Качественный состав алмаза. Формула алмаза, его химические и физические свойства. Технологии извлечения алмаза

АЛМАЗ (тюрк. алмас, от греч. adamas — несокрушимый, непобедимый * а. diamond; н. Diamant; ф. diamant; и. diamante) — , кристаллическая кубическая модификация самородного .

Структура алмаза . Элементарная ячейка пространственной кристаллической решётки алмаза представляет собой гранецентрированный куб с 4 дополнительными атомами, расположенными внутри куба (рис.).

Размер ребра элементарной ячейки а 0 = 0,357 нм (при t = 25°С и Р = 1 атм). Кратчайшее расстояние между двумя соседними атомами С = 0,154 нм. Атомы углерода в структуре алмаза образуют прочные ковалентные связи, направленные под углом 109°28" относительно друг друга, благодаря чему алмаз — самое твёрдое из известных в природе веществ. В зонной структуре алмаза ширина запрещённой зоны для невертикальных переходов равна 5,5 эВ, для вертикальных — 7,3 эВ, ширина валентной зоны 20 эВ. Подвижность электронов mn = 0,18 м 2 /В.с, дырок mr = 0,15 м 2 /В.с.

Морфология алмаза . Кристаллы алмаза имеют форму октаэдра, ромбододекаэдра, куба и тетраэдра с гладкими и пластинчато-ступенчатыми гранями или округлыми поверхностями, на которых развиты разнообразные акцессории. Характерны уплощённые, удлинённые и сложноискажённые кристаллы простой и комбинированной форм, двойники срастания и прорастания по шпинелевому закону, параллельные и произвольно ориентированные сростки. Разновидности алмаза представляют собой поликристаллические образования: борт — сростки многочисленных мелких огранённых кристаллов и зёрен неправильной формы, серого и чёрного цвета; баллас — сферолиты радиально-лучистого строения; карбонадо — скрытокристаллические, плотные, с эмалевидное поверхностью или шлакоподобные пористые образования, состоящие преимущественно из субмикроскопических (около 20 мкм) зёрен алмаза, тесно сросшихся друг с другом. Размер природных алмазов колеблется от микроскопических зёрен до весьма крупных кристаллов массой в сотни и тысячи карат (1 карат = 0,2 г). Масса добываемых алмазов обычно 0,1-1,0 карат; крупные кристаллы (свыше 100 карат) встречаются редко. В таблице приведены крупнейшие в мире алмазы, извлечённые из недр.

Химический состав . В алмазе присутствуют примеси Si, Al, Mg, Ca, Na, Ba, Mn, Fe, Cr, Ti, В номером. С помощью а-частиц радиоизотопных Н, N, О, Ar и других элементов. является главной примесью, оказывающей большое влияние на физические свойства алмаза. Кристаллы алмаза, непрозрачные к ультрафиолетовому излучению, называются алмазом I типа; все остальные относятся к типу II. Содержание азота в подавляющем большинстве кристаллов алмаза, относящихся к типу I, составляет около 0,25%. Реже встречаются безазотные алмазы, относящиеся к типу II, в которых примесь азота не превышает 0,001%. Азот изоморфно входит в структуру алмаза и образует самостоятельно или в совокупности со структурными дефектами (вакансиями, дислокациями) центры, ответственные за окраску, люминесценцию, поглощение в ультрафиолетовой, оптической, инфракрасной и микроволновой областях, характер рассеивания рентгеновских лучей и др.

Физические свойства . Алмазы могут быть бесцветными или с едва заметным цветовым оттенком, а также в различной степени ясно окрашенными в жёлтый, коричневый, розовато-лиловый, зелёный, голубой, синий, молочно-белый и серый (до чёрного) цвета. При облучении заряжёнными частицами алмаз приобретает зелёный или голубой цвет. Обратный процесс — превращение окрашенного алмаза в бесцветный — до сих пор не удалось провести. Для алмаза характерны сильный блеск, высокий показатель преломления (n = 2,417) и сильно выраженный эффект дисперсии (0,063), что обуславливает разноцветную игру света в . Как правило, в кристаллах алмаза проявляется аномальное двулучепреломление из-за напряжений, возникающих в связи со структурными дефектами и включениями. Кристаллы алмаза прозрачны, полупрозрачны или непрозрачны в зависимости от насыщенности микроскопическими включениями графита, других минералов и газово-жидких вакуолей. При освещении ультрафиолетовыми лучами значительная часть прозрачных и полупрозрачных кристаллов алмаза люминесцирует синим, голубым и реже жёлтым, жёлто-зелёным, оранжевым, розовым и красным цветами. Кристаллы алмаза (за редким исключением) люминесцируют под действием рентгеновских лучей. Свечение алмаза возбуждается катодными лучами и при бомбардировке быстрыми частицами. После снятия возбуждения часто наблюдается послесвечение различной длительности (фосфоресценция). В алмазе проявляется также электро-, трибе- и термолюминесценция.

