Как получается алмаз
В Древнем Вавилоне существовала своя версия, как алмазы появились на Земле – считалось, это брызги небесного материала, из которого Боги возводили купол небосвода.
Также существовала версия, что алмаз – это окаменевшие под взглядом василиска капли утренней росы.
Происхождение алмазов
Алмаз представляет собой минерал, является кристаллической модификацией чистого углерода. Для алмазов характерна кристаллизация в форме октаэдров, реже в виде куба. Для образования алмаза важно, чтобы при понижении давления температура увеличивалась. Эти камни отличаются индивидуальной уникальностью, двух идентичных камней найти невозможно – это как с отпечатками пальцев.
Алмазам присуще зарождение в континентальных районах с геологической стабильностью. Чтобы углерод сменил форму графита на более жесткую структуру, он должен залегать на глубине в 100-200 км под воздействием температуры в 1100 – 1300 о С.
Месторождения
Какая территория наиболее перспективна для обнаружения алмазов? Если смотреть геологические карты, то наибольшие шансы для обнаружения алмазной жилы будут на участках с самой древней земной корой, в составе которых присутствуют магматические породы. Уже на данных участках нас будут интересовать «трубки взрыва». Так как в составе образующих их пород часто присутствуют магнитные минералы, такие зоны будут характеризоваться «магнитными аномалиями». Такие трубки тесно связаны с кратонами, или древними платформами, которые в архейский период стабилизировали земную кору. Такие платформы есть практически на всех континентах. Единственное место, где нет залежей алмазов – Антарктида, что обусловлено спецификой образования минералов.
Трубки взрыва представляют вид коренного месторождения алмазов, их называют кимберлитовыми и лампроитовыми. Также в качестве месторождений могут выступать россыпи – это вторичные месторождения, образующиеся на месте разрушения коренных трубок.
Кимберлитовые и лампроитовые трубки – вертикально ориентированное геологическое тело. По сути – это столб, верхняя часть которого оканчивается раздувом. При прорыве газов сквозь земную кору образуется своеобразная воронка.
По оценкам специалистов в лампроитовых трубках сосредоточено только 10% от общего запаса алмазов, а почти 90% приходится именно на кимберлитовые месторождения. Геологами открыто более 1500 кимберлитовых тел и только 8-10% содержат алмазные породы.
Крупнейшие месторождения алмазов:
Мантийно-магматическая теория
Сторонники мантийно-магматической теории считают, что алмазы зарождаются из угольных пластов, которые длительное время находились в химически однородном окружении под давлением более 5000 Па. В результате прорыва магмы на поверхность с глубины в 150 км, алмазы выносятся из очагов на поверхность.
Выделяют 3 группы магматических теорий:
Третья версия на сегодняшний день признается как наиболее реалистичная. Концентрация алмазов в земных недрах достаточно высокая, это не редкий минерал. Другое дело, что для промышленной добычи человеку доступны лишь немногие из месторождений.
Алмазы земного происхождения
Отличительная особенность всех алмазодобывающих карьеров – расположение в районах с высокой вулканической активностью. Кимберлитовые трубки – жерла, оставшиеся от вулканов, разрушенных эрозией.
Примечательно, что у алмазов земного происхождения формируется кубическая кристаллическая решётка, а у алмазов из метеоритов она гексагональная. Алмазный кристалл в процессе формирования поглощает из внешней среды включения расплавов, флюидов и минералов. Оттенок минерала зависит от специфики встраивания в кристаллическую решетку атомов азота.
Алмазы метеоритного происхождения
Впервые алмазы в метеоритном веществе были обнаружены в 1888 году российскими исследователями Лачиновым и Ерофеевым. Они обнаружили драгоценные вкрапления, изучая образцы каменного метеорита, обнаруженного в Мордовии и названного по наименованию места находки – Новый Урей. Это открытие перевернуло устоявшееся доселе представление о том, что зарождаться алмазы могут исключительно в глубине земных недр.
Метеориты с аналогичным составом вещества получили название уреилиты. Их особенность в составе – это углистые (углеродистые) ахондриты. Попытки обнаружить алмазы в метеоритах с другим составом успеха не принесли.
У сторонников теории метеоритного происхождения алмазов существует 2 версии.
Вторая версия соотносится с данными о зарождении алмазов на нашей планете. В момент прохождения атмосферы астероид накаляется, воспроизводя условия зарождения кристаллов в магме.
