алмази

Це світло сонця, згусле в землі і охолоджений часом, він грає всіма кольорами веселки, але сам залишається прозорим, наче крапля.

(А. І. Купрін)

Алмази відомі з незапам'ятних часів, і слава про них як про перших серед кращих дорогоцінних каменів пройшла через всю історію людства. З часів давньоримських письменників Лукреція і Плінія і власне з їх слів дуже довго вважали, що алмаз не горить у вогні і не дробиться від ударів молота. Думали, що швидше за молот розлетиться на шматки, ніж розколеться алмаз. Цим пояснюється і сама назва алмазу, яке походить від грецького слова "Адамас", що означає "непорушний". Таку думку про незламності алмазу трималося дуже довго, тому що ніхто не погоджувався пожертвувати коштовністю в цілях експерименту. У 1694 р флорентійські академіки в своєму знаменитому досвіді по спалюванню алмаза в сонячних променях, зібраних у фокусі великого увігнутого дзеркала, підтвердили вказівку англійського вченого Роберта Бойля, що алмаз зникає при сильному нагріванні. Але при цьому вони дали невірне пояснення спостережуваного явища, вважаючи, що алмаз випарувався. У наступних дослідах, виконаних вельми ретельно геніальним французьким хіміком Лавуазьє, було встановлено, що алмаз при сильному нагріванні і вільному доступі повітря не випаровується, а згоряє з утворенням вуглекислоти. Своїми дослідами Лавуазьє вперше довів, що алмаз складається з чистого вуглецю. Таке звістка викликала велику сенсацію, настільки неймовірно було зіставлення такого блискучого, дорогоцінного каміння, як алмаз, з вуглецем, який до того часу був відомий тільки в формі графіту або вугілля. Виявилося, що в чистому вигляді вуглець може існувати в двох кристалічних модифікаціях - у формі графіту і алмазу. Як показали подальші дослідження за допомогою променів рентгена, кристали їх відрізняються один від одного тільки структурою - розташуванням атомів вуглецю в просторі.

У структурі алмазу кожний атом вуглецю оточений чотирма сусідами, які просторово так розташовані, що знаходяться як би в вершинах тетраедра, т. Е. Замкнутої геометричної фігури, що складається з чотирьох трикутних граней, розташованих в просторі так, як показано на рис. 8. При цьому кожен атом вуглецю, що знаходиться в вершині тетраедра, сам є центром іншого тетраедра. Всі атоми вуглецю в кристалі алмаза розташовані на однаковій відстані один від одного, рівному +0,00000000152 см (рис. 9). Міцність зв'язку атомів вуглецю в алмазі між собою надає останньому виняткову твердість. Питома вага алмаза дорівнює 3,51.

У структурі графіту (рис. 10) атоми вуглецю розташовані шарами в паралельних площинах в кутах правильних шестикутників. В такому шарі кожен атом вуглецю має тільки 3 сусідів, кожен з яких знаходиться на відстані +0,00000000142 см, однак відстань між шарами майже в 2,4 рази більше і складає +0,00000000339 см. Для світу атомів в неорганічних з'єднаннях таку відстань досить велика . Якщо в площині одного шару зв'язок між атомами вуглецю в кристалі графіту надзвичайно міцна, міцніше навіть, ніж в кристалі алмаза (так як відстань між атомами менше), то зв'язок між шарами дуже міцна. Тому графіт марок: плоскі шари у вигляді дрібних лусочок легко відокремлюються одна від одної. На цій властивості графіту засноване застосування його як осердя для олівців. Питома вага графіту 2,24. Менша щільність графіту в порівнянні з алмазом пояснюється великою відстанню між шарами в кристалі графіту.

На прикладі алмазу і графіту ми бачимо, яке колосальне вплив на фізико-хімічні властивості речовини має його кристалічна структура. Алмаз прозорий, безбарвний, має виключно високу твердість і є прекрасним ізолятором, властивості графіту абсолютно протилежні. Графіт чорного кольору, непрозорий, має порівняно незначну твердість і електропроводів.

Хоча алмаз і утворюється виключно з вуглецю, проте при його спалюванні завжди виявляється деяка кількість золи, іноді до 4,8%, що пояснюється наявністю в алмазі різних домішок. Присутність сторонніх домішок в алмазі надає останнім різного роду забарвлення. Безбарвні алмази цінніші, присутність золи в них значно менше, в межах 0,02-0,05% і навіть нижче.