Алмаз как самое твёрдое вещество в природе используется в разнообразных инструментах для распиловки, сверления и обработки всех других материалов. Относительная по шкале Mоcca 10, максимальная абсолютная микротвёрдость, измеренная индентором на грани (111), 0,1 ТПа. Твёрдость алмаза на различных кристаллографических гранях не одинакова; наиболее твёрдой является октаэдрическая грань (111). Алмаз очень хрупок, обладает весьма совершенной спайностью по грани (111). Модуль Юнга 0,9 ТПа. Плотность прозрачных кристаллов алмаза 3515 кг/м 3 , полупрозрачных и непрозрачных — 3500 кг/м 3 , у некоторых австралийских алмазов — 3560 кг/м 3 ; у борта и карбонадо из-за их пористости может снижаться до 3000 кг/м 3 . Чистая поверхность кристаллов алмаза обладает высокой (краевой угол 104-105°). В природных алмазах, особенно в алмазах из россыпных месторождений, на поверхности образуются тончайшие плёнки, которые повышают её смачиваемость.

Алмаз — диэлектрик. Удельное сопротивление r у всех азотных кристаллов алмаза типа I равно 10 12 -10 14 Ом.м. Среди безазотных алмазов типа II иногда встречаются кристаллы, у которых r ниже 10 6 Ом.м, иногда до 10-10 -2 . Такие алмазы обладают проводимостью r-типа и фотопроводимостью, причём при одинаковых условиях фототок в алмазе типа II на порядок больше фототока, возбуждаемого в алмазе типа I. Алмаз диамагнитен: магнитная восприимчивость, отнесённая к единице массы, составляет 1,57.10 -6 единиц СИ при 18°С. Алмаз стоек по отношению ко всем кислотам даже при высокой температуре. В расплавах щелочей KOH, NaOH и других веществ в присутствии О, OH, CO, CO 2 , Н 2 О происходит окислительное растворение алмаза. Ионы некоторых элементов (Ni, Co, Cr, Mg, Ca и др.) обладают каталитической активностью и ускоряют этот процесс. Алмаз обладает высокой теплопроводностью (особенно безазотные алмазы типа II). При комнатной температуре теплопроводность их в 5 раз выше Си, причём коэффициент уменьшается с увеличением температуры в интервале 100-400 К от 6 до 0,8 кДж/м.К. Полиморфный переход алмаза в при атмосферном давлении происходит при температуре 1885±5°С по всему объёму кристалла. Образование плёнок графита на поверхности граней (III) кристаллов алмаза под влиянием может происходить начиная с 650°С. На воздухе алмаз сгорает при температуре 850°С.

Распространённость и происхождение . Алмазы обнаружены в метеоритах, импактных породах, связанных с метеоритными кратерами (астроблемами), в и находящихся в них небольшого размера глубинных мантийных пород передо-гитового и эклогитового составов, а также во вторичных источниках — различных по возрасту и генезису россыпях ( , и др.). По вопросам происхождения алмазов нет единого мнения. Некоторые учёные полагают, что алмазы кристаллизуются в самих кимберлитовых трубках при их становлении или в промежуточных очагах, возникающих на небольших (3-4 км) глубинах (субвулканические очаги). Другие считают, что алмазы образуются на большой глубине в родоначальном кимберлитовом расплаве и продолжают кристаллизоваться при подъёме его в верхнюю часть . Наиболее обоснованно развиваются представления о том, что алмазы генетически связаны с разнообразными и породами и выносятся из них вместе с другим ксеногенным материалом, находящимся в кимберлитах. Существуют и другие представления о генезисе алмаза (например, кристаллизация при низких давлениях с использованием углерода из глубинного происхождения и карбонатов вмещающих пород).

