Химический элемент углерод (C) - один из самых важных в природе. Он входит в основные строительные соединения человеческой ДНК, имеет множество соединений с другими элементами. Получаемые в результате вещества используются во многих сферах жизни. Под давлением элемент имеет свойство перестраивать свою внутреннюю структуру, превращаясь сначала в графит, а при усилении воздействия образуется кристаллическая решётка алмаза.
Строение кристалла и способ образования
В химико-физическом смысле - это аллотропная разновидность химического элемента углерода . Имеет так называемую эталонную твёрдость в шкале Мооса - она равняется десяти и делает его самым прочным материалом на Земле. В естественных условиях на поверхности практически вечен, если находится долгое время в разреженной газовой среде, то возможно его превращение в графит.
Алмаз имеет кристаллическую решётку в форме куба. Являясь самым компактным видом взаимного расположения атомов вещества, именно она является причиной всех его свойств, относящихся к прочности.
Другие характеристики алмаза:
- Хоть и твёрдый, но очень хрупок. Для того чтобы легко разрушить кристалл, достаточно одного резкого удара.
- Имеет сравнительно высокую температуру плавления - около тысячи градусов Цельсия. Под давлением в десять гигапаскалей может выдерживать и втрое большие термические нагрузки.
- Природный цвет - бледно-жёлтый. Если в составе присутствуют добавления железа или других естественных металлов, может иметь оранжевые, красные или даже зелёные оттенки.
Кубический тип кристаллической решётки алмаза состоит из 18 атомов углерода. Они сгруппированы по четыре, формируя правильные пирамиды с четырьмя вершинами - тетраэдры. Связаны между собой все эти структуры самым прочным видом связи между различными химическими соединениями - ковалентным. Это происходит из-за того, что сам кристалл в основном состоит из одноатомного вещества.
Способы применения вещества
Всевозможные пути использования алмаза обусловлены его прочностью и способностью преломлять свет. Его способностью хорошо поддаваться огранке уже давно используется в изготовлении красивейших ювелирных изделий. Основные отрасли производства , в которых используются эти кристаллы:
- Квантовые компьютеры . Используются при построении вычислительных единиц, кубитов, которые одновременно являются и оперативной памятью, и процессором таких устройств. Для использования в качестве кубита алмаз должен быть «дефектным» - содержать в своей толще атом другого вещества. Тогда хранить информацию на таком кристалле можно с использованием электронов чужеродного вещества. С помощью их спинов можно не только записывать, но и обрабатывать блоки данных. В качестве таких атомов используются, как правило, азот или кремний.
- Ядерная энергетика - отработанные в качестве замедлителей и облучённые радиоактивными изотопами графитовые стержни устаревших реакторов можно использовать в качестве вторичного топлива для более новых. Для этого стержни нагреваются, часть радиоактивных изотопов углерода высвобождается в газообразной форме и улавливается специальными датчиками. После этого такой газ прессуется в искусственные алмазы. Имея в радиоактивном состоянии некоторое значение электропроводимости, такие кристаллы впитывают ими же выпущенные гамма-лучи, являясь довольно эффективной формой топлива.
- Промышленность - кристаллы алмазов используются для изготовления режущих инструментов, причём как при заточке новых средств обработки, так и при модернизации старых путём напыления на их кромку тонкой плёнки из алмазной пыли.
Самым распространённым является, конечно, применение огранённых алмазов - бриллиантов - в ювелирном деле. В зависимости от того, какой тип кристаллической решётки у алмаза, а так же от его размера и естественной формы получаются разные вариации огранки этого вещества. Тип изделия тоже накладывает свои ограничения на форму камня - например, круглая огранка применяется в кулонах, перстнях или ожерельях, тогда как фантазийная может использоваться для украшения подвесок или сережек.
При огранке исходный кусок теряет больше половины своей массы. Масса бриллиантов измеряется в каратах, равных одной пятой грамма или 200 миллиграммам. Типичный камень, поддающийся огранке, например, в Индии, очень мелкий, массой до трети карата.