Как отличить алмаз от кварца
Представителем бесцветного и прозрачного кварца является хорошо знакомый всем горный хрусталь. Ювелиры говорят о том, что специалист и даже просто наблюдательный человек сразу увидит обман, если под видом алмаза ему покажут кварц. Однако, если человек никогда не видел камни воочию, риск того, что вы не увидите подлога есть. Итак, как отличить алмаз от кварца, если он еще не огранен.
Если есть возможность сравнить с эталоном, то вы увидите, что прозрачность кварца будет сильно уступать алмазу, камень будет выглядеть мутным.
Как отличить от подделки
Визуально большинство алмазов воспринимаются бесцветными. Отличить оттенки на глаз можно лишь при вы выраженном цвете, либо в сравнении с эталоном. Именно поэтому за алмаз могут выдаваться:
Отличить алмаз от подделки помогут его природные характеристики. Если в ваши планы не входит утрата образца, действуйте аккуратно.
Еще признаки, что у вас в руках алмаз: камень не притягивает пыль; природный алмаз виден в воде и устойчив к соляной кислоте; если смочить алмаз и провести по нему алюминиевой пластиной, на камне останется след, напоминающий графит.
Алмаз
507-каратный алмаз Cullinan Heritage
Алмаз — самый твёрдый минерал, кубическая полиморфная (аллотропная) модификация углерода(C), устойчивая при высоком давлении. При атмосферном давлении и комнатной температуре метастабилен, но может существовать неограниченно долго, не превращаясь в стабильный в этих условиях графит. В вакууме или в инертном газе при повышенных температурах постепенно переходит в графит.
СТРУКТУРА
Кристаллическая структура алмаза
Сингония алмаза кубическая, пространственная группа Fd3m. Элементарная ячейка кристаллической решетки алмаза представляет собой гранецентрированный куб, в котором в четырех секторах расположенных в шахматном порядке, находятся атомы углерода. Иначе алмазную структуру можно представить как две кубических гранецентрированных решетки, смещенных друг относительно друга по главной диагонали куба на четверть её длины. Структура аналогичная алмазной установлена у кремния, низкотемпературной модификации олова и некоторых других простых веществ.
Кристаллы алмаза всегда содержат различные дефекты кристаллической структуры (точечные, линейные дефекты, включения, границы субзерен и тп.). Такие дефекты в значительной степени определяют физические свойства кристаллов.
СВОЙСТВА
МОРФОЛОГИЯ
Морфология алмаза очень разнообразна. Он встречается как в виде монокристаллов, так и в виде поликристаллических срастаний («борт», «баллас», «карбонадо»). Алмазы из кимберлитовых месторождений имеют только одну распространенную плоскогранную форму — октаэдр. При этом во всех месторождениях распространены алмазы с характерными кривогранными формами — ромбододекаэдроиды (кристаллы похожие на ромбододекаэдр, но с округлыми гранями), и кубоиды (кристаллы с криволинейной формой ). Как показали экспериментальные исследования и изучение природных образцов в большинстве случаев кристаллы в форме додекаэдроида возникают в результате растворения алмазов кимберлитовым расплавом. Кубоиды образуются в результате специфического волокнистого роста алмазов по нормальному механизму роста.
Алмаз Куллинан разбитый на 9 частей
Синтетические кристаллы, выращенные при высоких давлениях и температурах, часто имеют грани куба и это является одни их характерных отличий от природных кристаллов. При выращивании в метастабильных условиях алмаз легко кристаллизуется в виде пленок и шестоватых агрегатов.
Размеры кристаллов варьируют от микроскопических до очень крупных, масса самого крупного алмаза «Куллинан», найденного в 1905г. в Южной Африке 3106 карат (0,621кг).
На изучение огромного алмаза было потрачено несколько месяцев и в 1908 году он был расколот на 9 крупных частей.
Алмазы массой более 15 карат — редкость, а массой от сотни карат — уникальны и считаются раритетами. Такие камни очень редки и часто получают собственные имена, мировую известность и своё особое место в истории.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
Хотя при нормальных условиях алмаз метастабилен, он в силу устойчивости своей кристаллической структуры может существовать неопределенно долго, не превращаясь в устойчивую модификацию углерода — графит. Алмазы, которые вынесены на поверхность кимберилитами или лампроитами кристаллизуется в мантии на глубине 200 км. и более при давлении более 4 Гпа и температуре 1000 — 1300 ° С. В некоторых меторождениях встречаются и более глубинные алмазы, вынесенные из переходной зоны или из нижней мантии. Наряду с этим, они выносятся к поверхности Земли в результате взрывных процессов, сопровождающих формирование кимберлитовых трубок, 15-20% которых содержит алмаз.
