Об алмазе и не только

Как определяется твердость минералов?

Все минералы имеют разную твердость: самый мягкий минерал — тальк, самый твердый — алмаз.

Твердость испытуемого минерала проверяется царапанием его «эталонным карандашом твердости». В 1811 году немецкий минералог Ф. Моос предложил использовать минералогическую шкалу твердости минералов. Позднее она была названа шкалой Мооса. В качестве эталонов приняты 10 минералов, расположенных в порядке возрастающей твердости. За максимальную единицу принята твердость алмаза.

1. Тальк.
2. Гипс.
3. Кальциты.
4. Флюориты.
5. Апатиты.
6. Полевой шпат.
7. Кварц.
8. Топаз.
9. Корунд.
10. Алмаз.

Можно и самим попробовать определить твердость найденных камней. Если на камне оставляет царапину ноготь, то твердость камня меньше 1. Если, наоборот, грань камня царапает ноготь, то больше 1. Твердость стекла равна 5. Значит, если стекло царапает минерал, то твердость минерала менее 5, а если наоборот, минерал царапает стекло, то его твердость более 5.

Какой элемент образует и самое твердое и самое мягкое вещества?

Углерод — это элемент, который существует в природе либо в виде алмаза, известного всем драгоценного камня, либо в виде не менее известного графита.

Углерод — один из немногочисленных элементов "без роду, без племени". История общения человека с этим веществом уходит во времена доисторические. Имя первооткрывателя углерода неизвестно, неизвестно и то, какая из форм элементарного углерода алмаз или графит — была открыта раньше.

И то и другое случилось слишком давно. Определенно утверждать можно лишь одно: до алмаза и до графита было открыто вещество, которое еще несколько десятилетий назад считали третьей, аморфной формой элементарного углерода — уголь. Но в действительности уголь, даже древесный, это не чистый углерод. В нем есть и водород, и кислород, и следы других элементов.

Во второй четверти ХХ века структурный анализ показал, что аморфный углерод — это тот же графит. А значит, никакой он не аморфный, а кристаллический; только кристаллы его очень мелкие и в них больше дефектов.

Люди не сразу пришли к пониманию того, что благороднейший алмаз и невзрачный уголь — близнецы. Между тем, установить это было совсем просто: в один прекрасный день с помощью линзы сконцентрировали солнечные лучи на кристаллике алмаза, помещенного под стеклянный колпак. Алмаз... сгорел, а под колпаком образовался углекислый газ — тот же самый, что образуется при горении угля.

И графит, и алмаз состоят из одинаковых, только углеродных атомов. Любой кристалл алмаза, даже огромный, шестисотграммовый «Куллинан», — это по существу одна молекула, состоящая из идеально упакованных атомов углерода.

Иное дело графит. В куске графита атомы расположены в плоскости. Эти плоскости образуют достаточно плотную пачку, слои которой соединены между собой не химическими силами, а более слабыми силами межмолекулярного взаимодействия. Вот почему так просто — даже от соприкосновения с бумагой — расслаивается графит.

Именно особенности молекулярного строения объясняют огромную разницу в свойствах графита и алмаза. Графит мягкий, легко расслаивается, алмаз — самое твердое вещество в природе. Графит отлично проводит тепло и электричество, алмаз — изолятор. Графит совершенно не пропускает света, алмаз — прозрачен.

Алмаз — минерал, кристаллическая модификация чистого углерода (С). Обладает самой большой из всех известных в природе материалов твёрдостью. Известны три кристаллические модификации углерода: кубическая — собственно алмаз и две гексагональные — графит и лонсдейлит. Последняя найдена в метеоритах и получена искусственно.

Алмаз кристаллизуется в кубические сингонии. Важнейшие кристаллографические формы алмаза: плоскогранные — октаэдр, ромбододекаэдр, куб и различные их комбинации; кривогранные — додекаэдроиды, октаэдроиды и кубоиды. Встречаются сложные комбинированные формы, двойники прорастания и зернистые агрегаты. Грани кристаллов обычно покрыты фигурами роста и растворения в форме отдельных выступов и углублений.

Разновидности алмаза: баллас (шаровидной формы сферолиты радиально-лучистого строения), карбонадо (скрыто- и микрокристаллические агрегаты неправильной формы, плотные или шлакоподобные), борт (неправильной формы мелко- и крупнозернистые поликристаллические образования).

Размер природных алмазов колеблется от микроскопических зёрен до крупных кристаллов массой в сотни и тысячи каратов (1 кар=0,2 г).Масса добываемых алмазов обычно 0,1—1,0 кар. Крупные кристаллы свыше 100 кар встречаются редко. Самый крупный в мире алмаз «Куллинан», массой 3106 кар, найден в 1905 году в Южной Африке. Из него было сделано 105 бриллиантов, в том числе «Звезда Африки» («Куллинан I») в 530,2 кар и «Куллинан II» в 317,4 кар, которые вставлены в королевский скипетр и императорскую корону Англии. Там же найдены алмазы «Эксцельсиор» в 971,5 кар (1893) и «Джонкер» в 726 кар (1934), из которых также были изготовлены бриллианты различной величины.

