Каталог
  

Состав алмаз


Алмаз! Описание и свойства драгоценного камня с фото

Алмаз – один из наиболее твердых и дорогих природных минералов, которые появляются в естественных условиях. Алмазы возникают как включения в горных графитах, оливинах и серпентинах. Крайне редко он встречается в россыпях морского и прибрежного характера, куда они попадают в результате разрушений пород вулканического происхождения.

Несмотря на простоту химического состава, алмазов должного уровня чистоты и качества встречается в природе немного, так как для их появления требуется воздействие сверхвысокого давления и температур.

В необработанном виде

Содержание: История алмаза Химический состав и формула Месторождения и сферы использования Разновидности и цветовые гаммы Как определяют подлинность и создают подделки Лечебные свойства (литотерапия) Магические и волшебные свойства Какому знаку зодиака подходит

История алмаза

Происхождение названия данного камня, как и многих других, было получено благодаря греческому языку, в переводе с которого «адамас» обозначает непревзойденный. Существует несколько гипотез, объясняющих происхождение алмазов, но единого мнения у ученых на данный момент нет.

Так, согласно одной из наиболее популярных точек зрения, алмазы появляются в результате снижения температурного режима силикатов мантии земной коры, которые доставляются на земную поверхность в результате целой серии мощных взрывов, происходящих под землей.

За свою чистоту и твердость камень считался талисманом победителей и сильных людей. Впервые он оказался в Европе в 5-6 веке до н.э. Однако, достаточно долгое время он не был по достоинству оценен, получив признание не ранее, чем 550 лет назад в следствие того, что ювелиры научились осуществлять его огранку. Ограненный алмаз стал называться бриллиантом и его первым счастливым обладателем стал Карл Смелый, который очень любил этот ценный минерал. Если первоначально владеть алмазами могли лишь венценосные особы и военачальники, то к середине 15 века их стали часто использовать в качестве одного из наиболее эффектных камней для женских украшений.

Химический состав и формула

Алмаз имеет очень простую структуру — октаэдрический кристалл углерода с кубической кристаллической системой, что делает его крайне крепким и способным выдержать даже сильные удары, о чем свидетельствует значение показателя твердости, равное 10 по шкале Мооса. По сути же своей, это обычный углерод, обозначаемый в периодической таблице Менделеева, как «C».

Месторождения и сферы использования

Наиболее богатыми месторождениями алмазов природного происхождения на сегодняшний день являются:

  • Россия (Урал, Якутия);
  • ЮАР;
  • Ботсвана;
  • Заир (Конго);
  • Намибия.

Основная масса алмазов природного происхождения добывается ради их дальнейшего использования при создании ювелирных украшений для мужчин и женщин всех возрастов. Также имеет место, но весьма незначительный процент, использование минералов в научной деятельности и в промышленном производстве (в том числе компьютеров).

Разновидности и цветовые гаммы

Алмазы — уникальные камни не только по химическим и физическим характеристикам, но и цветовому решению. До огранки они в большинстве случаев малопривлекательны, так как выглядят словно минералы бледного, полупрозрачного цвета. Придать им привлекательный, притягивающий внимание цвет и огненную игру на солнце может исключительно правильная огранка.

Алмазы оцениваются не только по размеру, но и цвету камня. Цвет минерала зависит от состава и объема примесей или объема радиационного излучения в ходе формирования. Имеют место случаи, когда минералы окрашиваются сразу в несколько цветов.

Наиболее распространенными цветовыми решениями технических алмазов на сегодняшний день являются:

  • серый;
  • молочно-белый;
  • черный.

Что касается алмазов ювелирного качества, то чаще всего используются камни таких цветов как:

  • желтый;
  • дымчато-коричневый;
  • бурый.

Крайне редки и от того дороги камни таких цветов как:

  • зеленый;
  • голубой;
  • розово-лиловый;
  • бесцветный.

Как определяют подлинность алмаза и создают подделки

Алмазы – минералы, который являются объектами наиболее частых попыток подделок. Безусловно, приобрести по стоимости настоящего камня подделку никому не хочется.

Наиболее распространенный вариант подделки – имитация более дешевыми камнями, например, прозрачным цирконом или бесцветным сапфиром, особо отважные мошенники могут использовать даже хрусталь. Для того, чтобы удостовериться в том, что вы приобретаете природный алмаз, следует посмотреть на солнце сквозь камень. Если минерал настоящий, то через него можно будет увидеть лишь яркую точку. А вот подделки пропускают свет полностью.

Опущенный в воду истинный алмаз не сольется с водой, вопреки мифу, а будет продолжать блестеть в ней, в отличие от подделки (это связано с отличиями в плотности и степенью преломления света (рефракцией).

А вот от искусственно выращенного минерала, настоящий отличить сможет лишь эксперт (и то, это не всегда так просто). Насторожить может лишь низкая цена для камня. Интересный факт, что когда научились выращивать высококачественные минералы, стоимость природных камней сильно упала.

