Властивості алмазів, ніж відомі
Унікальний камінь – унікальні властивості
У наші дні в середній школі на уроках фізики та хімії учні дізнаються, що такі, здавалося б, полярні за властивостями і несхожі одна на одну речовини, як графіт та алмаз, насправді є так званими поліморфними модифікаціями одного і того ж хімічного елемента. вуглецю. Поліморфні модифікації, або поліморфи, - це речовини, які мають однаковий хімічний склад, але різну кристалічну структуру. У структурі графіту виділяються паралельні плоскі сітки, що складаються з шестикутників з атомами вуглецю у вершинах. У кожній окремо взятій плоскій сітці (шарі) зв'язок між атомами вуглецю досить міцний, а між шарами - слабкий. Різницею в кристалічній структурі і пояснюється несхожість властивостей графіту та алмазу. Здавалося б, елементарний, усім відомий факт. Але щоб його встановити, знадобилися зусилля таких гігантів науки, як І. Ньютон, А. Лавуазьє, М. В. Ломоносов, X. Деві та багато інших. , Твердіша на землі речовина - в хімічному відношенні повністю (якщо не враховувати випадкових домішок) аналогічний графіту, деревному і кам'яному вугіллю, сажі, тобто речовин, широко поширеним і далеко не найпривабливішим за своїм зовнішнім виглядом. Розглянемо, які властивості алмазів, сукупність яких робить цей камінь унікальним природним об'єктом. Твердість. Те, що алмаз найтвердіша речовина на землі, було відомо з давніх-давен. У стародавньому санскритському вірші йдеться про фарію (по-санскритськи -алмаз) так:
Фарія неспроможна дряпати ніякої Коштовний камінь- Він дряпає все каміння. Фарій дряпає фарія.
Грецькі поети Гепсоїд та Есхіл писали, що адамас (грецька назва алмазу) годиться для виготовлення шолома Геракла та ланцюгів Прометея, тобто предметів, незламність яких стала номінальною. Та й сама назва, за різними версіями, походить або від грецької (непереборний, незламний), або від арабської (найтвердіший). Алмазам, як і іншим кристалічним тілам, властива анізотропія деяких характеристик (тобто варіації цих характеристик у різних кристалографічних напрямках), у тому числі і анізотропія твердості, що обумовлено особливостями внутрішньої будови кристалів. Твердість змінюється не тільки від межі до грані ,але й нерідко не більше однієї й тієї ж грані до грані, а й нерідко межах однієї й тієї ж грані кристала ,що необхідно враховувати під час обробки алмазу і за роботі з алмазам інструментом.Так ,під час обробки одного алмазу іншим слід так взаємно орієнтувати, щоб обробка проводилася у напрямі найменшої твердості, а знос алмазного інструменту - у напрямі найбільшої. Необхідно підкреслити, що межа міцності на вигин і на стиск у алмазу порівняно низька, тому він досить крихкий і при різкому і сильному ударі може розколотися. Колеться він за системою площин, паралельних певним граням кристала. У мінералогії така властивість називається спайностью. .З іншого боку, підвищена крихкість алмазу будучи,Безумовно, алмазного інструменту, що обумовлює необхідність його оберігання від різких несподіваних ударів. Навіть використання сталевих щипців при сортуванні діамантів потребує певної навички, інакше можна легко обламати гострі краї каміння. Слід зазначити, що у давні часи ці дві властивості алмазів -твердість і міцність - часто не розрізнялися. Римський історик і єство випробувач Гай Пліній Старший писав, що. Проведи Пліній сам такий досвід , він би переконався , що саме молот і ковадло в нього б залишилися , а дорогоцінний камінь перетворився на пил . часів та народів.
Інші фізико-механічні властивості. Важливе значення має дуже низький коефіцієнт тертя алмазу по металу на повітрі - всього 0,1 що пов'язано з утворенням на поверхні кристала тонких плівок адсорбованого газу, що грають роль своєрідного мастила.Коли такі плівки не утворюється,коефіцієнт тертя зростає і досягає 0, 5-0,55. Низький коефіцієнт тертя обумовлює виняткову зносостійкість алмазу на стирання, яка перевищує зносостійкість корунду в 90 разів, а інших абразивних матеріалів – у сотні та тисячі разів. В результаті, наприклад, при шліфуванні виробів з твердих сплавів алмазного порошку витрачається в 600-3000 разів менше ніж будь-якого іншого абразиву. Для алмазу також характерні найвищий (порівняно з усіма відомими в природі матеріалами) модуль пружності та найнижчий коефіцієнт стиснення.