На мировом рынке различают 2 вида алмазов — ювелирные и технические. К ювелирным относятся алмазы совершенной формы, высокой прозрачности, без трещин, включений и других дефектов. Алмазы, огранённые специальной «бриллиантовой» гранью, называются бриллиантами. Ювелирные алмазы обычно применяются в виде украшений. К техническим относятся все прочие добываемые алмазы, вне зависимости от их качества и размеров. Применяются они в виде порошков, а также отдельных кристаллов, которым путём огранки придают нужную форму (резцы, фильеры и др.).

Родственник углерода

Химический состав таинственного камня, не поддававшегося воздействию самых сильных кислот и щелочей, долго оставался неизвестным. Некоторые ученые думали, что алмаз состоит из особого химического элемента — алмазной земли. В середине ХVII века во Флоренции ставились опыты по нагреванию в закрытых сосудах алмазов и рубинов. В результате опытов было установлено, что рубины не претерпевали никаких изменений, а от алмазов не оставалось ни малейшего следа! Это казалось совершенно необъяснимым. Позднее выяснилось, что кристаллы алмаза, нагреваемые в окружении кислорода, сгорают.

В конце ХVIII века в Петербургском горном училище было проведено показательное сжигание алмаза. Многочисленные опыты по сжиганию алмазов проводились и в странах Западной Европы. Большое внимание этим опытам уделял знаменитый французский химик А.Лавуазье. Он отметил возможное родство алмаза с углеродом, но не решился отождествлять сверкающий камень с углем, не сделал окончательного вывода о составе алмаза. А.Лавуазье смог определенно сказать лишь то, что алмаз принадлежит к классу горючих тел и что продуктом сгорания его является газообразное вещество. Однако уже в конце ХVIII века химическая природа алмаза была точно установлена. В 1797 году английский химик С.Теннант сжег алмаз в плотно закрытом золотом сосуде, заполненном кислородом, и установил, что образовавшийся при этом газ — диоксид углерода. Чтобы убедиться в правильности сделанного вывода, С.Теннант определил количество углерода в заполняющем сосуд углекислом газе. Оно в точности соответствовало массе сгоревшего алмаза.

Таким образом, алмаз состоит из одного химического элемента — углерода. Аналогичный химический состав имеют графит, древесный и каменный уголь, сажа.

Физические свойства алмаза. Элементарная ячейка кристаллической решётки алмаза имеет вид куба. Атомы углерода расположены в вершинах куба, в центрах его граней, а также в центрах 4 несмежных октантов (см. рисунок ниже). Каждый атом С связан с 4 ближайшими соседями, симметрично расположенными по вершинам тетраэдра, наиболее прочной химической связью — ковалентной. Соседние атомы углерода находятся на расстоянии, равном 0,154 нм. Идеальный кристалл алмаза можно представить себе как одну гигантскую молекулу. Прочная связь между атомами С обусловливает высокую твёрдость алмаза.

Элементарная ячейка кристаллической решётки алмаза. Плотность упаковки в решётке 34%. В наиболее плотных кристаллических решетках достигается плотность упаковки 68% и 74%.

Благодаря особенностям кристаллической структуры (все 4 валентных электрона атомов С прочно связаны) идеальный кристалл алмаза (без примесей и дефектов решётки) должен быть прозрачным для видимого света диэлектриком. В реальных же кристаллах всегда имеется некоторое количество примесей и дефектов решётки, различное для разных образцов. Даже в наиболее чистых ювелирных алмазах содержание примесей достигает 10¹⁸ атомов на 1 см³. Наиболее распространены примеси Si, Al, Ca и Mg. Распределение примесей в алмазе может быть неравномерным, например на периферии их больше, чем в центре. Сильные связи между атомами углерода в структуре алмаза приводят к тому, что любое несовершенство кристаллической решётки алмаза оказывает глубокое воздействие на его физические свойства. При общем описании свойств алмаза исходят из того, что максимальное содержание примесей составляет 5%, причём количество одного компонента примеси не превосходит 2%.

В алмазах также встречаются твёрдые (оливин, пироксен, гранаты, графит, кварц, окислы железа и т. п.), жидкие (вода, углекислота) и газообразные (азот и др.) включения.

Алмаз стоек к действию кислот и растворов щелочей (даже кипящих), растворяется в расплавах селитры (азотнокислого натрия или калия) и соды (t ~500°С). На воздухе алмаз сгорает при 850—1000°С, в кислороде — при 720—800°С. В вакууме или в инертном газе при 1400°С начинается заметная поверхностная графитизация алмаза. При повышении температуры этот процесс ускоряется, и в области 2000 °С полное превращение происходит за 15—30 мин. При импульсном нагреве (за несколько мсек) кристаллы алмаза сохраняются при 3400°С, но превращаются в графит при 3600°С и выше.