Алмази можуть бути пофарбовані в різні кольори: чорний, коричневий, червоний, жовтий, синій, блакитний, зелений і т. Д., Причому забарвлення може бути різної інтенсивності. Забарвлення алмазів залежить виключно від тих мікроскопічних домішок, які вони містять (домішки потрапляють в кристал алмазу з навколишнього середовища в процесі його росту). У хімічному відношенні алмаз дуже стійка речовина, нерозчинний навіть при нагріванні ні в кислотах, ні в будь-яких інших відомих розчинниках.

Алмаз може бути зруйнований лише при нагріванні його в розчині соди або калієвої селітри, а також при тривалому нагріванні; вище 700 ° в середовищі чистого кисню, вище 1000 ° при доступі повітря і вище 1200 ° у вакуумі, коли він починає перекрісталлізовивают в графіт. Не менш цікаві й інші фізико-хімічні властивості алмазів. Так, наприклад, при опроміненні алмазів рентгенівськими і ультрафіолетовими променями, а також катодними променями в більшості випадків алмази світяться, люминесцируют блакитним, жовтим і зеленим кольором. Алмази не змочуються водою і мають здатність прилипати до деяких жирових складам.

При звичайних температурах алмази добре проводять тепло і погано проводять електрику. Таке поєднання властивостей дещо незвично, речовини, добре проводять тепло, як правило, бувають хорошими провідниками електричного струму. Провідність алмазів сильно зростає лише при нагріванні вище 1000 ° С, і в цих умовах, в поле високої частоти, алмази поводяться кілька відмінно від інших мінералів. Це властивість алмазів використовується на практиці для вилучення алмазів з концентратів гравітаційного збагачення методами електричної сепарації *. Властивості алмазів люминесцировать при опроміненні їх рентгенівськими променями використовується на алмазодобивающих підприємствах Якутії для діагностики алмазів при добуванні їх з концентратів. На підприємствах Південної Африки для цієї ж мети використовується властивість алмазів прилипати до деяких жирових складам.

* ()

Внаслідок високого показника заломлення світла алмази мають виняткові оптичні властивості, які поставили їх на перше місце серед інших дорогоцінних каменів. Однак технічне значення алмази придбали завдяки своїй винятковій твердості.

Технічні алмази використовуються в абразивної, керамічної і металообробній промисловості, а також при бурінні твердих порід і для виготовлення фільєр різного призначення. Алмази застосовуються як в обробленому, так і в необробленому вигляді.

Окремі необроблені кристали алмазів застосовуються при виготовленні різців. Для цих цілей використовуються алмази величиною від 0,01 до 2 каратів *. Алмази вживаються також у вигляді порошку при різних шліфувальних роботах. В обробленому вигляді алмази знайшли широке вживання. Кращі екземпляри алмазів йдуть на огранювання і використовуються в якості вставок при виготовленні різного роду прикрас: кілець, брошок, медальйонів і тому подібних виробів (рис. 11 і 12).

* ()

Алмази знайшли широке застосування в точній будові і годинникової промисловості, де їх використовували як опор або підшипників для обертових осей різного роду механізмів. При цьому досягається особлива точність, надійність в роботі і довговічність приладів і годинникових механізмів, так як підшипники з алмазів внаслідок їх виняткової твердості володіють мінімальними тертям в порівнянні з будь-яким іншим матеріалом. А чим менше тертя між рухомими, що труться одна від одної частинами приладу, тим менше буде цих частин, а отже, прилад або годинниковий механізм буде працювати довше, надійніше і точніше. Подібного роду прилади встановлюються на літаках, підводних човнах, кораблях і т. Д.

У металообробній промисловості алмази застосовуються при виготовленні різного роду інструментів. Як відомо, для обробки металів потрібні такі інструменти, матеріал яких мав би більшу твердість, ніж оброблюваний цим інструментом метал; наприклад, тверді сорти сталі або спеціальні сплави обробляють побідитовими різцями. А чим обробити ці різці? Або, скажімо, потрібно виготовити деталь, що володіє твердістю побідиту. Ось в таких випадках і виявляється, що алмази абсолютно незамінні. За допомогою алмазів можна обробляти деталі з точністю до 0,002 мм і при цьому значно скоротити час їх обробки. Поршні авіаційних моторів за допомогою алмазних різців можна виготовити навіть з точністю до 0,1 мікрона. У волочильний промисловості алмази знайшли застосування в якості фильер (штампів) при протягуванні дротів точного діаметру від 0,001 до 2 мм. Алмазні фільєри незамінні при протягуванні дроту з твердих металів. Алмази мало стираються, і тому дріт має точний діаметр по всій довжині. У порівнянні з фільєрами, виготовленими з твердих сплавів, алмазні фільєри в 200-250 разів більше зносостійкі. Алмазні фільєри вживаються також при виробництві штучного шовку.