Алмазы встречаются также в метаморфических комплексах сверхвысоких давлений. Они ассоциируют с эклогитами и глубокометаморфизованными гранатовыми гнейсами. Мелкие алмазы в значительных количествах обнаружены в метеоритах. Они имеют очень древнее, досолнечное происхождение. Также они образуются в крупных астроблемах — гигантских метеоритных кратерах, где переплавленные породы содержат значительные количества мелкокристаллического алмаза. Известным месторождением такого типа является Попигайская астроблема на севере Сибири.
Алмазы редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны всех континентах, кроме Антарктиды. Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет алмазы добывались из россыпных месторождений. Только к концу XIX века, когда впервые были открыты алмазоносные кимберлитовая трубка, стало ясно, что алмазы не образуются в речных отложениях. Кроме этого алмазы были найдены в коровых породах в ассоциациях метаморфизма сверхвысоких давлений, например в Кокчетавском массиве в Казахстане.
И импактные, и метаморфические алмазы иногда образуют весьма масштабные месторождения, с большими запасами и высокой концентрацией. Но в этих типах месторождений алмазы настолько мелкие, что не имеют промышленной ценности. Промышленные месторождения алмазов связаны с кимберлитовыми и лампроитовыми трубками, приуроченными к древним кратонам. Основные месторождения этого типа известны в Африке, России, Австралии и Канаде.
ПРИМЕНЕНИЕ
Хорошие кристаллы подвергаются огранке и используются в ювелирном деле. Ювелирными считаются около 15% добываемых алмазов, еще 45% считаются околоювелирными, то есть уступают ювелирным по размеру, цвету или чистоте. В настоящее время общемировой объем добычи алмазов составляет порядка 130 миллионов карат в год.
Бриллиант (от франц. brillant — блестящий), — алмаз, которому посредством механической обработки (огранки) придана специальная форма, бриллиантовая огранка, максимально раскрывающая такие оптические свойства камня, как блеск и цветовая дисперсия.
Совсем мелкие алмазы и осколки, непригодные для огранки, идут в качестве абразива для изготовления алмазного инструмента, необходимого для обработки твёрдых материалов и огранки самих алмазов. Скрытокристаллическая разновидность алмаза чёрного или тёмно-серого цвета, образующая плотные или пористые агрегаты, носит название Карбонадо, обладает более высоким сопротивлением истиранию, чем у кристаллов алмаза и благодаря этому особенно ценится в промышленности.
Мелкие кристаллы также в больших количествах выращиваются искусственным путём. Синтетические алмазы получают из различных углеродсодержащих веществ, главным образом из графита, в спец. аппаратах при 1200-1600°С и давлениях 4,5-8,0 ГПа в присутствии Fe, Co, Сr, Мn или их сплавов. Они пригодны для использования только в технических целях.
Происхождение алмазов
В природе алмазы встречаются в основном в особых земных породах магматического происхождения — кимберлитах и лампроитах, а также в образованных остатками этих пород россыпях.
Алмазы метеоритного происхождения
Алмазы в виде мельчайших вкраплений часто находят в некоторых видах каменных и металлических метеоритов, а также импактитах – образованиях, возникших в месте удара о землю метеоритов.
Первыми алмазы в метеоритах обнаружили русские ученые М. В. Ерофеев и П. А. Лачинов в 1888 году. Они изучали каменный метеорит Новый Урей весом в 2116 граммов, который упал в 1886 году в Мордовии.
Алмазы в железном метеорите были обнаружены в 1891 году при исследовании осколков метеорита Canyon Diablo, упавшего примерно 20-40 тысяч лет назад в Аризоне, США, недалеко от одноименного каньона. Полагают, что вес этого метеорита составлял примерно 30 тонн.
Откуда в метеоритах алмазы?
Существует несколько гипотез происхождения алмазов в метеоритах. К сожалению, гипотеза об алмазосодержащих метеоритах как о части какого-то крупного тела или даже планеты из алмазов не находит подтверждения. Большинство ученых склоняются к версии, что алмазы в метеоритах имеют импактное происхождение, образовываясь в момент соударения в поясе астероидов.