Рабочие профессии алмаза

Применение алмазов на производстве относится к концу ХIХ века. В промышленности используются преимущественно алмазы, не пригодные для огранки. Исключительная твердость алмаза определяет его широкое использование в самых различных областях народного хозяйства. Алмаз применяется при бурении горных пород, механической обработке разнообразных материалов, в качестве абразива. Армированные алмазами буровые коронки используют для бурения скважин в наиболее крепких породах. Большая часть добычи технических алмазов идет на изготовление специальных инструментов для обрабатывающей промышленности. Обработанные алмазным резцом поверхности не требуют шлифовки, на них отсутствуют микротрещины, многократно увеличивается срок службы получаемых деталей. Незаменимы алмазы при вытачивании опорных рубиновых камней, используемых в часовых и многих других точных механизмах. Широкое применение в промышленности находят и алмазные порошки. Они используются в дисковых алмазных пилах, специальных напильниках, в качестве абразива.

С применением алмазных порошков удалось создать уникальные сверла, которые обеспечивают получение глубоких тонких отверстий в твердых и хрупких материалах. Такие сверла называют алмазные «жала», с их помощью в стекле можно высверлить отверстие диаметром до 2 мм. Алмазные порошки применяют также на гранильных фабриках, где все самоцветы подвергаются огранке и шлифовке.

Используют алмазы и в полупроводниковых и оптических приборах, в счетчиках ядерного излучения. Приборы, основанные на алмазах, незаменимы при космических исследованиях, изучении глубинного слоя нашей планеты.

Есть ли соперник у алмаза?

Как известно, алмаз — самое твердое вещество. Алмаз состоит из углерода. В природе есть еще один неметалл — бор. Бор и его соединения отличаются высокой твердостью. Например, соединение бора с углеродом — карбид бора — уступает по твердости лишь алмазу.

Бор образует соединение с азотом — нитрид бора. Иногда его называют белым графитом. Это белый порошок, похожий по свойствам на графит.

Когда ученые нагрели белый графит при очень высоком давлении, из автоклава вынули кристаллы, внешне совершенно не привлекательные. Но эти кристаллы царапали алмаз. Правда, и он не оставался в долгу и оставлял царапины на кристаллах нитрида бора. А это значит, что твердость у них одинакова!

Вещество назвали боразоном. И хотя твердость алмаза и боразона одинакова, последний имеет два преимущества: он разлагается при температуре более 2000° С, а алмаз загорается при 700° — 800° С. Во-вторых, боразон не столь хрупок, как алмаз.

Что такое драгоценные камни?

Ювелирные камни могут быть представлены как минералами, так и горными породами. И специалисты различных профессий будут систематизировать их по разным признакам: геологи — по месту рождения, минералоги — по химическому составу, работающий с камнем оценит его способность обрабатываться, то есть твердость, хрупкость, вязкость.

Существует целая наука о самоцветах, драгоценных и поделочных камнях, она называется геммология. Сфера интересов геммологии достаточно велика — это и изучение, и диагностика, и оценка, и обработка самоцветов, а также создание новых синтетических и облагораживание низкосортных природных самоцветов.

Драгоценный камень должен обладать определенными свойствами. Он должен быть красивым, достаточно твердым и прочным, он должен быть достаточно редким. Алмазы, рубины, сапфиры и изумруды обладают всеми этими качествами и являются драгоценными камнями.

Красота драгоценных камней зависит от цвета, блеска, способности преломлять и рассеивать свет. Самый высокий показатель преломления у алмаза; его грани так переливаются, что, кажется, он полон огня.

Драгоценные камни бывают разных цветов. Рубин насыщенно красный, изумруд — зеленый, а сапфир — синий.

Цвет и прозрачность алмазов различны. Чаще всего они бесцветные. Но встречаются и цветные алмазы (белые, голубые, зелёные, желтоватые, коричневые, красноватые разных оттенков, тёмно-серые) и чрезвычайно редко — черные. Часто окраска распределена неравномерно. Алмаз изменяет окраску при бомбардировке а-частицами, протонами, нейтронами и дейтронами.

Каждому драгоценному камню присуща определенная твердость. Твердость — это сопротивление камня царапанию. Эталоном твердости является алмаз.

Существуют камни органического происхождения: жемчуг, янтарь, коралл. Их образование связано с деятельностью живых организмов.

Жемчуг образуется в раковинах некоторых моллюсков, когда туда попадает песчинка, обломки раковины или другое инородное тело. Жемчуг состоит из карбоната кальция (86 - 90 %), органического вещества (6 - 12 %) и воды. Крупный жемчуг правильной формы — большая редкость. Жемчуг правильной и овальной форм ценится очень высоко.

Янтарь — это окаменелая ископаемая смола хвойных деревьев. Считается ювелирно-поделочным камнем. Коралл — поделочный камень, представляет собой часть известкового скелета морских беспозвоночных существ — коралловых полипов, является карбонатом кальция.

