Алмаз имеет следующую кристаллическую решетку. Состав, структурная формула и прочие особенности алмаза

С давних времен люди делают украшения из драгоценных камней. Особенно ценятся ювелирные изделия с бриллиантами, привлекающими внимание своей необычайной прозрачностью, причудливыми переливами и ярким блеском.


Бриллиант – это ограненный алмаз. Чаще всего он бесцветный, хотя иногда попадаются камни с желтым, сероватым или зеленым оттенком. Но что же такое алмаз? Из чего он состоит и как образуется?

Что такое алмаз?

Алмаз – самый твердый природный минерал, добываемый из россыпных залежей или кимберлитовых трубок. Его можно найти практически на всех материках, за исключением Антарктиды, но главные месторождения находятся в Африке, Канаде, России и .

Первые камни были обнаружены совершенно случайно. Их открытием человечество обязано африканским детям, игравшим с блестящими камушками. Найдены они были в 1870 году в ЮАР возле городка Кимберли, от чего все алмазоносные породы стали называть кимберлитами.

В России алмазы впервые обнаружили рядом с Пермью в 1829 году. Что интересно, находка тоже принадлежала ребенку. Во время работы на золотодобывающем прииске 14-летний крепостной Павел Попов нашел алмаз при промывании золота.


Благодаря этому камешку он получил вольную, а затем показал место обнаружения алмаза научной экспедиции во главе с немецким физиком Александром Губольтом. С тех пор в России было открыто немало месторождений, включая богатые залежи в Якутии.

Из чего состоит алмаз?

Среди драгоценных камней алмаз является единственным минералом, состоящим только из одного элемента. В его структуре лежит кристаллический углерод, обладающий уникальными свойствами.

Алмаз имеет самую высокую твердость, низкий коэффициент трения и высочайшую температуру плавления от 3700 до 4000 °C. Ценность камней определяется в специальных единицах – каратах. Один карат равняется 0,2 граммам.

Обычно алмазы имеют небольшой вес, но иногда попадаются действительно крупные экземпляры. Самым большим в мире был алмаз «Куллинан», обнаруженный в 1905 году в южноафриканской шахте Premier Mine.

Его вес в неограненном виде составлял 3106,75 карата, то есть более 620 граммов. В дальнейшем камень подвергли обработке и разделили на 9 крупных бриллиантов и 96 мелких.

Как образуются алмазы?

Происхождение алмазов достоверно не установлено. Ученые выдвигают множество различных гипотез, но большинство придерживается мнения, что камни формировались в мантии, а затем поднимались ближе к поверхности. По разным оценкам их возраст составляет от 100 млн. до 2,5 млрд. лет.


Существуют алмазы и внеземного происхождения. В частности, крупное месторождение таких камней было обнаружено рядом с сибирским кратером Попигай, образованным в результате падения астероида примерно 35 млн. лет назад.

Что такое синтетические алмазы?

Алмазы используются не только для украшений, но и в промышленных целях (при изготовлении крепких сверл, резцов, ножей). Потребность широкого применения вынудила ученых создавать искусственные алмазы, выращенные в лабораториях.

Их называют синтетическими, хотя такое определение не совсем корректно. На самом деле искусственные алмазы не содержат синтетики и по своему составу аналогичны природным. Синтетические камни изготавливают двумя способами – путем химического осаждения из пара (CVD) и под высоким давлением и температурой (HPHT). Существует еще несколько методов, но они не имеют коммерческого успеха.

Как делают бриллианты?

Чтобы алмаз приобрел красивую форму и начал переливаться разноцветными огоньками, его превращают в бриллиант. Основным способом обработки камней является круглая огранка, при которой на алмазе делают 57 граней.


Бывают и более сложные методы, позволяющие выполнить до 240 граней или создать бриллиант определенной формы – розой, таблицей, клиньями. Иногда качественно выполненная работа превышает стоимость самого алмаза, а неправильная огранка, напротив, способна уничтожить камень или сделать на нем дефекты.

Алмаз — самый твёрдый минерал, кубическая полиморфная (аллотропная) модификация углерода(C), устойчивая при высоком давлении. При атмосферном давлении и комнатной температуре метастабилен, но может существовать неограниченно долго, не превращаясь в стабильный в этих условиях графит. В вакууме или в инертном газе при повышенных температурах постепенно переходит в графит.

СТРУКТУРА

Сингония алмаза кубическая, пространственная группа Fd3m. Элементарная ячейка кристаллической решетки алмаза представляет собой гранецентрированный куб, в котором в четырех секторах расположенных в шахматном порядке, находятся атомы углерода. Иначе алмазную структуру можно представить как две кубических гранецентрированных решетки, смещенных друг относительно друга по главной диагонали куба на четверть её длины. Структура аналогичная алмазной установлена у кремния, низкотемпературной модификации олова и некоторых других простых веществ.