Месторождения алмазов . Промышленное значение имеют алмазоносные кимберлитовые породы и формирующиеся за счёт их размыва россыпные месторождения. Кимберлиты встречаются преимущественно на древних и ; для них характерны главным образом тела трубчатой формы, а также , лайки и . Размеры кимберлитовых трубок от одного до нескольких тысяч метров в поперечном сечении (например, трубка Мвадуи в Танзании с параметрами 1525х1068 м). На всех платформах известно свыше 1500 кимберлитовых тел, но промышленное содержание алмазы имеют лишь единичные. Алмазы распределены в кимберлитах крайне неравномерно. Промышленными считаются трубки с содержанием алмазов от 0,4 карат/ м 3 и выше. В исключительных случаях, когда трубки содержат повышенный процент высококачественных алмазов, рентабельной может быть эксплуатация и с более низким содержанием, например 0,08-0,10 карат/м 3 (Ягерсфонтейн в ЮАР). В кимберлитах преобладают кристаллы размером 0,5-4,0 мм (0,0025-1,0 карат). Весовая доля их обычно составляет 60-80% от всей массы извлекаемых алмазов. Запасы на отдельных месторождениях исчисляются десятками млн. . Наиболее крупные коренные месторождения алмазов разведаны в , Танзании, Лесото, Сьерра-Леоне и др.

Обогащение . На россыпных месторождениях порода сначала промывается в для удаления связующей глинистой массы и отделения крупного обломочного материала; выделенный, рыхлый материал разделяется на четыре класса: -16+8, -8+4, -4+2, -2+0,5 мм. производится гравитационными методами (мокрая и воздушная , обогащение в тяжёлых суспензиях, в концентрационных чашах). Для извлечения мелких алмазов и алмазной крошки применяются плёночная и пенная с предварительной очисткой поверхности. Реагенты: амины, аэрофлоты, жирные кислоты, керосин, крезиловая кислота. Для извлечения алмазов наибольшее распространение получил жировой процесс (для зёрен с крупностью 2-0,2 мм), основанный на избирательной способности алмазов прилипать к жировым поверхностям. В качестве жирового покрытия используют вазелин, нефть, автол и его смесь с парафином, олеиновую кислоту, нигрол и др. Наряду с жировым процессом применяют (для зёрен крупностью 3-0,1 мм) электростатическую сепарацию, основанную на различной проводимости минералов (алмаз — плохой проводник электричества). Используется рентгенолюминесцентный метод извлечения относительно крупных алмазов, основанный на способности кристаллов алмаза люминесцировать (рентгенолюминесцентные автоматы).

Применение . Алмазы разделяются на ювелирные и технические. Первые обладают высокой прозрачностью. Наиболее ценными являются алмазы бесцветные ("чистой воды") или с хорошей окраской. К техническим относятся все прочие добываемые алмазы вне зависимости от их качества и размеров. В CCCP сортировка алмазов производится по техническим условиям, которые дополняются по мере расширения областей применения алмазов. В зависимости от видов и назначения алмазное сырьё по качеству классифицируется на категории; в каждой категории выделяются группы и подгруппы, которые определяют размер, форму, конкретные условия назначения кристаллов алмазов. Около 25% добываемых в мире алмазов используется в ювелирной промышленности для изготовления бриллиантов.

Обладая исключительно высокой твёрдостью, алмазы незаменимы для изготовления различных инструментов и приборов ( и , инденторы для измерения твёрдости материалов, волоки, иглы к профилометрам, профилографам, пантографам, свёрла, резцы, накладные камни к морским хронометрам, стеклорезы и т.д.). Алмазы широко используются для изготовления абразивных порошков и паст, для заправки алмазных пил. Алмазным инструментом обрабатываются некоторые металлы, полупроводниковые материалы, керамика, строительные железобетонные материалы, хрусталь и др. По совокупности ряда уникальных свойств алмазы могут быть использованы для создания электронных приборов, предназначенных для работы в сильных электрических полях, при высоких температурах, в условиях повышенного уровня радиации, в агрессивных химических средах. На основе алмазов созданы детекторы ядерных излучений, теплоотводы в электронных приборах, термисторы и транзисторы. Прозрачность алмазов для инфракрасного излучения и слабое поглощение рентгеновских лучей позволяют применять их в инфракрасных приёмниках, в камерах для исследования фазовых переходов при высоких температурах и давлениях.