Драгоценные и поделочные камни — это разнородная по минералогическому составу группа минеральных тел, которая делится на собственно драгоценные (самоцветы) и поделочные камни. К драгоценным камням относятся минералы (преимущественно кристаллы), бесцветные или обладающие красивой окраской, ярким блеском, большей или меньшей прозрачностью, высокой твёрдостью (от 5 до 10 по минералогической шкале), устойчивостью к изнашиваемости, высоким светорассеянием, чистотой тона окраски, однородностью цвета. Все они используются главным образом для огранки. Блеск драгоценных камней определяется присущим этим минералам оптическим свойством — высоким коэффициентом преломления. Блеск и игра отражённых лучей усиливаются специальной огранкой. Из оптических свойств ценятся также эффекты опалесценции и иризации, дающие яркие переливы красок (опал), астеризм — световой отблеск в виде 6-лучевой звезды (астросапфир), изменение цвета при различном освещении (александрит), полихроизм — различие в окраске при прохождении света по разным направлениям в кристалле. Твёрдость определяет устойчивость к изнашиванию, способность сохранять полировку, острые углы и рёбра огранки. Ценность драгоценных камней определяется их редкостью — затратой большого количества труда на поиски и добычу, высокой стоимостью огранки, а также индивидуальными качествами камней — величиной, однородностью, красотой цвета и т.д. Расценка с учётом индивидуальных особенностей камня производится по каратам (1 карат = 200 мг); для жемчуга за единицу расценки принят гран = 0,25 карата.

К поделочным камням относятся полупросвечивающие, часто непрозрачные минеральные агрегаты, горные породы и другие минеральные тела с цветными включениями или рисунком, используемые для крупных художественно-декоративных поделок (столешницы, вазы, стенные панно, флорентинская мозаика), для мелких вставок, орнамента, а также для технических целей (например, яшма, нефрит, малахит, агаты, флюорит). По физико-механическим свойствам поделочные камни делятся на твёрдые (5 и выше по минералогической шкале — нефрит, яшма, агат и др.) и мягкие (твёрдость 4 и ниже — малахит, мраморный оникс, стеатит, флюорит и др.). Ценность поделочных камней определяется редкостью нахождения, индивидуальными свойствами (красота цвета, рисунка), а также трудом, затрачиваемым на их обработку. Расценка сырья с учётом индивидуальных свойств камня производится по килограммам, центнерам.

Согласно классификации А. Е. Ферсмана и М. Бауэра, указанные 2 главные группы драгоценных и поделочных камней подразделяются на порядки или классы (I, II, III) в зависимости от относительной ценности объединяемых в них камней.

Драгоценные камни (самоцветы) I порядка: алмаз, сапфир, рубин, изумруд, александрит, хризоберилл, благородная шпинель, эвклаз. К ним же относят жемчуг — драгоценный камень органического происхождения. Высоко ценятся чистые, прозрачные, ровного густого тона камни. Плохо окрашенные, мутные, с трещинами и другими недостатками камни этого порядка могут цениться ниже драгоценных камней II порядка.

Драгоценные камни II порядка: топаз, берилл (аквамарин, воробьевит, гелиодор), розовый турмалин (рубеллит), фенакит, демантоид (уральский хризолит), аметист, альмандин, пироп, уваровит, хромдиопсид, циркон (гиацинт, жёлтый и зелёный циркон), благородный опал. При исключительной красоте тона, прозрачности и величине перечисленные камни иногда ценятся наряду с драгоценными камнями I порядка.

Драгоценные камни III порядка: бирюза, турмалины зелёные и полихромные, кордиерит, сподумен (кунцит), диоптаз, эпидот, горный хрусталь, дымчатый кварц (раухтопаз), светлый аметист, сердолик, гелиотроп, хризопраз, полуопал, агат, полевые шпаты (солнечный камень, лунный камень), содалит, пренит, андалузит, диопсид, гематит (кровавик), пирит, рутил, янтарь, гагат. Только редкие виды и экземпляры имеют высокую стоимость. Многие из них по применению и ценности являются так называемыми полудрагоценными.

Поделочные камни I порядка: нефрит, жадеит, лазурит, содалит, главколит, амазонит, лабрадор, орлец (родонит), малахит, авантюрин, кварцит (белоречит), кварц дымчатый и розовый, халцедон (перелифт, празем), агаты, яшмы, везувиан (калифорнит), письменный гранит (пегматит).

Поделочные камни II порядка: серпентин (змеевик), агальматолит, стеатит, селенит, ангидрит, обсидиан, мраморный оникс (восточный оникс), флюорит, каменная соль, морская пенка.

Поделочные камни III порядка: гипс, алебастр, мрамор, порфиры, брекчии, кварцит и другие породы. Они уже относятся больше к так называемым облицовочным материалам (декоративным камням), употребляемым в архитектурно-художественном деле.

Для придания более яркого цвета драгоценные и поделочные камни окрашивают различными химическими красителями (например, красные, чёрные и синие агаты, сердолик и др.). Цвет некоторых драгоценных камней перед огранкой может искусственно изменяться в желательном направлении путём нагревания или воздействия на минерал радиоактивным излучением, рентгеновскими и ультрафиолетовыми лучами (например, при облучении радием бесцветный алмаз становится зелёным).

Из чего состоят самоцветы?

Алмаз, самый дорогой из самоцветов, является и самым простым по строению: он состоит из одного химического элемента — чистого углерода. Рубины и сапфиры относятся к корундам, т.е. к минералам, в основе которых лежит оксид алюминия. Рубины обладают карминовым цветом благодаря наличию небольшого количества хрома в корунде. А наличие соединений железа и титана придает различные оттенки синего и голубого цвета.

