якому крайніми є червоний і фіолетовий промені. Проходячи через різні прозорі матеріали, світловий промінь заломлюється по-різному, причому кожному кольору притаманний свій, певний характер заломлення. Матеріал, що пропускає промені, характеризується показниками їх заломлення і різницею показників заломлення червоного і фіолетового променів. Різниця показників заломлення червоного і фіолетового променів визначає дисперсію матеріалу. "Гра" алмазного кристала пояснюється високими показниками заломлення і високою дисперсією. Луч білого світла, заломлюючись в алмазі, дає більш широко розходиться пучок спектральних променів і тому більш помітно переливається всіма кольорами веселки.

За прозорості алмази ділять на кілька категорій, В найпрозоріших кристалах дефекти не видно навіть під лупою з 10-кратним збільшенням - ці алмази бездоганні. Найменш прозорі кристали, дефекти яких можна виявити неозброєним оком. Однак навіть найчистіший кристал алмазу (його називають алмазом "чистої води") має різні включення і домішки. Від їх наявності залежить поглинання кристалом променів тієї чи іншої ділянки спектра. Це, в свою чергу, теж впливає на кольорові ефекти алмазу.

Найдорожчим зазвичай вважається безбарвний алмаз. Однак в природі бувають кристали алмаза яскравих чистих тонів червоного, зеленого, блакитного і помаранчевого кольорів. Ці камені за свої якості цінуються ще вище.

Цінність кристала залежить не тільки від його прозорості і кольору, але і від огранки - якості шліфування і форми готового алмазу. Найчастіше зустрічаються огранювання "троянда", "маркіза", "діамантова", у вигляді грушоподібної форми. Діамантове ограновування найпривабливіша: камінь набуває максимальний блиск, чудову "гру" і "вогонь".

Цього домагаються, надавши алмазу форму з 58 гранями, положення яких визначається з геометричною точністю.

Вартість алмазу визначається і його вагою: чим більше камінь, тим вище його ціна. Вага алмазу вимірюється в спеціальних одиницях - каратах (0,2 г). У стародавні часи в якості одного із мірил використовували насіння ріжкового дерева, по-грецьки "кератіон". Звідси і пішла назва "карат". Найбільш великі алмази досягають 200 і більше каратів. Найвідоміші серед них - алмази "Надія", "Орлов", "Коінур", "Великий Могол", "Шах".

Незвичайна краса алмазу стала причиною його складної долі. Протягом багатьох століть дивовижному каменю приписували різні магічні властивості: його вважали приносить удачу, щастя, охороняє вірність і вічну любов, дарує мужність і вселяє страх. Особливо великі алмази ставали символами влади і багатства. Їх історія наповнена неймовірними пригодами, викраденнями і обманами. У дого великого каменю - своя багатогранне життя. Так, алмаз "Коінур", сяючий зараз в короні англійської королеви, в XIX в. належав афганському шахові Шуджа. Заради того, щоб утримати у себе цю найбільшу коштовність, шах пішов навіть на тортури, але все одно позбувся каменю. Діамант "Надія" приносив нещастя всім своїм власникам, починаючи з Людовика XIV і закінчуючи американкою Евелін Уолш. Легенди оповідають про багатьох вбивствах, змовах і катастрофах, пов'язаних з цим красивим кристалом.

Склад і структура алмазу. Ці легендарні кристали, як і всі алмази взагалі, складаються з вуглецю, який дуже поширений в природі. З атомів вуглецю утворюється і графіт, і кам'яне вугілля, причому по числу атомів молекули графіту і кам'яного вугілля зовсім не відрізняються від молекули безбарвного алмазу. Такий алмаз являє собою найчистіший вуглець, а забарвлення кристалу надають домішки.

Людина далеко не відразу зрозумів, що алмаз - одна з форм вуглецю. Таке відкриття стало результатом багаторічного дослідження алмазу вченими. Спочатку в кінці XVII ст. Ісаак Ньютон, вивчаючи заломлення світла органічними речовинами, зробив сміливе припущення про органічну природу алмаза; потім в 1772 р відомий французький хімік Антуан Лавуазьє досліджував вплив сконцентрованого гігантської лінзою сонячного випромінювання на алмаз. Він виявив, що алмаз згоряє на повітрі, а продукти реакції викликають таке ж помутніння вапняної води, як і вуглекислий газ. Англійський хімік Смитсон Тенна пішов далі. Нагріваючи в герметично закритому золотом посудині з селітрою однакові навішування вугілля, графіту і алмазу, він в 1797 р встановив, що утворюються однакові кількості "пов'язаного повітря". Остаточно переконалися в тотожності алмаза вуглецю англійці Хемфрі Деві і Майкл Фарадей. У 1814 р за допомогою запального скла і сонця вони спалювали ретельно зважені алмаз і графіт в чистому кисні, попередньо вимірявши його кількість в реакційній посудині. Дослідники переконливо довели, що після спалювання алмазу утворюється тільки вуглекислота, і нічого більше. Коротка історія вивчення природи алмазу завершилася в 1913 р, коли батько і син Брегг отримали рентгенограму алмазу і встановили його внутрішню структуру, т. Е. Розташування атомів в його кристалічній решітці.