От удара метеоритов о землю появляются особые породы — импактиты (от англ. impact — «столкновение», «удар»). В момент удара развивается огромное давление в десятки ГПа и температура в 2000-3000°С. В этих условиях углерод, содержащийся в соударяемых веществах, может преобразовываться в алмаз.
Алмазы импактного происхождения иногда образуют значительные залежи. В России широко известна Попигайская астроблема. Это кратер размером примерно 100 километров, возникший около 35 миллионов лет назад на границе современных Красноярского края и Якутии от удара метеорита размером около 7 километров. Однако, несмотря на значительную концентрацию, импактные алмазы слишком мелкие для промышленной добычи.
В настоящее время, все добываемые и используемые алмазы имеют земное происхождение.
Алмазы земного происхождения
Существует множество теорий происхождения алмазов в недрах земли. Большинство специалистов сходятся во мнении, что добываемые алмазы образовались в мантии земли от 100 миллионов до 2,5 миллиардов лет назад, на глубинах от 100 до 200 километров при температурах от 900 до 1300°С и давлении около 4-5 ГПа (примерно 40 000-50 000 атмосфер). На поверхность земли алмазы были доставлены магматическими породами (кимберлитами и лампроитами) в результате взрывных процессов. Имеются различные данные об образовании алмазов на глубинах до 700 километров.
Как образуются алмазы в магматических породах?
Многочисленные теории о механизме возникновения алмазов в магматических породах можно условно разделить на три группы.
Алмаз в природе не является очень редким веществом, однако для промышленной добычи доступно ограниченное число месторождений.
Алмаз, описание, характеристики, свойства и происхождение
Алмаз, описание, характеристики, свойства и происхождение.
Алмаз представляет собой твердую аллотропную форму углерода, атомы которого имеют кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку.
Алмаз, характеристики, описание, кристаллическая решетка, химический состав:
Алмаз – это природный минерал, состоящий из углерода и кристаллизующийся в кубической сингонии.
Алмаз является самым твердым природным материалом на Земле.
Алмаз – редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. К настоящему времени алмазы найдены на всех континентах Земли, в том числе и в Антарктиде.
Таким образом, в алмазе каждый атом углерода связан с четырьмя другими атомами. В алмазе связи сформированы sp 3 гибридными орбиталями. Такая связь является наиболее прочной. Именно прочная связь атомов углерода и отсутствие свободного электрона объясняет высокую твёрдость алмаза. Из всех известных веществ алмаз также имеет наибольшее количество атомов на единицу объема, поэтому он одновременно и самый твердый, и наименее сжимаемый.
Наоборот, в графите – другой аллотропной форме углерода, каждый атом углерода связан с тремя атомами аналогичными атомами и имеет один свободный электрон. В графите межатомные связи сформированы sp 2 гибридными орбиталями. Связи между атомами углерода в графите формируются в одной плоскости. Связи между плоскостями графита слабы. Это и обуславливает высокую мягкость графита и свойство слоев графита легко отделяться (отслаиваться) друг от друга.
При нормальных условиях (т.е. комнатной температуре и нормальном давлении), а также высоких давлениях алмаз может существовать неограниченно долго. При комнатной температуре и давлении другая твердая форма углерода, известная как графит, также является химически стабильной формой, но алмаз почти никогда не превращается в нее. И только в вакууме или в инертном газе при повышенных температурах – при 2000 о С алмаз постепенно переходит в графит.
Алмазы бывают совершенно разных цветов и оттенков: от стального серого, белого до коричневого и черного цветов. Редко встречаются бесцветные и прозрачные камни. Это обусловлено тем, что природный алмаз может содержать небольшое количество дефектов и примесей (около одного на миллион атомов углерода). Небольшие количества дефектов или примесей окрашивают алмаз в синий (примеси бора), желтый (примеси азота), коричневый (дефекты кристаллической решетки), зеленый (радиационное воздействие), фиолетовый, розовый, оранжевый, красный или серые цвета. Вместе с тем, химически чистый и структурно совершенный алмаз прозрачен и не имеет оттенка или цвета.
Алмаз также обладает относительно высокой оптической дисперсией (способностью рассеивать свет разных цветов).
Твердость алмаза и его высокая оптическая дисперсия способствует его использованию в качестве драгоценного камня. В отличие от многих других драгоценных камней, он хорошо подходит для ежедневного ношения из-за его устойчивости к царапинам. Поцарапать алмаз может только другой алмаз.