Большинство самоцветов включает различные сочетания силикатов, например, топаз, турмалин, гранаты и жадеит. Кварц — наиболее распространенный в природе минерал, представляющий собой оксид кремния. Кварц существует в двух формах — кристаллической и скрытокристаллической (микрокристаллической). Кристаллические разновидности: горный хрусталь, аметист, дымчатый кварц, "кошачий глаз" и др.

Скрытокристаллические разновидности: халцедон, сердолик.

Имитировать ювелирные камни, т.е. получать камни, сходные с природными образованиями, стали давно, как только научились дорожить ювелирными изделиями. Одним из видов имитации является синтез самоцветов.

Под синтетическими камнями следует понимать искусственно полученные кристаллические и аморфные химические соединения, которые сходны по своему составу и структуре с природными, либо имеют внешнее сходство, обусловленное физическими свойствами. Путем синтеза получены корунды, изумруды, кварц, а также самостоятельные химические соединения. Синтетические камни отличаются большим разнообразием цветов.

Для получения синтетических корундов пользуются оксидом алюминия, а для получения шпинелей смесью оксидов алюминия и магния, т.е. их природными химическими составляющими. В зависимости от заданного цвета добавляют красители: для рубина — оксид хрома, голубого сапфира — оксиды железа и титана.

Наиболее удачной имитацией бриллианта является ограненный фианит. Название произошло от аббревиатуры ФИАН — Физический институт Академии наук, где был разработан способ его получения.

Это не подделка, в действительности это камни, аналогичные природным, только созданы они в лабораториях! По своим качествам они не уступают природным.

Из чего сделаны Кремлевские звезды?

Кремлевские звезды сделаны из так называемого рубинового стекла. Это стекло, цвет которому придают растворенные в нем при варке соединения золота. Так что материал хоть и дорогой, но не драгоценный камень.

А настоящие рубины очень просты по составу. Химики называют вещество, из которого состоит рубин, оксидом алюминия. Рубин и сапфир — это разновидности корунда, прозрачного минерала, по твердости уступающего только алмазу.

Рубин, пожалуй, можно считать одним из самых древних драгоценных камней: в Индии и Бирме украшения из этого камня носили еще 7500 — 10 000 лет назад. В древние времена рубины нередко были символом власти. Высокопоставленных чиновников — мандаринов первого класса и их жен в Древнем Китае отличали по рубиновым шарикам на головных уборах. Чиновникам второго класса было положено носить коралловые шарики, третьего — сапфировые.

Самьй большой рубин весит 1,7 кг. Он имеет высоту 11 см и обработан в форме колокола.

Чем определяется ценность алмаза?

Алмаз по праву считается одним из самых дорогих минералов. Даже крохотные алмазики стоят в сотни раз дороже равных им по массе кусочков платины и золота, большие же алмазы просто неоценимы по сравнению с другими драгоценными камнями.

Ювелиры с помощью огранки изготавливают из алмаза бриллиант, который отличается изумительным свойством превращать луч света в веселую радугу. Камень при малейшем движении искрится и переливается, "играет" пестрыми тонами дивных оттенков.

Самым дорогим обычно считается бесцветный алмаз. Однако в природе бывают кристаллы алмаза ярких чистых тонов красного, зеленого, голубого и оранжевого цветов. Эти камни за свои качества ценятся еще выше.

Ценность кристалла зависит не только от его прозрачности и цвета, но и от огранки — качества шлифовки и формы готового алмаза. В результате огранки камень приобретает максимальный блеск, замечательную «игру» и «огонь».

Бриллиант рождается из алмаза

Еще в Древней Индии было замечено, что при трении одного алмаза о другой грани их шлифуются, блеск возрастает. Спустя некоторое время в Индии, а позже в Италии, Франции и Бельгии стала применяться огранка алмазов — «площадкой», или «октаэдром». Для такой простейшей огранки брались природные восьмигранные кристаллы или выкалывались блоки соответствующей формы из алмазных кристаллов другой формы. В дальнейшем люди старались обрабатывать алмаз так, чтобы возможно большее количество лучей света, падающих на его грани, претерпевало поверхностное и внутреннее отражение. Для этого камням придавали форму многогранника с определенной взаимной ориентировкой граней.

Первым среди европейцев научился шлифовать алмазы голландец Людвиг ван Беркем. В 1454 году он огранил свой первый алмаз. А в 1456 году впервые применил для огранки алмаза сложными гранями алмазный порошок. Этот метод вскоре нашёл применение и при огранке твёрдых камней. После смерти Беркема секрет шлифовки алмазов был утерян, но вскоре был найден снова.

В результате специальной механической обработки природные прозрачные кристаллы алмазов превращаются в бриллианты. Обработка заключается в раскалывании или распиливании, последующей обточке и огранке кристаллов со всех сторон для придания им особой формы. Раскалывание алмазов позволяет разделять кристаллы на части для более эффективного их использования. Эта операция требует большого мастерства, так как даже при одном неосторожном ударе алмаз можно превратить в осколки, которые не пригодны для изготовления бриллиантов.