Саме з кристалічною структурою алмазу пов'язані його дивовижні оптичні якості, унікальні фізичні і хімічні властивості. Мінімальна повна осередок алмазу має кубічну решітку, що містить 18 атомів вуглецю, з яких 8 розташовані в вершинах куба, 6 - в центрі його граней, 4 - в центрах чотирьох (з восьми) кубів, утворених розподілом елементарної комірки трьома взаємно перпендикулярними площинами. Постійна кристалічної решітки алмазу (відстань, на якому повністю повторюється структура) становить 3,657А (А = 10-10 м = 1 ангстрем), а найкоротша відстань між атомами одно 1,54А. Кожен атом вуглецю в решітці алмазу має чотирьох еквівалентних сусідів, розташованих під кутом 109 ° 30 'по відношенню один до одного. У алмазі кожен з чотирьох валентних електронів вступає в ковалентний зв'язок з одним з електронів сусіднього атома. Ковалентний зв'язок характеризується дуже високою міцністю. З елементів кристалічної структури алмазу складаються кристали, які зазвичай мають форму октаедра, ромбододекаедра, гексоекосоедра, куба, іноді зустрічаються комбінації цих фігур.

Алмаз складається з чистого вуглецю. Але останній може складати і іншу кристалічну решітку з іншим типом зв'язків атомів в кристалах, утворюючи абсолютно відрізняється за своїми властивостями від алмаза речовина - графіт. Графіт має складну, шарувату структуру з відстанню між шарами 3,39А. Атоми в шарі утворюють правильні шестикутники зі стороною 1,42 А. Взаємна орієнтація шарів така, що три вершини шестикутників одного шару знаходяться під центрами шестикутників іншого. Тому повна повторюваність структури графіту дорівнює подвоєному відстані між шарами. Завдяки своїй шаруватої структурі графіт легко розщеплюється на лусочки, але в самому шарі атоми вуглецю зв'язані один з одним навіть міцніше, ніж в алмазі.

Унікальні властивості алмаз отримав в результаті незвичайних умов, в яких він формувався мільйони років тому. Величезна температура і високий тиск в надрах Землі змусили атоми вуглецю побудуватися в правильні кубічні решітки, що додали мінералу неперевершену твердість.

Алмаз - еталон твердості. Алмаз цінний не тільки своїми незвичайними оптичними властивостями, якими почасти мають і деякі інші мінерали, наприклад циркон. Алмазний кристал привертає вчених і інженерів високою механічною стійкістю.

Механічна стійкість кристала визначається твердістю - опором вдавленням або дряпання його іншим предметом. Твердість можна заміряти різними способами. Кожен спосіб має свою шкалу твердості і своє розподіл кристалів на цій шкалі. Алмаз в будь-який шкалою стає еталоном твердості.

У 1811 р німецький мінералог Ф. Моос запропонував свою шкалу твердості. Шкала Мооса зараз одна з найбільш відомих. Вона заснована на тому, що більш твердий матеріал залишає подряпини на більш м'якому. В якості еталонних для шкали матеріалів Моос взяв 10 мінералів: найм'якший - тальк, його твердість була прийнята за 1, потім гіпс - 2, кальцій - 3, флюорит - 4, апатит - 5, ортоклаз - 6, кварц - 7, топаз - 8, корунд - 9 і самий твердий - алмаз - 10 одиниць. Будь-який інший мінерал (або взагалі будь-яке тверде тіло, наприклад скло, метал та ін.) Можна помістити на шкалі між двома мінералами, з яких один дряпає дане тіло, а інший, навпаки, дряпається ім. Однак такий спосіб не дуже зручний: тут багато що залежить від форми тіл і мінералів і способу нанесення подряпин. До того ж твердість різних граней одного і того ж кристала неоднакова. Наприклад, у алмазу найбільшою твердістю володіє грань октаедра, найменшою - грань куба.