Другие лидеры в сфере производства бриллиантов - Израиль, Соединённые Штаты, Россия, Украина - занимаются огранкой камней среднего и крупного размера. Всё зависит от оплаты труда специалистов этой области в конкретной стране.
Получение искусственных алмазов
В природе алмазные кристаллы получаются в результате действия на протяжении очень большого времени геологических процессов. Для того чтобы появился естественный кристалл, должно пройти несколько тысяч или даже миллионов лет. Вещество, которое превращается в него, должно быть на протяжении всего чудовищно длительного периода под чрезвычайно высоким давлением. Поэтому советскими учёными в конце 30-х годов XX века были сначала сформулированы оптимальные физические условия для получения искусственных алмазов.
Только почти через 15 лет, после большого количества неудачных попыток, в Швеции были синтезированы первые камни. К концу девяностых годов прошлого века был разработан и опробован ещё один метод - взрывной. Для этого использовалась углеродсодержащая взрывчатка. На месте её подрыва всегда можно было обнаружить некоторое количество алмазной пыли.
Создавать искусственные алмазы можно и с помощью ультразвука. Это очень дорогой и трудозатратный метод, который пока не применяется в широких производственных целях.
Основной метод создания камней - подвергание графитовых стержней одновременному воздействию высоких температуры и давления. Примерные характеристики установок:
- Максимальная температура нагрева - 1500 градусов Цельсия.
- Предельно возможное давление - 5 гигапаскалей.
Под прессом и воздействием нагрева кристаллическая решётка графита постепенно преобразуется из гексагональной (десятиугольной) в кубическую постепенным передвиганием атомов углерода внутрь вещества.
Несмотря на то что процесс очень энергозатратный, а установки, позволяющие проводить его, очень сложны в конструкции, около 95% всех алмазов, используемых в промышленных целях на производстве - искусственные.
Про алмаз можно без преувеличений сказать, что это популярнейший драгоценный камень в мире. Он же - самый прочный из всех самоцветов. Кристаллическая решётка алмаза благодаря своему особому строению придаёт минералу особенные свойства.
Структура алмаза предельно проста - в его состав входит лишь один элемент - углерод, поэтому химическая формула камня имеете простейший вид: С . Трудно поверить, что из того же элемента состоит мягкий непрозрачный графит с жирным блеском.
Твёрдость алмаза очень велика - поцарапать его можно только с помощью такого же камня. Однако, этот минерал достаточно хрупок и его можно разбить.
Кристалл раскалывается строго по определённым плоскостям.
Кристаллы имеют разное строение, но самые распространённые природные формы камня это октаэдр (кристалл с 8-ю правильными треугольными гранями) и ромбододекаэдр с 12-ю ромбовидными гранями. Кристаллы кубической формы встречаются реже. Ещё более редки округлые алмазы.
Ранее алмаз считали кварцем, пока не была обнаружена принадлежность камня к горючим телам. Знаменитая прочность алмаза не выдерживает воздействия лучей солнца, пропущенных через линзу.
Минерал попросту сгорает. Француз Лавуазье обнаружил, что бриллиант горит, выделяя углекислоту. Проведя множество опытов, он доказал, что данный минерал не является видом кварца, а химическая формула этого драгоценного камня состоит из углерода. Это открытие вызвало настоящую сенсацию в конце 18 века, ведь ранее никто и представить не мог, что драгоценный камень сопоставим с обычным углеродом, известным в виде графита, угля и сажи.
В состав камня входит меньше 1% примесей различных элементов, чаще всего это азот, железо, водород, кремний, кислород, титан, марганец. Именно от этих примесей зависит цвет кристалла. Например, минерал, содержащий в себе примеси железа, будет иметь буроватый оттенок или оранжево-жёлтые тона.
Алмаз - это простое вещество-неметалл, которое почти полностью состоит из углерода. Этот минерал известен благодаря своему широкому использованию в ювелирном деле, а также из-за своих необычных физических свойств, среди которых выделяется высочайшая прочность. При этом химическая формула алмаза такая же, как у обычного графита - C, а его уникальность и ценность обусловлена исключительно строением кристаллической решётки.