Распиливание алмазов на части при переработке их в бриллианты применялось уже в XVII веке. Для распиливания алмазов использовалась железная проволока. Процесс распиливания крупных кристаллов длился по многу месяцев. Так, алмаз "Регент", веcивший 410 карат, распиливали около двух лет.

В середине ХIХ века появились алмазные пилы, а в ХХ веке — установки для резки алмазов ультразвуком, для лазерной и электронной резки кристаллов.

Обточка алмазов — одна из самых ответственных операций, от нее зависит качество готовых камней.

Обточка придает заготовке форму будущего бриллианта. До начала ХХ века алмазы обтачивались вручную, затем был изобретен специальный станок алмазов. Огранка считается самым сложным и ответственным процессом при изготовлении бриллиантов. Различают три основных вида огранки: бриллиантовую, ступенчатую, огранку розой.

Бриллиант (от франц. brillant — блестящий) — алмаз, которому посредством обработки придана специальная форма, так называемая бриллиантовая огранка, максимально выявляющая естественный блеск камня. Такая огранка часто применяется и при обработке других самоцветов (горный хрусталь, топазы и др.). Форма бриллиантовой огранки представляет собой сочетание двух пирамид, одна из которых (верхняя) усечена (рисунок ниже). Грани коронки и павильона располагаются в несколько рядов. Распространено трехрядное размещение граней (т. н. тройная бриллиантовая огранка). При классической огранке бриллиант имеет 56 боковых граней. Грани располагаются таким образом, чтобы параллельный пучок света, падающий на поверхность камня, подвергался в нем полному внутреннему отражению. Свет, отражённый бриллиантом благодаря высокой дисперсии в алмазе, разлагается на цветные лучи спектра. Поэтому в отражённом свете бриллиант «играет» всеми цветами радуги. Бриллианты используются в ювелирном искусстве — монтируются в оправы из драгоценных металлов либо по одиночке (чаще в кольцах, серьгах, запонках), либо группами, образующими отдельные элементы или основу композиции изделия (броши, диадемы и т.д.). Бриллианты украшают некоторые ордена и высшие знаки отличия (орден «Победа» и др.). Масса бриллианта исчисляется в каратах.

Элементы бриллианта: 1 — коронка; 2 — павильон; 3 — кюласса; 4 — рундист (линия, разделяющая совмещенные основания пирамид); 5 — площадка.

В 60-х годах XX века бельгийский гранильщик М.Вестрайх создал новую форму огранки бриллиантов, которая получила название Хайлайт-Кат. Стремясь раскрыть красоту камня, инженер Максимо-Эльбе заново рассчитал оптику бриллиантов и разработал новый способ огранки непарного бриллианта — «импариант». Обычная огранка строится на симметриях восьмигранника, а при новом способе огранки площадка бриллианта имеет вид 9-, 11-, 13- или 15-гранника. Если симметричный бриллиант можно гранить ручным способом, то для огранки «импарианта» требуется специальное оборудование.

Была создана также принципиально новая форма огранки алмазов, получившая название «принцесса». Наивысшую оценку получил бриллиант «принцесса», имеющий форму сердца.

Гранильное дело — процессы (резка, обдирка, гранение, полировка) обработки поверхности природных и синтетических минералов-самоцветов и стекла для ювелирных и технических целей.

Исходное сырьё для изготовления ювелирных камней (каменных вставок, бус, подвесок и т. п.): природные и синтетические самоцветы с высоким показателем преломления света (свыше 1,54), а также поделочные цветные камни красивых расцветок и естественного рисунка, полупрозрачные и непрозрачные, стекло бесцветное и окрашенное, прозрачное, не имеющее внутренних пороков и имитирующее ограночные самоцветы.

Огранка ювелирных камней заключается в придании им геометрически правильной или асимметричной формы многогранника с симметрично расположенными на его поверхности гранями. При этом для конкретного сырья подбираются наиболее рациональная форма (для сохранения массы минерала) и вид огранки, позволяющий получить максимальный оптический эффект «игру света» в камне. Для прозрачных минералов наиболее распространены виды огранки: розой — от 12 до 72 боковых граней; простая полубриллиантовая от 12 до 32 боковых граней; бриллиантовая от 48 до 240 и более боковых граней. Бриллиантовая огранка придаёт камню максимальный блеск и игру света. Классический вид бриллиантовой огранки содержит 56 боковых граней. Для камней квадратной, прямоугольной, ромбовидной и других форм применяется ступенчатая огранка, клиньями или смешанная. Огранка кабошоном используется для обработки непрозрачных или полупрозрачных минералов, а иногда и прозрачных, имеющих природные пороки, — бирюзы, лазурита, опала, лунного камня, сапфира, изумруда и др. Отличительная особенность большинства подвергаемых огранке минералов — их высокая твёрдость, что обусловливает применение почти на всех этапах обработки алмазного инструмента.

