Штучне вирощування рубінів
Міністерство освіти і науки України
Дніпропетровський національний університет
Реферат на тему:
«Штучне вирощування рубінів»
к.х.н., доцент кафедри
Рубін і сапфір - мінерали, які хоч і відрізняються на вигляд, мають ідентичну кристалічну структуру і властивості, за винятком присутності незначних концентрацій елементів-домішок, що надають їм характерні кольори. Ще в 1672 р. Роберт Бойль зазначив, що «твердість рубіна і сапфіру настільки однакова, що ювеліри вважають їх одним каменем, що відрізняється лише кольором», і підтвердив цю думку вказівкою на однакову питому вагу. Рубін і сапфір складаються в основному з окису алюмінію А12 О3, кристалічну форму якої мінералоги називають корундом. Застосування терміну "глинозем" до цих матеріалів нерідко призводить до плутанини, оскільки він відноситься до всіх форм окису алюмінію, а назву "корунд" використовують тільки для кристалічного матеріалу. Чистий корунд безбарвний, і гемологи називають такий природний різновид «білим сапфіром». Більшість людей вважають, що сапфір це дорогоцінний камінь синього кольору, але він може бути жовтим, рожевим, помаранчевим, синьо-зеленим і безбарвним. Рубін же — це лише «червоний сапфір», хоча слід зауважити, що цю назву він отримав задовго до того, як стало відомо подібність їх властивостей. Характерний колір рубіну надає домішка хрому, а присутність інших елементів домішок змінює забарвлення. Найбільш високо цінний відтінок має колір «голубини крові», хоча, найімовірніше, ювеліри не мають звички різати голубів, щоб подивитися, наскільки колір їхнього каменю відповідає цьому ідеалу!
Всі форми корунду мають високу твердість, що впоєднанні з чудовим кольором призвело до великої популярності рубіну та сапфіру, якими прикрашають кільця та інші ювелірні вироби. Корунд широко використовується також у різних інструментах і приладах, у тому числі в годинникових механізмах (як підшипники і підп'ятники для частин, що обертаються).
Хоча дрібні кристали рубіну були синтезовані Годеном, а також Фремі та Фейлем, проте камінням, яке на деякий час похитнули підвалини спільноти ювелірів, були так звані женевські рубіни. Про це каміння вперше повідомив у 1886 р. П. Жантаз, мінералог Музею історії природи в Парижі. Спочатку вважалося, що це природні рубіни, проте група ювелірів висловила сумнів і надала Жантазу зразок для того, щоб він висловив свою думку. Жантаз роконсультувався із проф. М. Фріделем з Сорбонни, а також з М. Вандерхімом, президентом Синдикату алмазів і дорогоцінного каміння, і всі зійшлися на думці, що це синтетичний рубін. Вирішальним фактором була наявність у кристалах дуже дрібних пухирців. Такі бульбашки звичайні для кристалів, вирощених при плавленні у високотемпературному полум'ї. Природні кристали можуть містити рідкі, тверді і навіть газові включення, але ніколи в них не спостерігається правильного розташування дрібних газових бульбашок, характерних для кристалів, вирощених з використанням пальників з воднем або світильним газом у суміші з киснем.
Так народилася легенда, що женевські рубіни є «реконструйованими» з дрібних природних кристалів.
Уявлення про те, що женевські рубіни складаються з фрагментів природних кристалів, якимось чином поєднаних один з одним, існувало серед фахівців аж до 1969 р., коли Курт Нассау з лабораторії «Белл» у Нью-Джерсі та Роберт КроунінгшилдГемологічний інститут Америки в Нью-Йорку повідомили про результати своїх досліджень женевського методу. Їх висновок зводилося до того що, що сплавлення дрібних кристалів призводить до утворення прозорих рубінів. Вони встановили, що використаному способі застосовувалися розтертий до порошку матеріал і газовий пальник, причому вирощування кристалів проводилося в три стадії. У першу полум'я прямувало на горбок рубінового порошку і розплавляло його з утворенням маленької кульки на вершині. Потім розплавлена частина видалялася і її місці залишалося напівкругле поглиблення. Полум'я прямувало на нову верхню поверхню, в результаті чого знову виходила приблизно кругла кулька, але вже трохи більшого розміру, ніж у початкову стадію. На вершину цієї кульки подавався роздроблений матеріал. Необхідне тепло для розплавлення матеріалу та зростання кристалів підводилося за допомогою двох пальників, орієнтованих або горизонтально або похило під невеликим кутом до вертикалі. Між полум'ям пальників була втулка, через яку подався порошок.
Реконструкція женевського методу Нассау та Кроунінгшилдом заснована на кількох фактах, зокрема на аналізі вмісту хрому у різних частинах кристалу. Використавши метод, який їм вдалося відтворити, ці дослідники виростили такі самі кристали, як і зразки, для яких достовірно відомо, що вони відносяться до женевських рубін. Спроби «реконструювати» рубіни з використанням дрібних уламків природних кристалів призвели до отримання полікристалічного агрегату з сірими межами між індивідуальними уламками. Підтримують висновки Нассау і Кроунінгшилда та деякі факти, згадані у листі, надісланому 1953 р. д-ру Едуарду Губеліну з Люцерна (Швейцарія) містеромБассером, у якому він стверджує, що вирощував у молодості женевські рубіни. Бассер згадує багатостадійність процесу, застосування складеного пальника, обертання кристала та використання платинової трубки. Відносна складність процесу висувала проблему запобігання розтріскування рубінів.
Точно не відомо, чи знав хоча б загалом Огюст Вернейль про сутність методу отримання «женевських рубінів», але він був обізнаний про те, що Марк Годен у Франції вже виготовляв кристали рубіну з використанням киснево-водневого пальника. У 1869 р. Годен представив до Академії наук у Парижі невелику колекцію дорогоцінного каміння на основі корунду, які були виготовлені за допомогою його киснево-водневої «шалюмо» 1 . Цей термін згодом вживав і Вернейль для позначення свого пальника. Колекція Годена включала синій сапфір, "смарагд", "топаз", прозорий камінь "імітуючий алмаз" і "перидот". Щоб порошок глинозему був більш сипким, Годен вважав за необхідне додавати до нього в досить значних пропорціях кремнезем SiO2, але, оскільки кремнезем сприяє утворенню скла і ускладнює кристалізацію розплаву, він побоювався, що продукти його синтезу будуть представлені склом. У той час апаратура, що дозволяє відрізняти скло від кристалів, була недостатньо досконала, тому немає впевненості, чи дійсно дістав Годен кристали сапфіру.
Вернейль концентрує свої зусилля на вдосконаленні методу вирощування кристалів при плавленні в полум'ї й у 1891 р. досягає настільки істотного прогресу, що депонує в Академії наук статтю про деталі свого нового апарату та методики. На цій стадії його робіт, мабуть, було досягнуто основної мети — отримання досить великих кристалів, але турбувало їхнє розтріскування. ЦяПроблема була незабаром вирішена зменшенням площі контакту кристала і кристалоносця, що описувалося в другій, депонованій у Паризькій Академії наук статті. Зміст обох статей був відомий до 1910 р., коли його було розкрито у заявці Вернейля.