У абразивної промисловості алмази застосовуються у вигляді алмазних кіл, пив чи різного роду порошків. Як абразивний матеріал алмаз в 2500 разів краще карбіду бору *; при обробці, наприклад, часових каменів з синтетичного корунду один карат алмазного порошку (0,2 г) рівноцінний 500 г карбіду бору.

* ()

Алмази широко застосовуються при виробництві бурових робіт в пошуках корисних копалин: нафти, вугілля і т. Д., Що знаходяться глибоко в надрах землі. Особливо незамінні алмази при проходці твердих гірських порід (рис. 13). У разі застосування алмазів швидкість буріння в твердих породах збільшується в 2-3 рази. Звичайні бури мають швидкість обертання до 700 оборотів в хвилину, а алмазні - в 5-6 разів більше. Збільшення швидкості буріння прискорює процес роботи, скорочує витрати часу і коштів.

Застосування алмазів значно підвищує продуктивність праці. Так, при деяких видах робіт з буріння, шліфовки і різання продуктивність праці зростає в разі застосування алмазів майже в 12 разів.

Алмази все більше і більше проникають в різні галузі техніки, і якщо б вони були більш доступні, то, безумовно, знайшли б ще більш широке застосування. Існує думка, що алмази будуть з часом замінені твердими і надтвердими сплавами. Таку думку абсолютно не вірно. Розвиток техніки йде шляхом застосування все більш твердих сплавів, тому алмази будуть ще більш необхідні і незамінні хоча б при обробці самих твердих сплавів. Важко собі уявити подальший розвиток металообробної промисловості без застосування алмазів - по споживанню алмазів можна судити про технічний прогрес країни.

Для технічних цілей застосовуються алмази різному "величини, починаючи від сотих часток карата до найбільших. Зазвичай величина алмазів лежить в межі 0,1-0,2 карата. Великі алмази, вагою в кілька каратів, зустрічаються рідко. А алмази, що досягають величини в кілька десятків каратів, надзвичайно рідкісні. Про величину, якої може досягти кристал алмазу, можна судити по алмазу, знайденого в 1905 р в Південній Африці, вага якого дорівнював 3106 карат. Це найбільший алмаз, який коли-небудь був виявлений. його назвали "Кулінан" *.

* ()

Вартість алмазів залежить від їх величини і зростає пропорційно квадрату їх ваги в каратах. Тому ценз "Кулінан" виявилася настільки високою, що його ніхто не в змозі був купити. Цей алмаз був розпиляний на три частини і проданий по частинах.

Алмази видобуваються головним чином з різного роду розсипів, але є і первинні, або так звані корінні, родовища.

До середини XIX століття видобуток алмазів проводилася тільки в Індії. У 1867 р в Південній Африці були відкриті розсипних родовищ алмазів, а в 1870 р поблизу міста Кімберлі вперше було відкрито корінне родовище алмазів. В даний час видобуток алмазів проводиться в Південній Африці, Бразилії, Індії, Австралії, Радянському Союзі і в деяких інших місцях земної кулі.

До сих пір промислове значення мали головним чином південноафриканські родовища, де зосереджено 95% світового видобутку алмазів і створена велика алмазна промисловість, в якій зайнято близько одного мільйона робочих.

Однак у зв'язку з виявленням на території СРСР багатих родовищ алмазів і рішенням уряду - СРСР про форсування розвитку алмазодобувної промисловості співвідношення сил на алмазному ринку буде змінено в самому найближчому майбутньому.

На території Радянського Союзу алмази вперше були знайдені в 1829 р на західному схилі Середнього Уралу, а корінне алмазоносних родовище було відкрито в кінці 1954 р геологом Л. А. Попугаевой на території Якутській АРСР. Виявлення корінного родовища алмазів послужило потужним поштовхом для пошуків алмазоносних порід на великій території Східного Сибіру. В результаті геологорозвідувальних робіт, зроблених в широкому масштабі, за минулий період в Якутській АРСР відкрито багато кімберлітових тел. Семирічним планом розвитку народного господарства СРСР на 1959-1965 рр. передбачено створення в Якутії одного з найбільших в світі центрів промислового видобутку алмазів.

За своїми геологічними умовами освіти, зовнішнім виглядом і мінералогічного складу сибірські алмазоносних породи дуже схожі на аналогічні породи Південної Африки, які називають кімберлітами (за назвою міста Кімберлі, поблизу якого вони вперше були виявлені). Це найменування в даний час стало загальноприйнятим для всіх відомих корінних алмазоносних порід, в тому числі і сибірських.