Формула и структура минерала
Углерод, он же карбон - это элемент, имеющий в таблице Менделеева шестой порядковый номер и записывающийся как C. Именно из него целиком состоит алмаз - количество примесей, если они есть, настолько мало, что они не учитываются в формуле. Помимо алмаза, углерод принимает такие аллотропные, то есть состоящие из одного вещества, формы:
- древесный уголь;
- сажа;
- графит;
- графен;
- карбин;
- кокс;
- алмаз гексагональный, или лонсдейлит;
- фуллерен;
- поликумулен;
- УНТ или углеродные нанотрубки.
Некоторым трудно поверить, что прозрачный и прочный алмаз имеет одинаковый состав с обычной сажей, углём или графитом, но это так. Дело в том, что, в отличие от прочих веществ, состоящих из углерода, атомы алмаза образуют кубическую упорядоченную структуру, чем и объясняются его необычные качества и внешний вид.
Кристаллическая решётка минерала имеет кубическую форму. Каждый атом в её структуре находится в центре тетраэдра, вершины которого представляют собой 4 других атома, при этом между ними образуется надёжная сигма-связь. Расстояние между всеми атомами одинаково и составляет примерно 0,15 нм. Кроме того, для решётки минерала характерна кубическая симметрия. Все эти качества и особенности структурной формулы алмаза и обусловливают его огромную прочность по сравнению с веществами-«родственниками».
Характеристики вещества
В идеале драгоценный камень должен состоять из чистого углерода, но в природе такое встречается редко. Примеси в минерале могут как отрицательно влиять на его качество, снижая цену, так и придавать ему красивые и необычные оттенки. Ещё на цвет иногда может повлиять радиоактивное излучение. Обычно натуральные алмазы - жёлтые , но встречаются и голубые, синие, зелёные, розовые и даже красные экземпляры. Несмотря на разнообразие оттенков, чистый минерал всегда должен быть прозрачен.
В природе алмазы имеют самые разные формы. Чаще всего встречается кристалл с восемью гранями в форме правильного треугольника. На втором месте - ромбододекаэдр с двенадцатью гранями. Бывают также кубические и круглые камни, но они очень редки. При огранке минерала потери вещества стараются свести к минимуму, чтобы максимизировать прибыль от производства бриллиантов.
Добыча и производство
Ни один из этих способов пока что не может создать камни, по своему качеству близкие к натуральным, потому их редко используют в ювелирном деле. Кроме того, все виды производства далеки от массовых, потому старания учёных в этом деле пока продолжаются.
Применение алмаза
Огранённый алмаз, он же бриллиант - это очень популярный драгоценный камень, являющийся также одним из самых дорогих. Хотя на продажу в качестве ювелирных украшений поступает только малая часть минерала, именно она составляет основную часть дохода с его добычи. В значительной степени дороговизна камня обусловлена монополизацией производства бриллиантов - более 50% их оборота принадлежит одной компании.
Помимо ювелирного дела, есть ещё множество отраслей, в которой минерал нашёл своё применение. В основном ценится его высочайшая прочность, обусловленная структурной формулой алмаза. В химии его применяют для защиты от кислот и некоторых очень едких веществ. В промышленности алмазную плёнку наносят на резцы, свёрла, ножи, части добывающих установок и другие подобные инструменты Алмазную крошку используют как абразив для шлифования точильных поверхностей.
Используют его и в создании медицинских инструментов , так как острота и прочность алмазных изделий может обеспечить максимально точные надрезы при операциях. Ещё его применяют для изготовления деталей для современных квантовых компьютеров и часов, в ядерной промышленности, а также во многих других отраслях.
Вопрос о том, что такое алмаз, подчас откровенно вводит людей в заблуждение, заставляя их воображение представлять волшебную игру солнечных бликов на его гранях.
Этот кристалл, побывавший в руках профессионального ювелира, изначально не столь прекрасен.
Встретив на своем пути безликий минерал, мало кто поверит, что это будущая драгоценность.
Что такое алмаз и как он выглядит
На самом деле, алмаз – природный минерал, возникший в процессе уплотнения углерода на огромной глубине при условиях большой температуры и сильного давления.