Изготовление бриллиантов начинается с распиловки алмаза на две и более части на станке тонким (до 0,1 мм) медным кругом, шаржированным алмазным порошком (см. шаржирование ниже). Распиленные алмазы (для круглых бриллиантов) обтачиваются по форме на специальном станке, где инструментом служит также алмаз. Обточенный алмаз гранится на чугунном диске (планшайбе), шарожированным алмазным порошком, с помощью квадранта и многочисленных приспособлений, позволяющих наносить грани под строго определёнными углами. Готовые бриллианты классифицируются по весовым группам, порочности, цвету и соответственно оцениваются. Крупные куски минералов-самоцветов так же, как и алмаз, разрезаются на заготовки алмазными кругами толщиной 0,3 мм и более. Предварительная форма придаётся на шлифовальном или гранильном станке с помощью алмазных планшайб. Грани наносятся на гранильном станке, имеющем приспособление для отсчёта граней (квадрант-угломер). Прозрачные минералы в зависимости от физико-химических свойств преломляют и отражают проходящий через них луч света под различными углами, поэтому грани камней минералов располагают под строго определёнными углами.

Шаржирование (от франц. Charger — загружать, засыпать) — поверхностное насыщение (втиранием) притиров частицами абразивного материала (порошка или пасты). Различают прямой и косвенный способы шаржирования. При прямом способе частички абразива вдавливаются в притир до начала работы, при косвенном — в процессе работы.

Притир, инструмент для тонкой отделочной обработки (доводки, притирки) поверхностей на доводочных и притирочных станках. Обработку наружных цилиндрических поверхностей ведут притиры, изготовленными в виде колец с продольным регулируемым разрезом и винтом для регулирования размера, при этом длина притира не должна быть меньше диаметра обрабатываемой детали. Для доводки плоских поверхностей применяют дисковые притиры с канавками, расположенными в продольном и поперечном направлениях с шагом 12—15 мм (для предварительной притирки), и без канавок (для окончательной обработки).

Виды и формы огранки самоцветов: а — розой с числом граней 12(1), 18(2), 72(3); б — полубриллиантовая; в — бриллиантовая с числом граней 56(1, 6, 7, 8), 100(2), 72(3, 5), 240 (4); г — ступенчатая с числом граней 20 (1), 48 (2, 4), 44 (3); д — клиньями с числом граней 32(1), 44(2); е — смешанная (88 граней); ж — кабошоном.

Для полировки самоцветов применяются планшайбы (круги) из сплавов олова и свинца, поверхность которых насекается заточенной стальной пластинкой. Черточки, полученные путём насечки, задерживают полировальный порошок от сбрасывания во время вращения планшайбы. Полировальный порошок подбирается в зависимости от твёрдости обрабатываемого минерала. Это — окись хрома, окись железа, окись алюминия, трепел и др. В ювелирной промышленности еще в 50-х годах ХХ века наиболее простые виды огранок ювелирных камней из синтетического корунда получали на станках-полуавтоматах, позволявших обрабатывать одновременно до 80 заготовок.

Обработка самоцветов для ювелирных изделий применялась уже в 3-м тыс. до н. э. (Древний Египет, Двуречье). Исключительную роль в гранильном деле сыграло изобретение в 1456 году в Голландии гранильного станка. Это дало возможность ввести наиболее совершенный вид огранки — бриллиантовую. В 19 и 20 вв. процесс огранки механизируется, появляются новые, более совершенные станки, приспособления и инструмент.

Русское гранильное дело достигло своего расцвета в 18 в. К этому времени относится постройка гранильной фабрики в Петергофе под Петербургом в 1725 г., гранильной фабрики в Екатеринбурге на Урале в 1774 г. и шлифовальной фабрики в Колывани на Алтае в 1786г. Русское гранильное дело к началу 19 в. достигло больших успехов и, кроме фабричных рабочих (в особенности на Урале), им занималась масса кустарей-умельцев, часто работавших целыми семьями.

Ювелирное искусство

 Ювелирное искусство — один из древнейших и широко распространённых видов декоративно-прикладного (в том числе народного) творчества. Будучи тесно связанными с меняющимися условиями быта (например, со спецификой стилей одежды), ювелирные изделия играли роль своеобразных знаков, выявляющих социальный статус их владельца, а также имели магический смысл в качестве амулетов. В процессе исторического развития социально-престижное значение ювелирных изделий чаще всего вытесняло связанные с ними религиозно-магические представления. Вплоть до нашего времени ювелирное искусство остаётся одним из средств формирования целостной художественной среды, позволяющим одновременно подчеркнуть и красоту исходного материала, и изысканность его обработки.

Ювелирное искусство — это изготовление художественных изделий (личных украшений, предметов быта, культа, вооружения и др.) преимущественно из драгоценных (золото, серебро, платина), а также некоторых других цветных металлов, часто в сочетании с драгоценными и поделочными камнями, жемчугом, стеклом, янтарём, перламутром, костью и т. д. В ювелирном искусстве применяются такие методы обработки металлов как ковка, литьё, художественная чеканка и канфаренье (придание поверхности металла зернистости и матовости при помощи чекана в виде тупого шила или трубочки), тиснение (басма), резьба или гравировка, оброн (техника, при которой фон вокруг рисунка вырезается), скань (филигрань), зернь, чернь, эмали (финифть), инкрустация, травление, полировка и другие, а также механические приёмы обработки — штамповка, вальцовка и др.