Лечебные свойства (литотерапия)

Для начала, стоит сказать, что данный раздел не имеет ничего общего с научно обоснованной медициной. По этому не вздумайте лечиться камнями, а обращайтесь к врачам.

С древних времен люди использовали алмаз в лечебных целях. Считалось, что он может помочь справиться своему владельцу с широким спектром заболеваний и проблем психического характера

  • фобии;
  • проявление депрессии;
  • нервные срывы;
  • нервное перенапряжение;

В целом, алмазы оказывают положительное воздействие на состояние нервной системы своего владельца, оказывает влияние на выбор здорового образа жизни.

Кроме того, алмаз может оказать помощь в борьбе с

  • алкоголизмом;
  • табакокурением;
  • зависимостью от наркотиков.

Литотерапевты используют алмаз для

  • снижения жара;
  • при легочных заболеваниях;
  • лечения заболеваний предстательной железы;
  • лечения гепатита;
  • лечения широко спектра суставных заболеваний;
  • борьбы с бессонницей;
  • предотвращения появления камней в почках;
  • лечения кожных заболеваний.

Сторонники аюрведического подхода к лечению считают, что ношение алмазов позволяет сохранять молодость, благотворно сказывается на работе сердечно-сосудистой системы и повышает эффективность работы головного мозга.

Магические и волшебные свойства

Алмаз признается не только наиболее ценным для человека камнем, но и является самым опасным, так как при неуважительном отношении к минералу его владелец будет испытывать множество невзгод и неприятностей на его пути.

При этом считается, что обладатель алмаза приобретает с минералом

  • большую смелость;
  • заметную решительность;
  • большую твердость духа;
  • удачу;
  • защиту от алкоголизма, наркомании и прочих зависимостей;
  • охраняет от колдовства и сглаза.

К сожалению, камень помогает в первую очередь тем, кто и без него достиг успеха в жизни.

Какому знаку зодиака подходит алмаз

Алмаз рекомендуется носить такому представителю знаков зодиака как овен, который отличается вспыльчивостью и раздражительностью. Их негативные качества камень притупляет. Хотя и остальным знакам зодиака вреда этот драгоценный камень не нанесет.

Также камень подходит носителем таких имен как Мария, Иван, Инна, Лев, Кристина, Илья, Дарья.

ozak.ru

Глава 3 химический состав алмазов

Химическая природа алмазов на протяжении многих веков остава­лась неразгаданной. Впервые Ньютон (1704) высказал предполо­жение, что они состоят из углерода. Экспериментальное подтверж­дение это предположение получило в самом конце XVIII в. (Теп-nant, 1797; Guyton de Morvean, 1799). В течение XIX в. было выпол­нено много анализов: алмазы сжигались, и полученное количество углекислого газа пересчитывалось на чистый углерод. Впервые объем СО2, полученный при сгорании алмаза, был измерен Дэви (Davy, 1816). После сжигания алмазов оставалось некоторое коли­чество золы, что свидетельствовало о наличии в них примесей дру­гих элементов. При сжигании прозрачных кристаллов алмаза зола составляла 0,02-0,05% (Dumas, Stas, 1841), и лишь в некоторых случаях ее количество достигало 4,8% (Doelter, 1912). В золе было установлено присутствие следующих элементов: Fe, Ca, Mg, Ti и Si (Dumas, Stas, 1841; Doelter, 1912). После сжигания борта и кар­бонадо в газовых продуктах находились водород и кислород (Werth, 1893; Rivot, 1848). Отмечалось присутствие благородных газов: криптона, неона и др. (Swinton, 1909).

Детальные исследования химического состава золы, полученной после сожжения различных разновидностей алмаза, были проведе­ны А. Ф. Вильямсом (Williams, 1932).

В последние годы с помощью высокочувствительных аналити­ческих методов (эмиссионного, спектроскопического, газовой хро­матографии, радиоактивационного и др.), дающих возможность выявлять ничтожные количества примеси, выяснено, что в алмазах присутствует значительно больше элементов, чем это указывалось ранее. Была установлена корреляция между содержанием некото­рых элементов-примесей и физическими свойствами, а также тек­стурой кристаллов алмаза. Проведены работы по изучению изотоп­ного состава углерода алмаза, что имеет большое значение для ре­шения вопроса о генезисе этого минерала. На основании обобще­ния литературных данных, а также собственных материалов, полу­ченных в процессе исследований в содружестве с сотрудниками других институтов, ниже приводятся сведения о химическом соста­ве алмазов.