Имеет прозрачную, плотную и прочную структуру, позволяющую существовать ему неограниченное количество времени. Также обладает высокой проводимостью тепла по сравнению с другими веществами, встречающимися в природе.
Внешне необработанный материал имеет совершенно непривлекательный вид с шероховатой поверхностью, разнообразными вкраплениями и тусклым цветом из-за прикипевших к нему инородных частиц. Обычно представляется в форме двенадцатигранника, восьмигранника и куба.
Происхождение алмаза
Людям об алмазе известно уже не одно тысячелетие. Первые данные о «волшебном» камне упоминаются в индийских скрижалях, где говорится о небесном даре, включающем в себя пять природных начал. Люди собирали и обрабатывали его, украшая им божественные статуи и приписывая им мистические свойства.
Никто, естественно, не задумывался, что именно благодаря многотонному давлению скальных пород с кипящей лавой внутри, с непомерной температурой, создаются условия для его возникновения, с магмой, транспортирующейся на поверхность.
Иными словами, такая углеродная порода зарождается только в магматических горных местах, кимберлитовых трубках — вулканах. Иногда, при разрушении скальных пород, его россыпи встречаются на морских и речных берегах.
Именно благодаря появившимся в старину любознательным умельцам, минерал, путем проб и ошибок, был представлен свету во всей своей красе.
Первым таким драгоценным камнем, который появился в свете около 60 г. до нашей эры в Индии, стал 800 каратный самородок «Кохинор», известный любимчик всех королей мира.
Первоначально это был неогранённый желтый алмаз, который стал чисто белым, после приобретения новой огранки в более позднее время.
Позже, в начале 18 века, первым большим зарождением углеродного минерала стало место в Бразилии, ныне городе Диамантино.
Но по историческим данным, все первые углеродные находки, среди аллювиальных отложений, приводят в Индию, из которой вышли в свет самые известные и крупные драгоценности мира.
Виды алмазов
При оценке кристалла особое внимание уделяется не только весу, но и качеству, наличию или отсутствию дефектов. В связи с полученными данными разделяют два вида: ювелирный и технический (непригодный для ювелирных изделий).
После обработки также делят на виды, зависящие от огранки: грушевидные, овальные, круглые, каплевидные, прямоугольные и так далее. Ограненные алмазы называются бриллиантами.
Существует деление бриллиантов и по цвету. Всем конечно привычнее думать, что единственный цвет чисто белый и прозрачный, но на самом деле ему присущи и другие оттенки, зависящие от места и условия происхождения.
Так, кроме белого, известны дымчатые, коричневые, бледно-желтые, и самые редкие цвета – красный алмаз, розовый алмаз, синий и голубой, ярко-желтый, зеленый и черный. Такой бриллиант именуют фантазийным.
Что такое искусственный алмаз
Бытует неверное мнение, что искусственный алмаз – качественная подделка под натуральный, природный камень.
На самом деле, искусственный материал ничем не уступает по своим качествам природному, а даже превышает по идеальной красоте граней, хоть и выращен в других условиях, с соблюдением всех правил.
Лабораторный и природный кристаллы выглядят одинаково невзрачно, пока их не предадут обработке.
Еще в конце XVIII столетия опытным методом, при сжигании минерала, было обнаружено, что он состоит из углерода. Для ученых это послужило началом дальнейших продолжительных опытов по созданию данной породы в лабораторных условиях, но эксперименты были безуспешными из-за отсутствия необходимого оборудования.
Лишь в XX веке была полностью изучена кристаллическая решетка и ученым удалось синтезировать камень, соблюдая температуру и силу давления, но для затравки которого все же требовался натуральный кристалл.
Работа над выращиванием кристаллов продолжалась и продолжается с большим энтузиазмом. Знания ученых и технологии с каждым днем становятся все более совершенными, что позволяет искусственному алмазу становиться по своей кристаллической решетке и свойствам все больше схожим с природной драгоценностью.
Физико-механические свойства алмаза
Алмаз классифицируется как самородный элемент и имеет простейшую химическую формулу C (углерод) и свою кристаллическую решетку, состоящую из ковалентной связи между атомами углерода, что позволило занять по твердости 10 место в шкале Мооса.