На высокой ступени развития находилось ювелирное искусство Древнего Египта, которое отличалось пристрастием к ярким полихромным эффектам. Материалами служили преимущественно золото, лазурит, аметист, бронза, яшма, обсидиан и изумруды. Для обработки исходного материала применялись чеканка, гравировка и так называемая холодная эмаль (размещение кубиков стеклянной пасты и цветных камней между золотыми перегородками). Яркость, использование лазурита и техники холодной эмали характерно и для ювелирных изделий Двуречья. Ювелирные изделия стран Эгейской культуры (обнаруженные главным образом в Микенах и Трое изделия со сканью и зернью, золотые сосуды с изображениями быков, каракатиц, морских звёзд) и этрусков отличаются большей сдержанностью цветовых решений. В классическом древнегреческом ювелирном искусстве (5—4 вв. до н. э.) важнейшим средством художественных эффектов являлся матовый блеск золота. В эллинистическом и древнеримском снова появился вкус к полихромии. Особенно известны среди произведений эллинистического искусства художественные изделия из серебра. В Иране эпохи Сасанидов (3—7 вв.) были распространены сосуды из золота и серебра с чеканными, литыми и гравированными изображениями.

На Ближнем и Среднем Востоке ювелирное искусство достигло расцвета в средние века. Здесь применялись такие методы обработки как техника филиграни, инкрустации, черни и другие. Особая пышность ювелирных украшений характерна для декоративно-прикладного искусства средневековой Индии, где рано распространилось искусство огранки алмазов. Мастера средневекового Китая обрабатывали различные материалы (кроме драгоценных металлов — коралл, нефрит, янтарь и др.) более сдержанно, стремясь подчеркнуть в них не столько светоотражательные свойства, сколько окраску или даже природную фактуру, присущую тому или иному камню. Много прекрасных ювелирных украшений было найдено во время археологических раскопок в местах существования культур древней Америки (литые и чеканные золотые украшения с мозаичными орнаментами из бирюзы, кварца, агата и др.).

Для раннесредневекового европейского ювелирного искусства характерным было применение холодной эмали, крупных кабошонов (округлых неогранённых драгоценных камней), которые контрастно сопоставллись с золотом, а также мотивы звериного стиля в орнаменте. В византийском (распятия, чеканные литургические сосуды, оклады и другие предметы культа, часто украшенные тончайшей перегородчатой эмалью) преобладала тенденция к иллюзорной дематериализации форм. В произведениях романского и готического ювелирного искусства применялись редкие породы дерева, горный хрусталь, а богатство цветового решения сочеталось со строгостью композиции, которая иногда повторяла формы церковного зодчества

В эпоху Возрождения и маньеризма создаются изделия, в которых исходные свойства драгоценных материалов отступают на задний план, а на первый план выступает стремление мастера подчеркнуть изысканность обработки. В 17—18 вв. драгоценные камни нередко покрывали металлическую основу изделия сплошным мерцающим слоем.

В середине 19 в. производство массовых ювелирных изделий механизируется. Стали широко применяться менее ценные материалы, например накладное серебро, а вместо драгоценных камней — горный хрусталь, аквамарин, малахит, цветное стекло, искусственные бриллианты (стразы).

Для Киева 11—12 вв. особенно характерны золотые изделия с перегородчатой эмалью, для Новгорода 11—12 вв. — серебряные литургические сосуды и чеканные оклады икон, для изделий владимиро-суздальской школы 12—13 вв. — различные изделия (браслеты и т. д.) с чередованием золотых и серебряных частей, для Москвы и Суздаля 14—15 вв. — оклады икон и евангелий, складни и т. д. со сканью, чеканкой, басмой, эмалью и литыми изображениями. В 17 в. развиваются и многие местные школы древнерусского ювелирного искусства — сольвычегодская (мастерские Строгановых), ярославская и др., а с 18 в. развивается великоустюжское чернение по серебру.

В 1725 году в Петергофе по указу Петра I была основана «Алмазная мельница» — шлифовальная фабрика, специализировавшаяся вначале на огранке самоцветов, а с конца столетия также на выполнении декоративных изделий из яшмы, агата: различных панно в технике флорентинской и так называемой русской мозаики, утилитарных и декоративных художественных изделий, ныне хранимых в музеях (Эрмитаж и др.).

В 19 в. в Москве и Петербурге возникают первые крупные фабричные предприятия по производству серебряных и золотых изделий. Среди них наиболее известны предприятия П. Ф. Сазикова (серебряная скульптура), П. А. Овчинникова (эмали в древнерусском стиле), И. И. Хлебникова (эмали, чеканные изделия), а в начале 20 в. — фирма Оловянишниковых (изделия для культа в различных техниках). Высококачественные ювелирные изделия (эмаль на золоте, фигурки из полудрагоценных камней и др.) производила фирма Фаберже, а также работавшие по её заказам мастерские.