ИЗОТОПНЫЙ СОСТАВ УГЛЕРОДА В КРИСТАЛЛАХ И ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ОБРАЗОВАНИЯХ АЛМАЗА

Первые работы по выяснению изотопного состава углерода в алмазах были выполнены Крейгом (Craig, 1953) и Викманом (Wickman, 1956). Этими исследователями проанализированы алмазы из ряда месторождений зарубежных стран. Значение отношения 12С/13С в исследованных ими алмазах колебалось от 89,24 до 89,61. Впервые подобные исследования алмазов из отечественных место­рождений были проведены М. Н. Голубчиной и А. В. Рабинович (1958), которые установили, что углерод в алмазах из сибирских месторождений несколько «утяжелен» по сравнению с рассеянным углеродом из ультраосновных пород.

А. П. Виноградов и др. (1965) опубликовали результаты иссле­дования изотопного состава углерода алмазов из кимберлитовой трубки «Мир», рассеянного углерода самих кимберлитов и других углеродсодержащих материалов. По их данным, в шести проанали­зированных ими образцах алмаза отношение 12С/13С колебалось от 89,49 до 89,78. Таким образом, на основании результатов анализов всех указанных выше исследователей можно сделать вывод, что алмазы из разных месторождений мира имеют близкий изотопный состав углерода, и значение 12C/13C в них колеблется в узком пре­деле. Минимальное абсолютное значение 12С/13С, равное 89,24, было установлено в алмазе из южноафриканского месторождения (Cra­ig, 1953), максимальное – 89,76 для алмаза из трубки «Мир» (Ви­ноградов и др., 1965), Среднее значение 12С/13С в алмазах, по дан­ным А. П. Виноградова и др. (1965), равно 89,44.

Во всех этих работах, судя по описанию, для анализа изотопно­го состава углерода отбирались обычные прозрачные кристаллы алмаза, охарактеризованные нами под рубрикой первой разновид­ности.

Важно выяснить, идентичен ли изотопный состав углерода в раз­личных разновидностях кристаллов и поликристаллических обра­зований алмаза, сильно отличающихся друг от друга.

С этой целью нами проанализировано несколько образцов алма­зов, характеристика которых приводится в табл. 4. Для обычных прозрачных кристаллов алмаза (табл. 4, анализы 1-3) из трех разных месторождений (трубки «Мир», «Айхал» и «Кимберлей») получены очень близкие значения 12С/13С, которые находятся в пре­делах значений этого отношения, установленных ранее. В кубиче­ском непрозрачном, сероватого цвета кристалле алмаза, имеющем во внешней зоне темные включения (графита?) и по своему харак­теру строения и форме относящемся к кристаллам третьей разно­видности, изотопный состав углерода оказался идентичным обыч­ным прозрачным кристаллам. Из результатов анализов 5 и 6 (табл. 4) видно некоторое «облегчение» углерода в ядре и оболоч­ке кристалла четвертой разновидности (coated diamond). Статисти­чески это не подтверждено, в связи с чем недостаточно оснований для вывода об отклонении изотопного состава углерода этой разновидности кристаллов алмаза. Анализ черного крупнозернистого борта из южноафриканского месторождения (табл. 4, анализ 7) показал, что значение 12С/13С в этой разновидности алмаза не выхо­дит за пределы значений, установленных для монокристаллов.

Иные значения 12C/13C получены в образцах карбонадо из Бра­зилии (Виноградов и др., 1966). Изотопный состав углерода в кар­бонадо из бразильского месторождения сильно отличается от всех других разновидностей форм кристаллизации алмаза. В то время как в монокристаллах алмаза отклонение от стандарта ∆ 13C не превышает – 0,9%, в карбонадо оно оказалось равным в среднем – 2,8%.

Таким образом, проведенные исследования изотопного состава углерода различных разновидностей кристаллов алмаза и их поли­кристаллических образований позволяют сделать следующий вы­вод. В кристаллах алмаза независимо от их разновидности и в круп­нозернистом борте изотопный состав углерода близок. Значение 12С/13С в них колеблется в узких пределах: 89,24-89,78. Состав углерода в бразильском карбонадо резко отличается от всех дру­гих разновидностей; значение 12С/13С в них колеблется в пределах 91,54-91,56.

Специфическое строение и отличие изотопного состава углерода карбонадо позволяет провести резкую границу между этой скрытокристаллической формой выделения алмаза и всеми другими его разновидностями.

ТАБЛИЦА 4. Изотопный состав углерода в различных разновидностях кристал­лов и поликристаллических образованиях алмаза

(аналитик О. И. Кропотова)

№ анализа

Описание образца алмаза

Месторождение

Разновидность

Изотропный состав углерода

12C/13C

∆ 13C

1

Изометричный октаэдр. Бесцветный, прозрачный. На гранях (111) тонкая слоистость. Включений нет. В ультрафиолетовых лучах не люминесцирует. Вес 19,3 мг

Трубка «Айхал»

I, обычный кристалл

89,55

- 0,62

2

Изометричный октаэдр. Бесцветный, прозрачный. На гранях (111) тонкая слоистость. Включений нет. Фотолюминесценцияз зеленовато-желтая. Прозрачен для ультрафиолетовых лучей менее 3000 Ǻ (алмаз промежуточного типа). Вес18,8 мг