Синтетические алмазы . В середине 50-х гг. началось освоение промышленного синтеза технических алмазов. Синтезируются в основном мелкие монокристаллы и более крупные поликристаллические образования типа балласа и карбонадо. Основные способы синтеза: статический — в системе металл — графит при высоких давлениях и температурах; динамический — полиморфный переход графита в алмазах при воздействии ударной волны; эпитаксиальный — наращивание алмазных плёнок на алмазные затравки из газообразных углеводородов при низких давлениях и температуре около 1000°С. Синтетические алмазы используются также, как природные технические. Общий объём производства синтетических алмазов значительно превышает объём добычи природных.

Алмаз — самый твердый минерал в мире, являющийся аллотропной формой углерода. Ближайший родственник алмаза — графит, тот самый, из которого делают стержни для карандашей.

Название минерал получил от древнегреческого слова adamas, которое в переводе означает "несокрушимый".

Характеристики и виды

Алмазы — это минералы, к главным характеристикам которого можно отнести следующие:

Высочайшая твердость (10 баллов по шкале твердости Мооса );

Одновременно высокая хрупкость;

Самый высокий показатель теплопроводности среди твердых тел (900-2300 у.е)

Не проводит электрический ток;

Температура плавления — 4000ºC;

Температура сгорания — 1000 ºC;

Обладает люминесценцией.

Алмаз на 96-98% состоит из углерода. Остальное — примеси разных химических элементов, которые и придают оттенок минералу. Большинство природных алмазов имеют желтоватую и коричневатую окраску. В природе встречаются также синие, голубые, зеленые, красные и черные алмазы.

После обработки и огранки цветовой налет исчезает, поэтому подавляющая часть бриллиантов — бесцветные. Цветные бриллианты получаются крайне редко. Среди самых известных: Дрезденский (зеленый), бриллиант Тиффани (желтый) и Портер-Родс (голубой).

Один из методов определения подлинности алмаза довольно прост: по поверхности проводят линию особым фломастером, содержащим жирные чернила. Если линия остается сплошной, значит — алмаз настоящий. На поддельных линия рассыпается капельками.

Месторождения и добыча

(Невероятный по размерам карьер в котором очень долгое время добывались алмазы расположен в посёлке "Мир", Саха, Якутия )

Залежи алмазов обнаружены на всех континентах, кроме Антарктиды. В природе алмазы залегают в виде россыпей, но большая часть их содержится в кимберлитовых трубках. Кимберлитовые трубки — это своеобразные "дыры" в земной коре, которые образуются при взрыве газов. По оценкам специалистов именно в таких трубках содержится до 90% всех алмазов на земле.

Самые богатые залежи алмазов находятся в Ботсване, России, Канаде, Австралии и в ЮАР. Ежегодно в мире добывают более 130 млн. карат алмазов (около 30 тонн). Россия занимает первое место в мире по добыче алмазов (29% мировой добычи), уступая Ботсване лишь в стоимости найденных минералов.

В России первый алмаз был найден в 1829 году в Пермской области. Сейчас это месторождение называется "Алмазный ключик". Позднее обнаружились месторождения в Сибири и в Архангельской области. Крупнейшее месторождение находится на границе Красноярского края и Якутии. Предположительно здесь содержится около триллиона карат.

В 2015 на Камчатке открыто месторождение алмазов нового типа. Это так называемые "толбачинские" алмазы, которые обнаружили в застывшей лаве вулкана. Всего в нескольких пробах, взятых здесь, уже нашли несколько сотен алмазов.

Самый большой по размерам алмаз был найден в 1905 году в ЮАР. Называется он "Куллинан". Масса его 3106 карат. Из алмаза было получено 96 мелких и 9 крупных бриллиантов, самый огромный из которых — "Звезда Африки" (530 карат). Этот бриллиант сейчас украшает скипетр английских монархов и хранится в Тауэре.