Кристаллы алмаза всегда содержат различные дефекты кристаллической структуры (точечные, линейные дефекты, включения, границы субзерен и тп.). Такие дефекты в значительной степени определяют физические свойства кристаллов.

СВОЙСТВА

Алмаз может быть бесцветными водянопрозрачным или окрашенным в различные оттенки желтого, коричневого, красного, голубого, зеленого, черного, серого цветов.
Распределение окраски часто неравномерное, пятнистое или зональное. Под действием рентгеновских, катодных и ультрафиолетовых лучей большинство алмазов начинает светиться (люминесцировать) голубым, зелёным, розовым и др. цветами. Характеризуется исключительно высоким светопреломлением. Показатель преломления (от 2,417 до 2,421) и сильная дисперсия (0,0574) обуславливают яркий блеск и разноцветную «игру» огранённых ювелирных алмазов, называемых бриллиантами. Блеск сильный, от алмазного до жирного.Плотность 3,5 г/см 3 . По шкале Мооса относительная твердость алмаза равна 10, а абсолютная — в 1000 раз превышает твёрдость кварца и в 150 раз — корунда. Она самая высокая как среди всех природных, так и искусственных материалов. Вместе с тем довольно хрупок, легко раскалывается. Излом раковистый. С кислотами и щелочами в отсутствие окислителей не взаимодействует.
На воздухе алмаз сгорает при 850° С с образованием СО 2 ; в вакууме при температуре свыше 1.500° С переходит в графит.

МОРФОЛОГИЯ

Морфология алмаза очень разнообразна. Он встречается как в виде монокристаллов, так и в виде поликристаллических срастаний («борт», «баллас», «карбонадо»). Алмазы из кимберлитовых месторождений имеют только одну распространенную плоскогранную форму — октаэдр. При этом во всех месторождениях распространены алмазы с характерными кривогранными формами — ромбододекаэдроиды (кристаллы похожие на ромбододекаэдр, но с округлыми гранями), и кубоиды (кристаллы с криволинейной формой). Как показали экспериментальные исследования и изучение природных образцов в большинстве случаев кристаллы в форме додекаэдроида возникают в результате растворения алмазов кимберлитовым расплавом. Кубоиды образуются в результате специфического волокнистого роста алмазов по нормальному механизму роста.

Синтетические кристаллы, выращенные при высоких давлениях и температурах, часто имеют грани куба и это является одни их характерных отличий от природных кристаллов. При выращивании в метастабильных условиях алмаз легко кристаллизуется в виде пленок и шестоватых агрегатов.

Размеры кристаллов варьируют от микроскопических до очень крупных, масса самого крупного алмаза «Куллинан», найденного в 1905г. в Южной Африке 3106 карат (0,621кг).
На изучение огромного алмаза было потрачено несколько месяцев и в 1908 году он был расколот на 9 крупных частей.
Алмазы массой более 15 карат — редкость, а массой от сотни карат — уникальны и считаются раритетами. Такие камни очень редки и часто получают собственные имена, мировую известность и своё особое место в истории.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Хотя при нормальных условиях алмаз метастабилен, он в силу устойчивости своей кристаллической структуры может существовать неопределенно долго, не превращаясь в устойчивую модификацию углерода — графит. Алмазы, которые вынесены на поверхность кимберилитами или лампроитами кристаллизуется в мантии на глубине 200 км. и более при давлении более 4 Гпа и температуре 1000 — 1300 ° С. В некоторых меторождениях встречаются и более глубинные алмазы, вынесенные из переходной зоны или из нижней мантии. Наряду с этим, они выносятся к поверхности Земли в результате взрывных процессов, сопровождающих формирование кимберлитовых трубок, 15-20% которых содержит алмаз.

Алмазы встречаются также в метаморфических комплексах сверхвысоких давлений. Они ассоциируют с эклогитами и глубокометаморфизованными гранатовыми гнейсами. Мелкие алмазы в значительных количествах обнаружены в метеоритах. Они имеют очень древнее, досолнечное происхождение. Также они образуются в крупных астроблемах — гигантских метеоритных кратерах, где переплавленные породы содержат значительные количества мелкокристаллического алмаза. Известным месторождением такого типа является Попигайская астроблема на севере Сибири.

Алмазы редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны всех континентах, кроме Антарктиды. Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет алмазы добывались из россыпных месторождений. Только к концу XIX века, когда впервые были открыты алмазоносные кимберлитовая трубка, стало ясно, что алмазы не образуются в речных отложениях. Кроме этого алмазы были найдены в коровых породах в ассоциациях метаморфизма сверхвысоких давлений, например в Кокчетавском массиве в Казахстане.