Трубка «Мир»

То же

89,47

- 0,54

3

Три мелких прозрачных октаэдрических и два осколка прозрачных кристаллов алмаза

Южная Африка, трубка«Кимберлей»

»

89,52

- 0,59

4

Кристалл кубической формы, изометричный. Слабо сероватый, непрозрачный. На неровных поверхностях (100) многочисленные мелкие четырехугольные ямки травления. Близко к поверхности видны многочисленные пылевидные черные включения (графит?). Вес 32,3 мг

Трубка «Айхал»

III

89,57

- 0,66

5

Кристалл комбинационной формы октаэдра, ромбододекаэдра и куба. Желтовато-зеленоватый, непрозрачный

Трубка «Айхал»

IV, алмаз с оболочкой

89,88

- 1,0

6

Грани сильно изъедены

IX

89,88

- 1,0

7

Борт; крупнозернистый без правильного кристаллографического огранения зерен, черного цвета

Южная Африка

X

89,57

- 0,66

8

Карбонадо. Серого цвета

Бразилия

X

91,55

- 2,81

9

Карбонадо

»

X

91,55

- 2,80

10

Карбонадо

»

X

91,56

- 2,84

11

Карбонадо. Черного цвета

»

X

91,54

- 2,78

* Анализ 5 – бесцветное ядро кристалла.

** Анализ 6 – внешняя окрашенная оболочка.

ЭЛЕМЕНТЫ-ПРИМЕСИ В АЛМАЗАХ

Имеется большое количество работ, в которых приводятся све­дения о нахождении в алмазах в качестве примеси тех или других элементов. На основании обобщения литературных данных и соб­ственных результатов исследований ниже приводится описание элементов-примесей с указанием способов их констатации и уста­новленных содержаний. Описание производится в порядке располо­жения элементов в периодической системе Д. И. Менделеева.

ВОДОРОД (Н). Присутствие водорода в алмазах отмечалось уже в самых ранних работах, касающихся изучения химического состава алмазов. Так, например, Верт (Werth, 1893) сообщал, что им водород установлен в составе газов, полученных после сожже­ния борта; по его данным, содержание водорода в этих газах со­ставляло 0,5%. Ривот (Rivot, 1848) анализировал газовые продук­ты после сожжения трех образцов карбонадо. Водород им был об­наружен в каждом из образцов в следующих количествах: 2,03, 0,27 и 0,24%. Дельтер (Doelter, 1912) приводит результат анализа Доухета (Douchet), который сжигал антрацитоподобный карбонадо и установил в газовых продуктах сгорания присутствие водорода в количестве 0,5%. Кайзер и Бонд (Kaiser, Bond, 1959), проанализи­ровав состав газов, полученных ими в процессе термической обра­ботки исследованных прозрачных кристаллов алмаза, отметили, что в них содержалось незначительное количество водорода.

Е. В. Соболев и С. В. Ленская (1965) предполагают, что систе­ма полос поглощения в инфракрасной области 1010, 1100, 1180, 1332 и 3107 см-1 обусловлена центрами, связанными с примесью водо­рода. Линия 3107 см-1, по их мнению, относится к локализованному валентному колебанию С—Н.

На основании всех этих данных можно утверждать, что в алма­зах находится примесь водорода, однако указывавшиеся в ранних работах содержания его, очевидно, несколько завышены. Точных количественных определений примеси водорода в алмазах совре­менными высокочувствительными методами еще не делалось.

БОР (В). Примесь бора в алмазах установлена при проведении эмиссионных анализов. Бантинг и Волкенбург (Bunting, Valkenburg, 1958) обнаружили присутствие бора в некоторых из исследо­ванных ими прозрачных кристаллах, относящихся к алмазам типа I и П. По их данным, содержание бора в большинстве случа­ев было таким же, как Al, Fe, Mg и Si – элементов, постоянно фи­ксирующихся в алмазах. Для выявления примеси бора в алмазах нами совместно с А. И. Корниловой были проанализированы 11 кристаллов различных разновидностей и один образец карбонадо. Эмиссионный анализ производился на высокочувствительной уста­новке ДФС-8 с использованием безборовых угольных электродов. Чувствительность на бор составляла 1 · 10-3 %. В результате в че­тырех кристаллах и в карбонадо было установлено присутствие бо­ра; содержание его колебалось от следов до 0,03%. Описание про­анализированных алмазов приводится в табл. 5. Остальные семь алмазов, в которых бор не был обнаружен, представляли собой кри­сталлы первой (3 шт.), второй (1 шт.), третьей (1 шт.) и четвертой (2 шт.) разновидностей.

