Физические свойства бриллианта. Как выглядит натуральный алмаз. Многие экземпляры окрашены неравномерно

Алмаз - это минерал, который является кристаллической модификацией чистого углерода (С). Алмаз обладает самой большой из всех известных в природе материалов твёрдостью, благодаря которой он применяется во многих важных отраслях промышленности.

Известны три кристаллические модификации углерода: кубическая (сам алмаз) и две гексагональные - графит и лонсдейлит. Последняя найдена в метеоритах и получена искусственно.

Кристаллическая решетка алмаза

Элементарная ячейка структуры алмаза имеет форму куба. Если говорить более научным языком, то алмаз кристаллизуется в кубической системе (так называемой «сингонии»).

В каждой вершине этого куба расположено по атому. По одному атому находится в центре каждой грани, четыре - внутри куба. Каждый из атомов, расположенных в центрах граней, является общим для двух ячеек, а каждый из атомов, находящихся в вершинах куба,- общим для восьми ячеек. Кубическая система - самая плотная упаковка атомов.

Попробуем выразить ту же мысль еще одним способом. Каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших атома. Каждый из атомов связан со своими четырьмя ближайшими соседями, симметрично расположенными по его вершинам (тетраэдра), наиболее «прочной» химической связью - ковалентной.

Идеальный кристалл алмаза можно представить себе как одну гигантскую молекулу.

В результате получается очень плотное расположение атомов, прочные связи между которыми в структуре алмаза обусловливают его исключительную твердость и другие характерные свойства.

Министерство финансов РФ в результате открытого аукциона по реализации на внутреннем рынке алмазов специальных размеров массой 10,8 карата и более, проведенного на территории Гохрана России, реализовало камней общей массой 3,4 тысячи карата на общую сумму около 12,8 миллиона долларов, сообщили РИА Новости в Гохране.

Первая "С" - carat weight (вес). На этом этапе идет точное определение веса камня путем взвешивания на весах или расчета по формулам, если бриллиант закреплен в изделии. Вес бриллианта выражается в каратах.

Вторая "С" - color (цвет). Совершенно бесцветные алмазы встречаются довольно редко, и практически все камни имеют оттенки различных цветов и интенсивностей. В задачу эксперта входит точное определение интенсивности и цвета бриллианта при стандартном освещении с использованием эталонов цвета.

Третья "С" - clarity (чистота). На этом этапе выявляются все внутренние несовершенства (дефекты) камня.

Четвертая "С" - cut (качество огранки). На этом этапе дается характеристика формы бриллианта, качества огранки и финишной обработки.
На основании этих параметров можно судить о том, как данный бриллиант выделяется среди других бриллиантов, на основании чего он может быть дороже, или, наоборот, дешевле.

Из-за привлекательных оптических эффектов настоящий алмаз использовали в ювелирных изделиях еще в древние времена и поэтому его считают драгоценным камнем. Из-за своей супер прочности камень получил имя алмаз, его ещё в древности греки называли adamas что значит неодолимый. Прочность алмаза неоспорима по сравнению с другими камнями например его твёрдость при шлифовании выше твёрдости корунда в 140 раз. Однако кристалл алмаза на разных гранях имеет различную твёрдость и за счёт этого имеется возможность шлифовки алмаза другим алмазом. обычно шлифуют его алмазным порошком который имеет кристаллические частицы любой твёрдости. Существует разновидность алмаза четырёх типов это Iа, Iб, IIа, IIб. Эти виды алмазов следует учитывать при огранке так как все типы отличаются друг от друга своими характеристиками.

Любой алмаз имеет кристаллическую решетку

Основные физические свойства алмаза

• Цвет у неограненного алмаза обычно бывает жёлтый, коричневый и бесцветный, а иногда попадаются зелёный, синий, чёрный и красноватый.
• Черта отсутствует.
• Твердость алмаза по шкале Мооса на царапанье 10, а твёрдость шлифования по Разивалю 140000,0.
• Плотность алмаза согласно таблице плотности 3,47-4.55.
• Спайность совершенная.
• Излом раковистый до занозистого
• Сингония кубическая кристаллическая решётка. Кристаллическая решетка алмаза упорядоченная в виде пирамиды которая состоит из пяти атомов.

Химические свойства алмаза

У алмаза формула химическая C — это кристаллический углерод.

Алмаз в химии почти устойчив, кроме хромовой смеси из хромпика с концентрированной серной кислотой которая при температуре в 200 градусов окисляется и переходит в углекислый газ. Поэтому нужно осторожно паять ювелирные изделия с алмазами чтобы на поверхности не образовались фигуры при температуре плавления алмаза.

Алмаз свойства камня оптические

• Имеет прозрачную степень прозрачности.
• Показатель преломления алмаза 2.417-2.419.
• Двупреломления нет.
• Дисперсия 0,044.
• Плеохроизма нет
• Линии спектра поглощения для бесцветных и жёлтых 478; 465; 451; 435; 423; 415,5; 401,5; 390, а для синих и зелёных (537); 504;(498).
• Люминесценция синяя обычно у бесцветных и желтых, а у коричневых и зеленоватых зеленая люминесценция.
• Белый алмаз прозрачен для рентгеновских лучей. Опытный специалист посмотрев на блеск алмаза может отличить настоящий это алмаз или имитация.

УЧЕБНИКЗАДАЧНИКЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМНАУЧНЫЕ РАССКАЗЫ ДЛЯ ЧТЕНИЯ

Продолжение. См. № 4–14, 16–28, 30–34, 37–44, 47, 48/2002;
1–10, 12–15, 16, 17, 18, 19, 20/2003

§ 5.3. Вещество
в кристаллическом состоянии

В веществе, находящемся в кристаллическом состоянии, частицы расположены в определенном порядке, образуя кристаллическую решетку. Кристаллическая решетка представляет собой пространственное периодическое расположение частиц в кристалле. Точки кристаллической решетки, в которых расположены частицы, называются узлами кристаллической решетки.
В зависимости от природы частиц, образующих кристалл, и типа химической связи между ними кристаллы подразделяются на атомные, молекулярные, ионные, металлические.
В атомных кристаллах атомы связаны ковалентной неполярной связью. Характерным примером таких веществ является алмаз, в кристаллической решетке которого все наиближайшие межъядерные расстояния и все углы между четырьмя связями атома углерода равны. Тетраэдрический угол между этими связями свидетельствует об sp 3 -гибридном состоянии валентных электронных орбиталей атома углерода.
Модель кристаллической решетки алмаза показана на рис. 5.3, а.

Алмаз – чрезвычайно устойчивая форма углерода, и не известно ни одного случая самопроизвольного перехода при обычных условиях алмаза в графит. Мы говорим о кинетической устойчивости алмаза, т. к. термодинамически более устойчивой формой углерода является графит. При нагревании алмаза без доступа воздуха выше температуры 1200 °С начинается его переход в графит.

Из алмазов особой огранкой, специально выявляющей его блеск, изготовляют бриллианты , сверкающие всеми цветами радуги в отраженном свете. Бриллианты – очень дорогие драгоценные камни (масса бриллианта измеряется в каратах, 1 карат = 0,2 г). Алмаз не проводит электрический ток.

Графит – черное, пачкающее бумагу и руки вещество, проводящее электрический ток. Кристаллическая структура графита совсем не похожа на структуру алмаза. Атомы углерода в графите расположены плоскими сетками, причем углы между связями равны 120°. Это позволяет предположить, что валентные электронные орбитали атома углерода находятся в sp 2 -гибридном состоянии и каждый атом связан с тремя другими атомами (рис. 5.3, б). Интересно заметить, что связи С–С в графите более прочные, чем связи в алмазе.
В плоскости перекрывания гибридных орбиталей (-связи) электроны прочно закреплены при своих атомах углерода (локализованы). Однако графит – хороший проводник тока. (Перечислите бытовые и промышленные изделия, где используется графит как проводник тока.)
Электропроводность графита наилучшим образом объясняется тем, что негибридная р -орбиталь атома углерода, располагающаяся перпендикулярно плоскости перекрывания sp 2 -гибридных орбиталей, перекрывается своими боковыми областями с тремя подобными орбиталями трех соседних атомов. Таким образом, выше и ниже этой плоскости находятся единые для всех атомов углерода зоны -перекрывания. В этом общем электронном облаке электроны уже не относятся к какому-либо определенному атому углерода, а принадлежат всем атомам, находящимся на плоскости. Графит проводит электрический ток по слою атомов, но не между слоями. Это прекрасный пример анизотропии кристалла!
В графите слои атомов легко скользят относительно друг друга. Когда вы пишете графитовым карандашом по бумаге, на ней остаются сместившиеся и прилипшие к бумаге слои атомов. В то же время графит не рассыпается на слои атомов, это свидетельствует о том, что они взаимодействуют между собой. Связи между плоскостями (слоями) очень слабы, их длина почти в 2,5 раза больше, чем межъядерное расстояние С–С в плоскости. За эти связи ответственны силы Ван-дер-Ваальса .
Графит и алмаз – это различные кристаллические формы, построенные из одинаковых атомов. Явление изменения кристаллической структуры одного и того же вещества при изменении внешних условий называется полиморфизмом , а сами эти вещества с различной кристаллической структурой называются полиморфными модификациями . Алмаз и графит – полиморфные модификации углерода. Полиморфизм относится только к кристаллическим веществам.

В общем случае способность простого вещества существовать в различных формах называется аллотропией . Графит и алмаз можно назвать аллотропными модификациями углерода и одновременно его полиморфными модификациями.
Газообразные кислород О 2 и озон О 3 – это аллотропные модификации кислорода, но не полиморфные.

Молекулярная кристаллическая решетка построена из молекул вещества. Обычно такие вещества имеют низкие температуры плавления и кипения, что говорит о слабой связи частиц между собой. К такого типа веществам относятся, например, твердые водород Н 2 , азот N 2 , кислород О 2 , галогены (фтор, хлор, бром, йод), углекислый газ СО 2 («сухой лед»), все благородные элементы VIII группы (неон, аргон и др.) и многие органические вещества.
На рис. 5.4 показан фрагмент кристаллической решетки йода, в узлах которой находятся молекулы I 2 . Атомы йода в молекуле связаны довольно прочной ковалентной -связью, а молекулы между собой – слабыми силами Ван-дер-Ваальса. В связи с этим при незначительном нагревании йод, не плавясь, переходит из кристаллического состояния в газообразно

Среди кристаллов с молекулярной структурой особое место занимает кристаллическая вода – лед. Во льду молекулы воды связаны между собой водородными связями.
Ионные кристаллические решетки построены из противоположно заряженных ионов. На рис. 5.5 изображен фрагмент кристаллической решетки хлорида натрия NaCl. Благодаря сильному электростатическому взаимодействию ионов наряду с химической связью между ними ионные кристаллы отличаются высокой температурой плавления.

Список новых и забытых понятий и слов

О.С.ЗАЙЦЕВ

Печатается с продолжением

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.