Термічні характеристики. Температура плавлення алмазу становить 3700-4000 С. На повітрі алмаз згоряє при 850-1000 С, а в струмені чистого кисню горить слабо-блакитним полум'ям при 720-800З, повністю перетворюючись зрештою на вуглекислий газ.При нагріванні до 2000-3000 З без доступу повітря алмаз перетворюється на графіт. Мінерал, що розглядається, має виключно високу теплопровідність, що обумовлює швидке відведення тепла, що виникає в процесі обробки деталей інструментом, виготовленим з нього. Крім того, для алмазу характерний низький температурний коефіцієнт лінійного розширення (нижче ніж у твердих сплавів і сталі). Ця властивість алмазу враховується при вставці його в оправу із різних металів та інших матеріалів. Оптичні властивості. Середній показник заломлення безбарвних кристалів алмазу в жовтому кольорі дорівнює приблизно 2,417 а для різних кольорів спектру він варіює від 2,402 (для червоного) до 2,465 (для фіолетового). Здатність кристалів розкладати білий колір окремі складові називається дисперсією. Для алмазу дисперсія дорівнює 0,063. Як показники заломлення, так і дисперсія алмазу набагато перевищують аналогічні властивості всіх інших природних прозорих речовин, що і обумовлює у поєднанні з твердістю неперевершені якості алмазів як дорогоцінного каміння. Високе заломлення разом із надзвичайно сильною дисперсією викликає характерний блиск отполированного алмазу, названий алмазним. Однією з найважливіших властивостей алмазів є люмінесценція. Під дією видимого світла і особливо катодних, ультрафіолетових та рентгенівських променів алмази починають люмінесцувати-світитися різними кольорами. Рентгенолюмінесценція широко застосовується практично для вилучення алмазів з природи. Електричні та магнітні властивості. Алмаз відноситься до ізоляторів: його питомий електричний опір дуже великий. Деякі кристали, однак, мають низький питомий опір і мають властивостінапівпровідників. Ці алмази зазвичай блакитного кольору. Дуже високо цінуються і рідкісні. Діамант відноситься до немагнітних мінералів, але деякі їх різновиди мають слабкі парамагнітні властивості, які в основному пов'язані з присутністю домішки азоту. Іноді магнітні властивості надають алмазам і механічні включення до них магнітних мінералів-магнетиту та ільменіту. Це необхідно враховувати при вилученні алмазів із породи, так як при магнітній сепарації алмази потраплятимуть у магнітну фракцію і можуть бути пропущені.
Забарвлення Більшість природних алмазів безбарвне, проте нерідкі такі камені найрізноманітніших кольорів і відтінків. Найчастіше зустрічаються алмази зі слабким жовтуватим відтінком, і навіть зеленуваті. У родовищах Південної Африки найчастіше трапляються бурі алмази; за рахунок значних домішок аморфного вуглецю вони можуть набувати абсолютно чорного забарвлення. А ось рожеві, рубіново – червоні, рожево-лілові та сині дуже рідкісні. Що стосується алмазів сапфірово - синього кольору, то це, як уже зазначалося, явище виняткове, і вони цінуються відповідно дуже високо. Поверхня алмазів з найдавніших родовищ (вік яких перевищує 1 млрд. років) має зелене забарвлення, яке, проте, зникає при механічній обробці кристала. Вчені пояснюють виникнення зеленої на діамантах тривалим впливом на них природного радіоактивного опромінення. Нині це явище відтворено експериментально. У США, Великій Британії та інших країнах штучне фарбування природних алмазів виробляють у лабораторних умовах. Якщо алмаз електронами з енергією 1МеВ, та був з певною швидкістю охолоджувати, він набуває синюватий колір. Якщо енергія опромінення досягає 1,5 МеВ, то алмаз стаєсиньо – зеленим. Відтінок кольору залежить від тривалості випромінювання. На жаль, штучно забарвлені блакитні алмази, на відміну від природних блакитних, не набувають напівпровідникових властивостей. При опроміненні нейтронами алмаз забарвлюється зелений колір, густота якого також визначається тривалістю випромінювання. Гамма - промені надають алмазу рівномірне блакитно - зелене забарвлення.