Г. О. Гомон (1966) на основании сходства спектров ЭПР дымча­то-коричневых кристаллов со спектрами, полученными от стеклооб­разных материалов, содержащих бор, сделал вывод, что для алма­зов такого цвета характерна примесь бора. Однако преимуществен­ное вхождение бора именно в дымчато-коричневые кристаллы алма­за маловероятно. Дымчатая и коричневая окраска у алмазов воз­никает эпигенетически. Первоначально бесцветные кристаллы окра­шиваются в эти цвета в результате развития пластической деформации. В связи с этим нельзя предположить, что дымчато-коричне­вые алмазы кристаллизуются в каких-то специфических условиях, и бор является для них типоморфной примесью.

Из 11 исследованных нами специально на содержание бора кри­сталлов алмаза один имел интенсивную коричневую окраску, одна­ко примесь бора в нем не установлена.

Имеются некоторые основания предполагать, что бор постоянно присутствует в природных голубых и синих алмазах, обладающих полупроводимостью (алмазы типа IIб), так как некоторые исследователи (Collins, Williams, 1970) предположительно связывают это свойство с примесью бора. Кроме того, известно, что при допировании синтетических и природных алмазов бором они окрашиваются в синий цвет и становятся полупроводниками (Wentorf, Bovenkerk, 1962).

АЗОТ (N). Впервые примесь азота в кристаллах алмаза была обнаружена Кайзером и Бондом (Kaiser, Bond, 1959) посредством метода газовой хроматографии. Они установили, что содержание азота в алмазах колеблется в широких пределах и достигает в некоторых кристаллах 0,23 % (~ 4·1020 атом·см-3). Этими исследователями выявлено, что коэффициент поглащения при линии 1280 см-1 в ИК-спектрах коррелирует с содержанием примеси азота (рис. 14). Содержание азота может быть рассчитано по формуле: n = 3,3 · 10-5 Nα, где N – число атомов в 1 см3 решетки алмаза, равное 1,73·1023 атом·см-3, α – коэффициент поглащения при длине волны 7,8 мк (1280 см-1). Позднее Лайтоулерс и Дин (Lightowlers, Dean, 1964), используя активационный анализ, проводили прямое количественное определение примеси азота в алмазах и подтвердили данные Кайзера и Бонда. Радиоактивационный метод с использованием -лучей и нейтронов для активации атомов азота обладает очень высокой чувствительностью (~10-6) и позволяет делать точные ко­личественные определения примеси азота в алмазах (Rocco, Garzon, 1966). В результате проведенных исследований установлено, что в алмазах типа I находится максимальное содержание азота (до ~ 0,25%), в алмазах типа II концентрация его не превышает ~0,001% (Lightowlers, 1965).

ТАБЛИЦА 5. Результаты эмиссионного анализа кристаллов алмаза на содержание бора

Описание кристаллов алмаза

Разновид-ность

Месторож-дение

Содержание бора, вес. %

Октаэдр, прозрачный, ясного розовато-лилового цвета. На гранях отчетливо выражены линии скольжения, декорированные мелкими треугольными фигурками – углублениями.

I

Трубка «Мир»

Сл.

Октаэдр, прозрачный, слабо окрашенный в соломенно-желтый цвет. Грани слоис­тые, ребра округлены.

I

Трубка «Айхал»

0,01

Внешняя зона алмаза с оболочкой (coateddiamond) окрашенная в яркий жел­тый цвет. Отобрана после разделения кристалла, имевшего комбинационную форму октаэдра, ромбододекаэдра и куба.

IV

То же

Сл.

Кристалл кубической формы, непрозрачный, темно-зеленого цвета. Характерный образец разновидности coateddiamond.

IV

Африка

0,03

Карбонадо. Зерно неправильной формы. Поверхность темная, середина зеленовато-серая.

X

Бразилия

0,03

Аналитик А.И. Корнилова, анализ выполнен на спектрографе ДФС-8 с использованием безборовых углей

Азот образует в структуре алмаза различные дефектные цент­ры, сильно влияющие на свойства алмазов (табл. 10, гл. IV). Не­которые из этих центров явля­ются ответственными за пара­магнитный резонанс. Наиболее часто в алмазах парамагнит­ные центры представлены оди­ночными атомами азота, изо­морфно замещающими угле­род. Азот, входящий в алмаз в этой форме, может быть уста­новлен с помощью ЭПР, одна­ко этот метод не дает возмож­ности определить все количест­во примеси азота, так как обыч­но азот образует в структуре природных алмазов такие центры, которые не вызывают пара­магнитного резонанса. Прибли­зительное определение общего содержания азота методом ЭПР возможно только в интенсивно окрашенных в зеленый цвет оболочках зональных кристаллов, относящихся к четвертой разно­видности, в которых, как показали исследования, азот находится в основном в парамагнитном состоянии.

При исследовании спектров ЭПР установлено, что наряду с азо­том 14N в алмазах присутствует незначительное количество изотопа 15N. В одном из кубических кристаллов алмаза, имеющем интен­сивную янтарно-желтую окраску (разновидность II), содержание 15N составляло приблизительно 1/180 концентрации 14N.