В 1939 году русский физик О. Лейпунский впервые получил синтетический алмаз. А с 1963 года налажен серийный выпуск синтетических алмазов, которые широко применяют в технике и в ювелирном деле.

Применение алмазов

Подавляющая часть природных алмазов (до 70%) используется в ювелирном деле — для украшений. Почти 50% мировой добычи алмазов принадлежит компании "Де Бирс", которая и держит монополию, устанавливая высокие цены за 1 карат. В последнее время в лидеры выбивается российская компания "Алроса", ведущая разработки и добычу в 9-ти странах мира.

Применение в промышленности:

Для изготовления ножей, пил, резцов, буровых колонок, стеклорезов и т.п.;

В качестве абразива при изготовлении точильных станков, кругов;

В часовой промышленности;

В ядерной промышленности;

В оптике;

При изготовлении квантовых компьютеров;

При производстве микроэлектроники.

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:

1. Для начала делают осмотр самого кристалла на наличие дефектов, при обнаружении которых его раскалывают для их удаления.
2. Следующим этапом служит обдирка, где придаются грани и углы.
3. Шлифовка на полировальном круге, на который насыпается алмазный порошок, позволяющий довести камень до идеального состояния.
4. 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.

Краткая характеристика: алмаз, графит и уголь

Взаимопревращения алмаза, графита и угля

Превращение - графита или угля в алмаз

Получить из графита алмаз

Я получил искусственные алмазы,

Способ получения искусственных алмазов

Я нашел еще один способ получения искусственных алмазов !

Проблема искусственных алмазов

Превращение графита в алмаз

Первые искусственные алмазы

Создание искусственных алмазов

Как алмаз возник в природе

Гипотеза глубинного рождения алмазов

Взрывная гипотеза

Гипотеза рождения алмаза в режиме кавитации

Алмаз - минерал, который является не чем иным, как модификацией углерода. Чистый алмаз имеет формулу, состоящую всего из одного элемента. Камень обладает уникальными свойствами в природе, поэтому кристаллическая решетка алмаза заинтересовала ученых, и структура вещества продолжает изучаться.

Идеальный алмаз можно представить как гигантскую молекулу углерода. Состав минерала ученые изучили только в конце XVIII века. С того момента начались попытки искусственного синтеза алмаза в лабораториях, но они были бессмысленными, поскольку отстроить кристаллическую решетку с нуля не получалось.

Структура алмаза

А еще техника не была на таком уровне, чтоб создать условия для образования алмаза. Только в пятидесятых годах ХХ века ученые смогли синтезировать алмаз самостоятельно. Этим занимались такие страны, как СССР, США и ЮАР.

Строение вещества

Вся загвоздка и сложность производства заключалась в уникальной структуре алмаза. Между атомами в химии может сформироваться четыре типа связи:

• ковалентная;
• ионная;
• металлическая;
• водородная.

Самая прочная из них - ковалентная связь. Она также имеет свои подвиды: сигма-связи и пи-связи. Второй подвид менее прочный. В алмазе есть несколько миллионов атомов углерода, которые соединены между собой с помощью ковалентных связей.

Пространственное расположение атомов и их соединения называются кристаллической решеткой. Именно ее строение и обусловливает такую характеристику, как твердость вещества. Элементарная ячейка структуры алмаза выглядит как куб. То есть алмаз кристаллизуется в кубической сингонии, если пользоваться научной терминологией.

На вершинах этого куба находится по атому углерода. По одному атому располагается в каждой грани, а еще четыре - внутри куба. Центральные атомы в гранях являются общими для двух ячеек, а те, что находятся в вершинах куба, - общие для восьми ячеек. Между собой атомы соединены ковалентными сигма-связями.

Такая структура и упаковка считается наиболее плотной. Каждый атом углерода располагается в центре тетраэдра и связан по всем сторонам. Поскольку валентность углерода равняется четырем, то все связи оказываются перекрытыми, и взаимодействие с веществом со стороны невозможно.