Ковалентная связь самая прочная, что делает его крепким, но строение вещества иногда может допускать еще металлическую, ионную и водородную связи. Связь имеет два подвида – пи-связь и сигма-связь, из которых первый подвид менее прочный.
Ковалентные сигма-связи, соединяющие атомы и расположенные по одному в каждой грани кристаллической решетки, обеспечивают одинаковое между ними расстояние, делая упаковку и структуру более плотной. Благодаря этому обеспечивается твердость алмаза, а в его характеристике присутствует свойство отличного диэлектрика, низкой электропроводности.
К дополнительным характеристикам углеродной породы относятся:
- люминесценция;
- низкая сжимаемость при всестороннем внешнем давлении;
- хрупкость, бриллиант чувствителен к резким ударам;
- плотность неравномерная, способствует расколу по граням;
- прозрачность;
- чувствительность к рентгеновским лучам, нарушающим твердость структуры, придающим способность светиться в синей и зеленой спектральной части;
Свойственная температура плавления для алмазов:
- плавится в температуре по Цельсию от 3700 до 4000;
- при смеси газов в воздухе, от 850 до 1000 градусов сгорает;
- превращаясь на кислороде в углекислый газ, бриллиант горит синим пламенем от 700 до 800 градусов.
Добытый в природе минерал бывает кристаллической формы, с гранями, расколотый, с углублениями и наростами.
Огранка алмазов
Единственным отличием алмаза от бриллианта является огранка, которая придает природному камню благородный и волшебный вид. Верным считается, что чем идеальной подобрана форма и нанесено больше граней, тем ярче сияет и преломляет лучи.
Существует 8 основных видов огранок:
- «Принцесса» – квадратная форма и острые углы;
- «Круглый»;
- «Маркиза» — аристократичный, в форме лодочки;
- «Груша» — каплевидная форма;
- «Овал»;
- «Сердце»;
- «Изумруд» — прямоугольная и восьмиугольная форма;
- «Ашер» — квадратная форма, но с большим количеством ступенек, чем «Изумруд».
Процесс перехода алмаза в бриллиант очень долог и требует особого мастерства:
- Для начала делают осмотр самого кристалла на наличие дефектов, при обнаружении которых его раскалывают для их удаления.
- Следующим этапом служит обдирка, где придаются грани и углы.
- Шлифовка на полировальном круге, на который насыпается алмазный порошок, позволяющий довести камень до идеального состояния.
- На финальном этапе происходит полировка, которая придает уже бриллианту лоск.
Полезно знать: главным в создании бриллианта служат правильно наложенные грани. Если не учитывать преломление, игру света, то бриллиант будет смотреться тускло, а такие камни считаются браком.
История добычи алмазов в России
Существуют данные о том, что месторождение алмазов в России было обнаружено в XVIII веке на территории Якутии и Сибири. До 1917 года было найдено всего около 300 камней, но попытки на этом не прекращались. На время Великой Отечественной войны разработка минеральных залежей была приостановлена и продолжилась только после ее завершения.
Геологическая экспедиция, посланная в Якутию в 1949 году, обнаружила самое крупное месторождение кристалла.
На этом месте, названном Мирным, среди тайги, постепенно вырос город, чье население задействовано в добыче руды.
Карьер, в котором его добывают, считается самым глубоким в мире. Глубина карьера составляет около 530 метров, а внутренняя серпантинная дорога достигает 8 километров.
Предприятия России, по сравнению с конкурентами в этом деле, добывают около 97% качественного алмазного сырья.
Где и как добываются алмазы в настоящее время
До развития индустрии алмазы добывались во всех странах только старательными способами. Сейчас в России, Анголе, Канаде, Ботсване, ЮАР и других странах, промышляющих добычей руды, извлечение минерала во многом технически облегчено.
Добыча в основном происходит на местах так называемых древних кратонов, на которых находятся лампроитовые и кимберлитовые трубки, и иногда в кровлевых породах.
Самыми крупными залежами в России на данный момент является Якутск и Архангельская область. Недавно были открыты в Пермском крае еще небольшие залежи минерала.