КИСЛОРОД (О). Присутствие кислорода в алмазах было от­мечено давно. Так, например, Дэна (Dana, 1868) приводит резуль­тату анализа карбонадо, согласно которым кислород в нем состав­ляет 1,5% Сиил (Seal, 1966) при электронном зондировании вклю­чений, находящихся во внешней зоне алмазов с оболочкой (разно­видность IV), выявил кислород и кремний. Однако установленное им количество кислорода не находилось в стехиометрическом отно­шении с содержанием кремния, и он предположил, что кислород только ассоциирует с включениями, но не входит в их состав. Форма вхождения кислорода в алмаз осталась невыясненной. На осно­вании этих данных можно думать, что нахождение примеси кислорода в кристаллах алмаза весьма вероятно, но пока точных коли­чественных определений его еще никем не сделано.

НАТРИЙ (Na). Впервые примесь натрия в алмазе была уста­новлена Числеем (Chesley, 1942) посредством эмиссионного анали­за: из 33 проанализированных алмазов следы натрия им обнару­жены в 10. По его данным, относительно обогащенным этим эле­ментом был один темно-зеленый алмаз из Сьерра-Леоне, представ­ленный кристаллом с оболочкой (разновидность IV). Бантинг и Валкенбург (Bunting, Valkenburg, 1958), исследовавшие прозрачные ювелирного качества алмазы, также обнаружили при эмиссион­ном анализе присутствие в них натрия.

Точные количественные измерения содержания натрия в алма­зах были проведены радиоактивационным методом (Кодочигов и др., 1966, 1967; Глазунов и др., 1967). Из 45 исследованных кри­сталлов натрий был установлен в 32. Содержание его колебалось от 4,4 · 10-9 до 4,2 · 10-6 г/г. Максимальное его количество зафиксиро­вано в алмазе с оболочкой (разновидность IV), что согласуется с результатами, полученными Числеем.

При изучении распределения примесей по объему кристаллов алмаза (Кодочигов и др., 1967) было выявлено, что максимальная концентрация натрия приурочена к поверхностной зоне кристал­лов. Например, в одном алмазе (см. ан. 4, табл. 6.) в наружной зоне кристалла содержание натрия доходило до 1,4 · 10-5 г/г, а во всей остальной части кристалла оно было немного больше 5 · 10-10 г/г. Толщина верхнего слоя, в котором установлена макси­мальная концентрация натрия, составляла приблизительно 3-4 мк.

МАГНИЙ (Mg). Магний – один из тех элементов, которые постоянно устанавливались в алмазах при химическом анализе их золы. Содержание MgO в золе колебалось от следов до 33,60%. Процентный выход золы и полные результаты ее химического ана­лиза приводятся ниже, при рассмотрении химических особенностей кристаллов алмаза различных разновидностей (табл. 7). Примесь магния почти постоянно фиксировалась в алмазах при эмиссион­ных анализах (Williams, 1932; Chesley, 1942; Гневушев, Кравцов, 1960; Гневушев, Николаева, 1961; Bunting, Valkenburg, 1958; Raal, 1957 и др.). Из исследованных нами 30 кристаллов алмаза при полуколичественном эмиссионном анализе магний был установлен в 29; содержание его колебалось от следов до 0,001%. Более точное определение содержания магния проведено нейтронно-активационным методом. Измерение было произведено сразу в семи активи­рованных кристаллах алмаза как в одной пробе. Среднее содержа­ние магния в них оказалось равным 3 · 10-3 % (Орлов, Кодочигов и др., 1968).

АЛЮМИНИЙ (А1). Примесь алюминия впервые установлена в алмазе при химическом анализе его золы; содержание А12О3 в ней достигало 18,77%. Этот элемент почти постоянно фиксируется в ал­мазах при эмиссионных анализах, проводившихся многими иссле­дователями (Chesley, 1942; Raal, 1957; Bunting, Valkenburg, 1958 и др.). Числей отметил корреляцию между содержанием алюминия и кремния: в тех кристаллах, где много алюминия, наблюдается повышенное содержание кремния. Максимальное содержание алю­миния зафиксировано им в двух прозрачных кристаллах светло-желтого и светло-зеленого цвета, а также в одном из проанализи­рованных образцов карбонадо.

Содержание алюминия в алмазах определено с помощью радиоактивационного анализа. Лайтоулерс (Lightowlers, 1962), исследо­вавший 18 кристаллов алмаза, выявил, что количество алюминия в них колебалось от 0,1 · 10-8 до 20 · 10-8 г/г. При исследовании 45 кри­сталлов алмаза этим же методом (Кодочигов и др., 1966; Орлов, Кодочигов и др., 1968) было определено, что содержание алюминия в них колеблется в пределах 1,3 · 10-7 – 1,0 · 10-4 г/г. Максимальное содержание этого элемента было установлено в янтарно-желтом кубическом кристалле алмаза (разновидность II) из трубки «Кимберлей».