И импактные, и метаморфические алмазы иногда образуют весьма масштабные месторождения, с большими запасами и высокой концентрацией. Но в этих типах месторождений алмазы настолько мелкие, что не имеют промышленной ценности. Промышленные месторождения алмазов связаны с кимберлитовыми и лампроитовыми трубками, приуроченными к древним кратонам. Основные месторождения этого типа известны в Африке, России, Австралии и Канаде.

ПРИМЕНЕНИЕ

Хорошие кристаллы подвергаются огранке и используются в ювелирном деле. Ювелирными считаются около 15% добываемых алмазов, еще 45% считаются околоювелирными, то есть уступают ювелирным по размеру, цвету или чистоте. В настоящее время общемировой объем добычи алмазов составляет порядка 130 миллионов карат в год.
Бриллиант (от франц. brillant — блестящий), — алмаз, которому посредством механической обработки (огранки) придана специальная форма, бриллиантовая огранка, максимально раскрывающая такие оптические свойства камня, как блеск и цветовая дисперсия.
Совсем мелкие алмазы и осколки, непригодные для огранки, идут в качестве абразива для изготовления алмазного инструмента, необходимого для обработки твёрдых материалов и огранки самих алмазов. Скрытокристаллическая разновидность алмаза чёрного или тёмно-серого цвета, образующая плотные или пористые агрегаты, носит название Карбонадо , обладает более высоким сопротивлением истиранию, чем у кристаллов алмаза и благодаря этому особенно ценится в промышленности.

Мелкие кристаллы также в больших количествах выращиваются искусственным путём. Синтетические алмазы получают из различных углеродсодержащих веществ, главным образом из графита, в спец. аппаратах при 1200-1600°С и давлениях 4,5-8,0 ГПа в присутствии Fe, Co, Сr, Мn или их сплавов. Они пригодны для использования только в технических целях.

Алмаз (англ. Diamond) — C

КЛАССИФИКАЦИЯ

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В этой статье:

Алмаз - это драгоценный минерал, который одновременно является самым твердым веществом на Земле. А также среди драгоценностей алмаз выступает одним из самых дорогих камней, привлекающих внимание девушек. Поэтому многим интересно, как образуется камень, какая формула алмаза и можно ли его вырастить в лаборатории. Ученые по-прежнему после столетия опытов не могут ответить на все вопросы с точностью, поскольку в некоторых ситуациях камень ведет себя аномально.

Формула вещества

Состоит алмаз полностью из углерода. Этого элемента содержится около 0,15% в Земной коре. Атомный номер вещества - 6, что говорит о количестве протонов в ядре. Соответственно, у алмазов, которые полностью состоят из углерода, то есть являются аллотропной формой этого вещества, атомный номер такой же.

Расположение атомов у алмаза и графита

Такое понятие, как форма аллотропной модификации, означает, что из простого вещества, например, углерода, могут формироваться другие простые вещества, которые будут отличаться между собой свойствами и строением атомов. То есть содержание одно, а форма и вид - абсолютно разные, взять хотя бы противоположности: графит и алмаз. При этом углерод - один из немногих веществ, которое имеет несколько форм модификаций.

Выделяют такие вещества, которые состоят только из углерода:

• алмаз;
• графит;
• карбин;
• лонсдейлит;
• фуллерены;
• углеродные нанотрубки для изготовления микроволокон;
• графен;
• уголь, сажа.

Интересным вопросом для ученых является вопрос, можно ли превратить одну аллотропную модификацию в другую. Как раз этим они и занимаются по отношению к графиту и другим веществам из этой группы. Поскольку стоимость алмаза - самая высокая, а цена других модификаций ниже. Пока процесс возможен только лишь в обратную сторону: если алмаз нагреть без воздуха до температуры свыше 500 градусов по Цельсию, то камень взорвется и превратится в графит. При этом дальнейшее плавление камня показывает аномальные результаты, отличные от других веществ. А вот в обратном направлении реакция не происходит.

Разница между модификациями объясняется строением кристаллической решетки вещества. Химическая формула тут не играет никакой роли. Вся суть заключается в пространственной конфигурации атомов углерода и связи между ними. Так, в строении алмаза решетка имеет кубическое строение.

Связь между атомами - самая прочная, с точки зрения химии, ковалентная. При этом кубическая система использует всего 18 атомов и считается самой плотной формой упаковки этих частиц. Поэтому алмаз и является самым твердым веществом планеты.