По процентному соотношению и качеству добытых минеральных камней Россия остается лидирующей страной.
Области применения алмазов
Бриллиант исполняет не только свою декоративную функцию, как украшение, но и имеет свое практическое применение. Благодаря ученым и появившимся технологиям из забракованных минералов научились извлекать выгоду в других сферах жизни.
Так как не весь добываемый материал подходит для огранки под ювелирные украшения, около 50% бракуется, то его используют для производственных и промышленных нужд:
- из-за способности выдерживать температуру и скачки в напряжении, алмаз используют в телекоммуникации;
- применяют в изготовлении медицинских приборов и инструментов (скальпелей, имплантат);
- Almaz добавляют в буровое долото;
- со свойством низкой теплопроводности его используют в производстве электроники.
По своей популярности бриллиант находится на первом месте среди других драгоценностей, но это не только благодаря привнесенной ювелирами в него красотой, а большей частью за то, что его необычайные природные качества очень высоко ценятся. Скорее всего, этот кристалл никогда не уступит свое первенство и навсегда останется таинственной и красивой загадкой.
Алмаз, графит и уголь - состоят из однородных атомов графита, но имеют различные кристаллические решетки.
Краткая характеристика: алмаз, графит и уголь
Кристаллические решетки графита не имеют прочных связей, они представляют собой отдельные чешуйки и как бы скользят друг по другу, легко отделяясь от общей массы. Графит часто используют в качестве смазки для трущихся поверхностей. Уголь состоит из мельчайших частиц графита и таких же малых частиц углерода, находящегося в соединении с водородом, кислородом, азотом. Кристаллическая решетка алмаза жесткая, компактная, обладает высокой твердостью. Тысячелетиями люди даже не подозревали, что эти три вещества имеют что-то общее. Все это - открытия более позднего времени. Графит серый, мягкий, жирный на ощупь совсем не похож на черный уголь. Внешне он скорее напоминает металл. Алмаз - сверхтвердый, прозрачный, сверкающий, по внешнему виду совсем отличен от графита и угля, (подробнее: ). Никаких признаков их родства не давала и природа. Месторождения угля никогда не соседствовали с графитом. В их залежах никогда геологи не обнаруживали сверкающих кристаллов алмаза. Но время не стоит на месте. В конце XVII века флорентийским ученым удалось сжечь алмаз. После этого не осталось даже крохотной кучки золы. Английский химик Теннант через 100 лет после этого установил, что при сжигании одинаковых количеств графита, угля, и алмаза образуется одинаковое количество углекислого газа. Этот опыт открыл истину.Взаимопревращения алмаза, графита и угля
Сразу же ученых заинтересовал вопрос: а возможно ли превращение одной аллотропической формы углерода в другую? И ответы на эти вопросы были найдены. Оказалось, что алмаз полностью переходит в графит , если его нагреть в безвоздушном пространстве до температуры 1800 градусов. Если через уголь пропускают электрический ток в специальной печи, то он превращается в графит при температуре 3500 градусов.Превращение - графита или угля в алмаз
Труднее далось людям третье превращение - графита или угля в алмаз . Почти сто лет пытались осуществить его ученые.Получить из графита алмаз
Первым был, видимо, шотландский ученый Генней . В 1880 году он начал серию своих опытов. Он знал, что плотность графита - 2,5 грамма на кубический сантиметр, а алмаза - 3,5 грамма на кубический сантиметр. Значит, надо уплотнить укладку атомов и получить из графита алмаз , решил он. Он брал прочный стальной орудийный ствол, наполнял его смесью углеводородов, прочно закрывал оба отверстия и накаливал до красного каления. В раскаленных трубах возникало гигантское, по понятиям того времени, давление. Не раз оно разрывало сверхпрочные орудийные стволы, как авиационные бомбы. Но все-таки некоторые выдержали весь цикл нагреваний. Когда они остыли, Генней нашел в них несколько темных, очень прочных кристаллов.Я получил искусственные алмазы,- решил Генней.