Відомий і інший спосіб визначення твердості. У відшліфовану поверхню досліджуваного тіла вдавлюють з постійною силою алмазну чотиригранну піраміду. Чим менше площа утворюється ямки, тим вище твердість досвідченого зразка. Щоб отримати чисельний показник його твердості, силу (в кг), з якої вдавлювали піраміду, ділять на площу ямки (в мм2).

Даний показник (в кг / мм2) дещо змінюється в залежності від сили притиску алмазної піраміди. Особливо сильно зміненим виходить він у тел з неоднаковими по всій глибині властивостями. Наприклад, скло, загартоване швидким охолодженням розплаву, має більш щільний поверхневий шар: він охолов, стиснувся і затвердів в першу чергу, а внутрішні частини, укладені в утворену "корочку", зберегли стан меншої щільності. У таких випадках зручніше вимірювати твердість при дуже малому вдавливании алмазної піраміди. Що ж стосується площі ямки, то вона вимірюється під мікроскопом з сильним збільшенням. Спеціальні прилади для вимірювання цієї мікротвердості були розроблені вченими Інституту машинознавства АН СРСР М. М. Хрущовим і Е. С. Берковичем.

Новий спосіб дав цікаві результати. Були виміряні показники твердості для кварцу - 1100 г / мм2, топазу - 1400, корунду - 2100, алмаза- 10000 кг / мм2.

Як бачимо, алмаз і тут є еталоном твердості. За новою шкалою, зокрема, легко кількісно охарактеризувати твердість тіл, які за цим показником повинні розташовуватися між алмазом і корундом.

Алмаз крихкий. Твердість речовини - міра його стійкості. Однак, володіючи високою механічною стійкістю, алмаз вважається крихким матеріалом. Він руйнується від ударів і, отже, має невисоку міцність.

Люди довгий час плутали ці дві важливі якості короля мінералів - твердість і міцність. Не уникнув цього і знаменитий поет і філософ стародавнього Риму

Лукрецій Кар

У своїй поемі "Про природу речей" він писав:

Помилявся Лукрецій: алмази бояться ударів! Саме це властивість - крихкість - і заважає використанню кристалів алмазу в різцях для обробки поверхні, що має отвори або поглиблення. Такий різець відчуває удари об стінки отворів.

Алмаз хімічно стійкий. Він дуже стійкий хімічно. Алмаз розчиняється навіть при кип'ятінні в сірчаної, азотної, плавикової кислотах або їх сумішах, руйнівно діють на інші мінерали. Для нього не є небезпечною і кипляча хлорне кислота, легко розчиняються графіт. Алмаз повільно окислюється в розплавах лугів і більш стійкий, ніж графіт, при окисленні киснем. Ні молекули, ні атоми водню не діють на алмаз, тоді як графіт легко перетворюється в газ при взаємодії з атомами водню.

Без доступу кисню алмаз витримує короткочасний нагрів навіть до 2000 ° С. Однак в середовищі, де присутній кисень, при температурах вище 1500 ° С алмаз легко окислюється і переходить в графіт.

Це властивість алмазу обмежує швидкість обробки матеріалів алмазним інструментом, так як при великих швидкостях алмаз від тертя нагрівається і окислюється киснем повітря - відбувається хімічний знос алмазу.

Якщо механічна твердість і хімічна стійкість алмазного кристала цінувалися раніше тільки в ювелірній справі, то з початком технічного використання алмазу вони відіграють особливу роль. Будучи самим твердим тілом, алмаз використовується не тільки для визначення твердості інших тіл, але і для обробки матеріалів різанням, свердлінням, грубої і тонкої шліфуванням, поліруванням.

Для застосування алмазу в деяких нових технічних напрямах мають велике значення і інші його унікальні властивості, такі, як найвища теплопровідність у поєднанні з високим електричним опором. Наприклад, алмази при температурах вище 100 ° (за шкалою Кельвіна) мають теплопровідністю вищою, ніж навіть срібло і мідь, причому коефіцієнт теплового розширення дуже малий. Завдяки цьому алмаз не боїться різких нагревов зовнішніми джерелами тепла.

Алмаз є чудовим ізолятором і тому дуже потрібен в мікроелектроніці. Досить повідомити окремих дільницях поверхні алмазу напівпровідникові властивості, і їх можна використовувати для отримання мікросхем. Кристали алмаза знаходять і інше застосування в області радіоелектроніки.

Так алмаз, продовжуючи свою багатовікову історію самого красивого дорогоцінного каменю, набуває і різні спеціальності.

Які ж професії алмаза?