Расстояние между атомами одинаковое, свободных электронов нет, поэтому минерал является хорошим диэлектриком. Твердость алмаза достигается именно благодаря такому строению. Эти характеристики, в свою очередь, и стали причиной широкого использования камней. Они применяются не только в ювелирном деле, но и в качестве абразива, а также покрытия для инструментов.

Но не все в природе идеально. Даже в алмазах часто встречаются примеси. Такая структура позволяет минералу выглядеть абсолютно прозрачным, без включений. Но добываемые камни не всегда обладают ювелирными свойствами из-за большого количества дефектов и примесей.

Кристалл алмаза может содержать такие вещества:

• алюминий;
• кальций;
• магний;
• гранит.

Иногда в составе встречается вода, углекислота или другие газы. Примеси в кристалле располагаются неравномерно и несколько нарушают кристаллическую структуру. Если дефекты располагаются на периферии, что происходит чаще, тогда с ними можно бороться с помощью огранки.

Аллотропные модификации

Не только алмаз имеет подобный тип строения кристаллической решетки. Другие элементы из четвертой группы также имеют похожую структуру. Но все дело в атомной массе. Атомы углерода располагаются на близком расстоянии друг от друга, что делает связи прочнее. А вот с увеличением атомной массы элементы располагаются дальше и прочность соединений между ними падает.

А также у углерода есть в природе аллотропные модификации, куда, кроме алмаза, входят и другие вещества:

• графит;
• лонсдейлит;
• сажа, уголь;
• фуллерены;
• углеродные нанотрубки.

Ученых интересовала возможность превращения графита в алмаз. Сделать это можно только под действиями очень высокого давления и температуры.

Все дело в том, что графит отличается по пространственному расположению атомов и связям между ними. Если у алмаза все связи ковалентные-сигма, то пространственные связи графита - пи-соединения. А также в решетке графита остается несколько свободных электронов у атомов, которые перемещаясь, создают эффект электропроводности. Такая форма решетки называется гексагональной. Поэтому графит по шкале твердости имеет показатель единицу.

Лонсдейлиты еще не изучены окончательно, поскольку их добывают либо искусственно, либо из метеоритов, упавших на землю.

А вот фуллерены имеют кристаллическую решетку, напоминающую мяч, сложенный из восьмиугольников. По углам фигур расположены не атомы, а молекулы углерода. Эти вещества также продолжают исследовать.

Химический состав алмаза записывается формулой или элементом С.

Кроме показателя твердости - 10 из 10 по шкале Мооса - алмаз обладает такими характеристиками:

• Плотность - 3,5 г/см3.
• Камень довольно хрупкий. Несмотря на твердость, алмаз можно разрушить резким ударом.
• Спайность. Плотность у вещества неравномерная. Камень раскалывается по параллельным граням кристалла. Спайность должна учитываться при огранке камня, поскольку расчет ювелира и последующий удар определяет плоскость скола и отсекает ненужные примеси.
• Камень должен быть прозрачным. Тогда после огранки он будет играть на свету. Самые дорогие экземпляры называют алмазами чистой воды. Но все равно встречается до 5 % примесей в структуре, что искажает кристаллическую решетку, а иногда и портит вид камня.
• Если воздействовать на камень рентгеновскими лучами, то прочность ковалентных связей нарушится. В результате решетка станет рыхлой и твердость вещества также снизится. Но после этой процедуры появится интересное свойство: камень будет излучать свет в синей и зеленой части спектра.

В природе добытый минерал имеет форму кристалла с разным количеством граней. Иногда добывают не полные камни, а только сколы от больших алмазов. Определить скол это или полноценный минерал можно, изучив строение кристаллической решётки. Грани минералов часто покрыты наростами и углублениями.

Цвет алмаза также отличается разнообразием. Встречаются желтые, красноватые или даже черные оттенки алмазов. Конечно, кристаллическая решетка у камней изменена. Но свойства от этого страдают не сильно. Такие минералы называют фантазийными. Их окраска может быть неравномерной и зависеть от примесей в структуре.

Идеальное строение существует только у искусственных алмазов. Производство этих камней требует затравки в виде натурального кристалла, а также большого количества денежных вложений и аппаратуры. Но именно изучение кристаллической решетки и повлияло на развитие этой отрасли.