Огранённый алмаз называется бриллиантом.
Алмаз состоит из чистого углерода. В небольших количествах в нем присутствуют различные примеси других химических элементов (бор, азот, алюминий, кремний, кальций, магний и т.д.).
Образование и происхождение алмазов:
Под высоким давлением и температурой углеродсодержащие жидкости растворяли минералы в породе и заменяли их алмазами.
Гораздо позднее (десятки – сотни миллионов лет назад) они были вынесены на поверхность в результате извержений вулканов и отложились в магматических породах, известных как кимберлиты и лампроиты.
Механические, оптические, химические и иные свойства алмаза:
– алмаз представляет собой твердую форму чистого углерода. Твердость по шкале Мооса 10,
– имеет высокую плотность от 3,47-3,55 г/см³,
– обладает хрупкостью, легко раскалывается,
– имеет большой показатель преломления и относительно высокую оптическую дисперсию (способность рассеивать свет разных цветов). Эти свойства заставляют нанесенные при обработке алмаза грани блестеть, играя на свету,
– обладает наиболее высокой теплопроводностью среди всех твёрдых тел 900-2300 Вт/(м·К). Из-за этого алмаз на ощупь холодный,
– у алмаза очень низкий коэффициент трения по металлу,
– имеет самый высокий модуль упругости,
– под действием солнечного света, а также под действием катодных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей алмазы начинают люминесцировать – светиться различными цветами. Именно это специфическое свойство алмаза позволяет его выявлять в породе,
– алмазы химически стабильны. При комнатной температурой они не реагируют с кислоты и щелочами. Поверхность алмаза может окисляться только при температуре воздуха выше 850 °C. Алмаз также реагирует с газом фтора при температуре свыше 700 °C,
– лучепреломление алмаза таково, что, поместив бесцветный кристалл на страницу с печатным текстом, прочитать написанное не получится. Эта характеристика алмаза позволяет отличить подделку от оригинала. Также если посмотреть сквозь алмаз на солнце, то будет видна лишь тусклая точка,
– под действием радиоактивного излучения алмаз меняет окраску на насыщенный зеленый цвет.
Физические свойства алмаза:
| Наименование показателя: | Значение: |
| Длина связи С–С, нм | 0,15 |
| Плотность, г/см 2 | от 3,47 до 3,55 |
| Температура плавления (при давлении 11 ГПа), о С | 3700-4000 °C |
| Теплопроводность, Вт/(м·К) | от 900 до 2300 |
| Показатель преломления | от 2,417 до 2,419 (в желтом цвете), |
в других цветах – от 2,402 (красный цвет) до 2,465 (фиолетовый цвет).
Огранка алмаза:
Основными типами огранки алмаза являются:
– круглая (со стандартным числом 57 граней),
– фантазийная, к которой относятся такие виды огранки, как «овальная», «груша», «маркиза», «принцесса», «радиант», «сердце», «квадрат», «изумруд», « треугольник » и другие виды.
Форма огранки бриллианта зависит от формы исходного кристалла алмаза.
Оценка алмаза как ювелирного камня:
Ограненный алмаз называют бриллиантом (от фр. brillant «блестящий, сверкающий»). Ему придают специальную форму, максимально выявляющую его естественный блеск.
Все бриллианты оценивают по системе «4 C»:
– и carat (масса в каратах), что позволяет определить, насколько камень близок к совершенству.
В огранке (cut) алмаза ценится ее качество: насколько грани геометрически точны и пропорциональны друг другу. Идеальная огранка кодируется литерой «А», далее — Б, В, Г — по убыванию качества. В международной системе (GIA, Gemological Institute of America) идеальная огранка обозначена как Excellent, и по убыванию качества (Very Good, Good, Fair, Bad).
Чистота (clarity ) пожалуй самый существенный показатель качества бриллиантов: выражается она в наличии или отсутствии дефектов камня или посторонних включений. Бриллианты без изъянов называются бриллиантами чистой воды.
Цвет бриллианта также имеет значение. Особо ценятся бриллианты зеленого, фиолетового и черного цветов. Такие бриллианты встречаются очень редко.
Масса бриллиантов измеряется в каратах: 1 карат равен 0,2 грамма. Чем больше масса бриллианта, тем он стоит дороже.