В центрах граней тетраэдра также располагаются атомы, связанные между собой ковалентно. А вот если рассматривать тот же графит, то в его кристаллической решетке часть связей ковалентная, а часть дисульфидная, которая имеет свойство разрываться. Вследствие этого электроны могут мигрировать, и вещество получает металлические свойства.

Но это разбор атомных форм углерода, поскольку именно атомы и формируют кристаллическую решетку. А вот недавно ученые обнаружили и молекулярные формы вещества в составе фуллеренов, многогранников из углерода. Сейчас обнаружили новые молекулярные соединения с содержанием углерода - от С60 до С540, над которыми проводятся исследования.

На основе формулы, а также конфигурации атомов, ученые пытаются воссоздать картину в лабораторных условиях. В природе алмазы находят в кимберлитовых и лампроитовых трубках, а также на россыпях. Камни формируются миллионы лет в определенных условиях с участием магматических пород, сейсмоактивности, а также под действием высоких температур.

Существует и версия о занесении алмаза вместе с метеоритами, поскольку углерода достаточно много в космическом пространстве. А также одну из его модификаций - лосдейлит - ученые обнаружили в составе метеоритов.

На сегодняшний день алмазы изготавливают такими способами:

• Под давлением и высокой температурой в специальных машинах. Ученые добиваются от графита образования новых ковалентных связей. Такой тип камней называют HPHT.
• Пленочный способ происходит также с участием графита, осаждение которого происходит под действием паров метана.
• Производство камней вследствие взрывного синтеза.

Даже несмотря на то, что все знают формулу бриллианта, ну или его не ограненного вещества (алмаза), никто из ученых не смог с точностью воспроизвести камень с таким же строением кристаллической решетки, как это сделала природа. Поэтому стоимость камня держится на высоком уровне, а добыча из недр Земли не прекращается.

Физические свойства алмазов

Примеси в составе алмаза

Конечно, в природе не бывает ничего идеального. Так, и в алмазы входят определенные примеси, которые никак не отображаются на формуле вещества, хотя они влияют на его внешний вид. В частности, меняется оттенок и прозрачность камня, но не его свойства. Количество таких примесей может достигать 1018 атомов на 1 см3. И в зависимости от вида примесей, камень приобретает оттенок, а также меняется стоимость алмаза. Среди таких примесей выделяют:

• кремний;
• кальций;
• магний;
• азот;
• алюминий.

Чтоб не нарушить формулу и состав камня, таких веществ должно быть не более 2% одного вида, и не более 5% в целом. Если количество примесей в алмазе больше, то камень значительно меняет внешний вид и не используется в ювелирном деле, а отправляется на нужды промышленности.

Алмаз, тип кристаллической решетки, тип химической связи?

1. тип кристаллической рештки алмаза тетрагональный.

   Элементарная ячейка структуры алмаза имеет форму куба. В каждой вершине этого куба расположено по атому. По одному атому находится в центре каждой грани, четыре внутри куба. Эти четыре атома, находящиеся внутри куба, принадлежат ему безраздельно и составляют душу кристалла. 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.

   тип химических связей у алмаза - ковалентная,
   характерна для молекул, состоящих из одинаковых атомов каркасных структур.
   различают несколько типов химической связи: ионная, ковалентная, металлическая, водородная.
   Двойная и, тем более, тройная ковалентные связи прочнее обычной, так как энергия разрыва этих связей гораздо больше.
   Ковалентные связи являются одними из основных типов реально существующих химических связей, которые в действительности имеют промежуточный характер.

2. Алмаз, тип кристаллической решетки, тип химической связи.

   Кристаллическая рештка кубическая гранецентрированная, а = 0,357 нм = 3,57 #197; , z = 4, пространственная группа Fd3m (по Герману Могену) .

   Химическая связь - ковалентная.

   Чуть подробнее.

   Алмаз минерал, кубическая аллотропная форма углерода (кристаллическая модификация чистого углерода (С) . При нормальных условиях метастабилен, то есть может существовать неограниченно долго.

   Алмаз кристаллизуется в кубической сингонии.
   Сингония кубическая.

   Атомы углерода в алмазе находятся в состоянии sp#179;-гибридизации. Каждый атом С в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра и связан с 4 ближайшими соседями, симметрично расположенными по его вершинам (тетраэдра) , наиболее "прочной" химической связью - ковалентной.

   Каждый атом углерода, вершинами которого тетраэдра служат четыре ближайших атома. Именно прочная связь атомов углерода объясняет высокую тврдость алмаза.

   Важнейшие кристаллографические формы алмаза: плоскогранные - октаэдр, ромбододекаэдр, куб и различные их комбинации; кривогранные - додекаэдроиды, октаэдроиды и кубоиды.

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.