КРЕМНИЙ (Si). Присутствие кремния в алмазах было обна­ружено впервые при химическом анализе их золы (Dumas, Stas, 1847). Обычно этот элемент преобладает в золе алмазов; количе­ство SiO2 составляет в ней в некоторых случаях 47,08% (табл. 7). Кремний постоянно фиксируется в алмазах при эмиссионных ана­лизах. При полуколичественных эмиссионных анализах установле­но,

что содержание его в кристаллах с оболочками (разновидность IV) иногда достигает ~ 0,03%. Особенно обогащены кремнием внешние зоны этих кристаллов, в которых имеется большое коли­чество микроскопических включений. Выявлено, что в этих зонах кремния на порядок больше, чем в ядре. Анализируя включения во внешней зоне одного из кристаллов этой разновидности, Сиил (Seal, 1966) установил, что главным элементом в них является крем­ний.

Точные количественные определения кремния радиоактивацион­ным анализом были сделаны нами совместно с П. Н. Кодочиговым и А. Д. Куриновым (Орлов и др., 1972). В четырех проанализиро­ванных кристаллах содержание кремния колебалось от 0,0046 до 0,01%; максимальная концентрация была установлена также в кристалле с оболочкой. Очевидно, что основная часть кремния, фик­сирующаяся в этой разновидности кристаллов алмаза, связана с включениями, а не находится в виде примеси в самом алмазе.

ФОСФОР (Р). Фосфор указывался Вильямсом (Williams, 1932) среди элементов-примесей, установленных в борте при эмиссион­ном анализе. Кроме того, он приводит результаты химического анализа золы фрамезита (карбонадо), согласно которым в ней было, обнаружено 0,25% фосфора (табл. 7). В одном кристалле (разновидность IV) из африканского месторождения нами при эмиссионном анализе также были зафиксированы следы фосфора. Других данных о присутствии этого элемента в качестве примеси в алмазах не имеется.

КАЛЬЦИЙ (Са). Впервые примесь кальция была обнаружена в золе борта и кристаллов с оболочками (Hintze, 1904; Doelter, 1912; Williams, 1932).

Кальций часто фиксируется при эмиссионных анализах алмазов. Относительно высокое содержание его устанавливается в некото­рых кристаллах с оболочками (разновидность IV). Возможно, это объясняется, как и в случае кремния, тем, что кальций входит в со­став включений, находящихся в большом количестве в этих оболочках. Присутствие кальция в этих включениях было установлено Сиилом (Seal, 1966).

СКАНДИЙ (Sc). Скандий установлен в алмазах при радиоактивационном анализе. Он обнаружен в 14 из 38 исследованных алмазов. Содержание его колебалось от 5,4 · 10-10 до 5,2 · 10-8 г/г (Кодочигов и др., 1966). Скандий установлен в анализировавшихся ал­мазах из месторождений Якутии (из 15 в трех), Урала (из 8 в ше­сти) и Африки (из 15 в пяти).

ТИТАН (Ti). Впервые незначительное количество титана было установлено в золе алмаза (Doelter, 1912). По результатам эмис­сионных анализов содержание его в алмазах не превышает не­скольких тысячных процента (0,001-0,005). Представление о часто­те обнаружения титана в алмазах могут дать следующие цифры: из 33 кристаллов, проанализированных Числеем (Chesley, 1942), титан установлен в 8; из 25 кристаллов, исследованных Раалом (Raal, 1957), он зафиксирован в 9; нами проанализировано. 30 ал­мазов, из них титан обнаружен в 20.

В двух кристаллах алмаза произведено измерение содержания титана радиоактивационным методом (Орлов, Кодочигов и др., Л968). Один из них имел форму куба и янтарно-желтый цвет (разновидность II, месторождение «Кимберлей»),содержание титана в нем достигало (5,0±0,5) · 10-6 г/г. Второй кристалл из Бразилии представлял собой двойник октаэдров, прозрачный, бесцветный внутри, но интенсивно пигментированный с поверхности зелеными пятнами. Содержание титана в нем оказалось равным 1,8 · 10-4 г/г.

ХРОМ (Сг). Впервые хром был установлен в алмазах с по­мощью спектрального эмиссионного анализа. Из 33 исследованных Числеем (Chesley, 1942) алмазов он был обнаружен в 6; Раал: (Raal, 1957) обнаружил следы хрома только в одном из 25 проана­лизированных им кристаллов. Однако, как устанавливается более чувствительным радиоактивационным анализом, хром присутствует в алмазах значительно чаще. Так, из 38 исследованных нейтронно-активационным методом алмазов хром установлен в 29. Содержа­ние его колебалось от 8 · 10-8 до 1 · 10-3 г/г (Глазунов и др., 1967).