Способ получения искусственных алмазов
Через 10 лет после Геннея французский ученый Анри Муассон подверг стремительному охлаждению насыщенный углеродом чугун. Мгновенно застывшая поверхностная корка его, при остывании уменьшаясь в размерах, подвергала внутренние слои чудовищному давлению. Когда затем Муассон растворял в кислотах чугунные ядрышки, он находил в них крохотные непрозрачные кристаллики.Я нашел еще один способ получения искусственных алмазов !- решил изобретатель.
Проблема искусственных алмазов
Спустя еще 30 лет, проблемой искусственных алмазов стал заниматься английский ученый Парсонс . В его распоряжении были гигантские прессы принадлежавших ему заводов. Он стрелял из пушки прямо в дуло другого оружия, но алмазов ему получить не удалось. Впрочем, уже во многих развитых странах мира лежали в музеях искусственные алмазы разных изобретателей. И было выдано не мало патентов на их получение. Но в 1943 году английские физики подвергли скрупулезной проверке полученные искусственным путем алмазы. И оказалось, что все они не имеют ничего общего с настоящими алмазами, кроме только алмазов Геннея. Они оказались настоящими. Это сразу же стало загадкой, остается загадкой и сегодня.Превращение графита в алмаз
Наступление продолжалось. Во главе его встал лауреат Нобелевской премии американский физик Перси Бриджмен . Почти полвека занимался он усовершенствованием техники сверхвысоких давлений. И в 1940 году, когда в его распоряжении оказались прессы, могущие создавать давление до 450 тысяч атмосфер, он начал опыты по превращению графита в алмаз . Но осуществить это превращение он не смог. Графит, подвергнутый чудовищному давлению, остался графитом. Бриджмен понимал, чего не хватает его установке: высокой температуры. Видимо, в подземных лабораториях, где создавались алмазы, играла роль и высокая температура. Он изменил направление опытов. Ему удалось обеспечить нагрев графита до 3 тысяч градусов и давление до 30 тысяч атмосфер. Это было уже почти то, что, как мы знаем теперь, необходимо для алмазного превращения. Но и недостающее «почти» не позволило Бриджмену достичь успеха. Честь создания искусственных алмазов досталась не ему.Первые искусственные алмазы
Первые искусственные алмазы были получены английскими учеными Бэнди, Холлом, Стронгом и Вентроппом в 1955 году. Они создавали давление в 100 тысяч атмосфер и температуру в 5000 градусов. В графит добавляли катализаторы - железо, ром, марганец и т. д. И на границе графита и катализаторов возникли желто-серые непрозрачные кристаллы технических искусственных алмазов. Что ж, алмаз идет не только на брилианты, он используется и на заводах, и на фабриках. Впрочем, несколько позже американские ученые нашли способ получать и прозрачные кристаллы алмаза. Для этого грант подвергают давлению в 200 тысяч атмосфер, а затем электрическим разрядом нагреванию до температуры 5 тысяч градусов. Кратковременность разряда - он длится тысячные доли секунды - оставляет установку холодной, и алмазы получаются чистыми и прозрачными.Создание искусственных алмазов
Советские ученые пришли к созданию искусственных алмазов своим путем. Советский физик О.И. Лейпунский провел теоретические исследования и заранее установил те температуры и давления, при которых возможно алмазное превращение графита. Цифры эти в те годы - это было в 1939 году - показались удивительными, стоящими за границами достижимого для современной техники: давление не менее 50 тысяч атмосфер и температура 2 тысячи градусов. И все-таки, за стадией теоретических расчетов пришла пора создания опытных конструкций, а затем и промышленных установок. И сегодня работают многочисленные устройства, выпускающие искусственные алмазы и другие, еще более твердые вещества. Высшее достижение природы в твердости материала не только достигнуто, но уже и перекрыто. Такова история открытия третьего превращения углерода, самого важного для современной техники.Как алмаз возник в природе
Но что осталось самого удивительного в алмазном превращении углерода? То, что ученые до сих пор не понимают, как алмаз возник в природе ! Известно, что единственным коренным месторождением алмазов являются кимберлитовые трубки . Это глубокие цилиндрические колодцы диаметром в несколько сот метров, заполненные синей глиной - кимберлитом, с которой вместе и были вынесены на поверхность земли драгоценные камни.