ТАБЛИЦА 6. Распределение примесей по объему кристаллов алмаза (по Глазунову, Кодочигову, Орлову, 1967)

№№

Характеристика алмаза

При-месь

Масса алмаза, г

Потери в весе,

в %

Концентрация примеси в алмазе, г/г

в снятом слое

в остав-шейся части образца

в снятом слое

в оставшейя части

в исходном образце

1

Вес 0,1401 г; месторождение Айхал; обычный алмаз; сильно уплощенный октаэдр; прозрачный бесцветный

Na

Cu

0,0138

0,0138

0,1263

0,1263

9,0

9,0

5,6 × 10-8

9,8 × 10-7

studfiles.net

Структура алмаза: ее особенности и интересные последствия

Приветствуем наших читателей. Всем известно, что алмаз является самым твердым камнем на планете. Чем же обусловлено такое удивительное свойство? Да и некоторые другие параметры камня тоже. Одним из таких основополагающих качеств является структура алмаза.

Являясь аллотропной модификацией углерода, минерал демонстрирует совершенно другие качества. Благодаря этому вещество занимает столь прочные высокие позиции среди других материалов с точки зрения использования в разных сферах.

Начнем с того, что у углерода существует несколько кристаллических модификаций, а именно три. Две из них имеют естественное земное происхождение. Это алмаз (кубическая модификация) и графит (гексагональная). К третьей относится лонсдейлит – также гексагональная вариация, встречающаяся, правда, только в останках метеоритов либо выводимая искусственным образом.

Структура алмаза во всех подробностях

Кристаллизация алмаза происходит в сингонии, то есть в кубической системе. Это означает, что одинарная ячейка структуры каждого алмаза имеет форму идеального куба.

Как известно, кубическая система структуры является самой крепкой среди всех существующих. Этим объясняются многие качества алмаза.

Если рассуждать подробнее, то в каждой верхней точке такого кубика (вершине) располагается по одному-единственному атому. При этом в центре каждой грани минерала также есть атом, а еще четыре внутри самого куба. В итоге получается, что любой атом, располагающийся в центре любой грани, является общим для еще двух ячеек. С помощью простой математики также можно установить, что атом, располагающийся на вершине алмазного атома, является общим для суммарно восьми его ячеек.

Некоторые факты о структуре алмаза:

  1. Размер одной такой элементарной ячейки составляет порядка 0,36 нм. Самое короткое расстояние между соседними атомами 0,15 нм.
  2. Таким образом получается, что все атомы углерода так или иначе в алмазе расположены в центре самого настоящего тетраэдра. Четыре самых близких атома при этом расположены на вершинах этого тетраэдра. Все атомы связуются со своими самыми ближайшими соседями самой прочной ковалентной связью, о которой вам наверняка приходилось слышать на химии и физике.
  3. Кстати, угол между ранее упоминаемыми ковалентными связями составляет почти 110 градусов.
  4. В идеализированной модели кристалл твердого алмаза можно представить как одну огромную молекулу этого же вещества. Вообще кристаллы алмаза имеют формы куба, ромбододекаэдра, тетраэдра и октаэдра.
  5. У минерала есть множество разновидностей: карбонадо состоит из отдельных зерен, борт, характеризующийся многочисленными мелкими ограненными кристаллами и зернами неправильной формы, сросшихся друг с другом, а также баллас – радиально-лучистая разновидность камня.
  6. Природные алмазы в природе встречаются самых разных размеров: от почти микроскопических зерен до огромных камней в несколько тысяч карат (хотя последнее и большая редкость).
  7. Наибольшую роль в цвете и некоторых других характеристиках минерала играет азот. В основном он влияет на окраску, люминесценцию, взаимодействие с рентгеновскими лучами и некоторые другие свойства вещества. Во многом благодаря ему алмазы становятся то розовыми, то голубоватыми, то приобретают другие, не менее удивительные оттенки.
  8. Адамант устойчив практически ко всем видам кислот (даже к плавиковой, которая разъедает даже стекло). Высокая температура также не меняет этого факта.
  9. Чем выше температура окружающей среды, тем быстрее уменьшается теплопроводность камня (для сравнения: при 100 К коэффициент теплопроводности составляет 6 кДж/м*К, а при 400 К до 0,8).
  10. Поверхность минерала гидрофобна при условии чистоты камня (то есть воду он не впитывает).

Если вы хотите взглянуть на структуру минерала наглядно, а не представлять ее, то предлагаем взглянуть на короткий ролик, демонстрирующий структуру в виде объемной модели:

Получается, что атомы при таких условиях очень прочно соединены друг с другом, из чего вытекают свойства камня и его основные особенности, за которые он так ценим.

А мы прощаемся с вами и желаем вам самых удивительных открытий. Заходите на ресурс почаще и делитесь в соц. сетях полезными и интересными фактами. До свидания!

Команда ЛюбиКамни

lubikamni.ru


Смотрите также