Про алмаз і не тільки

Більше матеріалу про діаманти, ювелірне мистецтво, дорогоцінні камені та інше міститься на сторінці з текстом російською мовою.

Як визначається твердість мінералів?

Усі мінерали мають різну твердість: найм'якший мінерал — тальк, найтвердіший — алмаз.

Твердість випробовуваного мінералу перевіряється шкрябанням його "еталонним олівцем твердості". В 1811 році німецький мінералог Ф.Моос запропонував використовувати мінералогічну шкалу твердості мінералів. Пізніше вона була названа шкалою Мооса. У якості еталонів прийнято 10 мінералів, розташованих у порядку зростаючої твердості. За максимальну одиницю прийнята твердість алмаза:

1. Тальк.
2. Гіпс.
3. Кальцити.
4. Флюорити.
5. Апатити.
6. Польовий шпат.
7. Кварц.
8. Топаз.
9. Корунд.
10. Алмаз.

Можна й самим спробувати визначити твердість знайдених каменів. Якщо на камені залишає подряпину ніготь, то твердість каменю менше 1. Якщо, навпаки, грань каменю дряпає ніготь, то більше 1. Твердість скла дорівнює 5. Отже, якщо скло дряпає мінерал, то твердість мінералу менш 5, а якщо навпаки, мінерал дряпає скло, то його твердість більша 5.

Який елемент утворює найтвердішу і найм'якшу речовини?

Вуглець — це елемент, який існує в природі або у вигляді алмазу, відомого всім дорогоцінного каменю, або у вигляді не менш відомого графіту.

Вуглець — один з нечисленних елементів "без роду, без племені ". Історія спілкування людини із цією речовиною сягає доісторичних часів. Ім'я першовідкривача вуглецю невідомо, невідомо й те, яка з форм елементарного вуглецю алмаз чи графіт — була відкрита раніше.

І те й інше трапилося дуже давно. Чітко стверджувати можна лише одне : до алмазу і графіту була відкрита речовина, яку ще кілька десятиліть назад вважали третьою, аморфною формою елементарного вуглецю — вугілля. Але в дійсності вугілля, навіть деревне, це не чистий вуглець. У ньому є й водень, і кисень, і сліди інших елементів.

У другій чверті ХХ століття структурний аналіз показав, що аморфний вуглець — це той же графіт. Отже, ніякий він не аморфний, а кристалічний; тільки кристали його дуже дрібні і в них більше дефектів.

Люди не відразу прийшли до розуміння того, що найблагородніший алмаз і непоказне вугілля — близнюки. Між тим, встановити це було зовсім просто: одного чудового дня за допомогою лінзи сконцентрували сонячні промені на кристалику алмаза, поміщеного під скляний ковпак. Алмаз... згорів, а під ковпаком утворився вуглекислий газ — той же самий, що утворюється при горінні вугілля.

І графіт, і алмаз складаються з однакових , тільки вуглецевих атомів. Будь-який кристал алмаза, навіть величезний, шестисотграмовий "Куллінан", — це по суті одна молекула, що складається з ідеально упакованих атомів вуглецю.

Інша справа графіт. У шматку графіту атоми розташовані в площині . Ці площини утворюють досить щільну пачку, шари якої з'єднані між собою не хімічними силами , а більш слабкими силами міжмолекулярної взаємодії . От чому так просто — навіть від контакту з папером — розшаровується графіт.

Саме особливості молекулярної будови пояснюють величезну різницю у властивостях графіту й алмаза. Графіт м'який, легко розшаровується, а алмаз — найтвердіша речовина в природі. Графіт відмінно проводить тепло й електричний струм, алмаз — ізолятор. Графіт зовсім не пропускає світла , алмаз — прозорий.

Родич вуглецю

Хімічний склад таємничого каменю, що не піддавався впливу найсильніших кислот і лугів, довго залишався невідомим. Деякі вчені вважали, що алмаз складається з особливого хімічного елемента — алмазної землі. У середині ХVІІ століття у Флоренції ставилися досліди з нагрівання в закритих посудинах алмазів і рубінів. У результаті дослідів було встановлено, що рубіни ніяк не змінювалися, а від алмазів не залишалося ні найменшого сліду! Це здавалося зовсім неймовірним. Пізніше з'ясувалося, що кристали алмаза, які нагріваються в оточенні кисню, згоряють.

Наприкінці ХVІІІ століття в Петербурзькому гірському училищі було проведено показове спалювання алмаза. Численні досліди по спалюванню алмазів проводилися і в країнах Західної Європи. Велику увагу цим дослідам приділяв знаменитий французький хімік А.Лавуазьє. Він відзначив можливу спорідненість алмаза з вуглецем, але не наважився ототожнювати блискаючий камінь із вугіллям, не зробив остаточного висновку про склад алмаза. А.Лавуазьє зміг напевне сказати лише те, що алмаз належить до класу горючих тіл і що продуктом згоряння його є газоподібна речовина. Однак уже наприкінці ХVІІІ століття хімічна природа алмаза була точно встановлена. В 1797 році англійський хімік С.Теннант спалив алмаз у щільно закритій золотій посудині, заповненій киснем, і встановив, що при цьому утворювався газ — диоксид вуглецю. Щоб переконатися в правильності зробленого висновку, С.Теннант визначив кількість вуглецю у вуглекислому газі, що заповнив посудину. Вона точно відповідала масі згорілого алмаза.

Таким чином, алмаз складається з одного хімічного елемента — вуглецю. Аналогічний хімічний склад мають графіт, деревне й кам'яне вугілля, сажа.

Робочі професії алмаза

Застосування алмазів на виробництві почалося наприкінці ХІХ століття . У промисловості використовуються переважно алмази, не придатні для огранювання. Виняткова твердість алмаза визначає його широке використання у різних галузях народного господарства . Алмаз застосовується при бурінні гірських порід, механічній обробці різноманітних матеріалів, у якості абразиву. Армовані алмазами бурові коронки використовують для буріння свердловин у найбільш міцних породах. Більша частина видобутку технічних алмазів іде на виготовлення спеціальних інструментів для обробної промисловості. Оброблені алмазним різцем поверхні не потребують шліфування, на них відсутні мікротріщини, багаторазово збільшується термін служби отриманих деталей. Незамінні алмази при виточуванні опорних рубінових каменів, що використовуються у годинникових і багатьох інших точних механізмах. Широке застосування в промисловості знаходять і алмазні порошки. Вони використовуються в дискових алмазних пилах, спеціальних напилках, у якості абразиву.

Із застосуванням алмазних порошків вдалося створити унікальні свердла, які забезпечують одержання глибоких тонких отворів у твердих і крихких матеріалах. Такі свердла називаються алмазні "жала", з їхньою допомогою у склі можна висвердлити отвір діаметром до 2 мм. Алмазні порошки застосовують також на гранувальних фабриках, де всі самоцвіти зазнають огранювання й шліфування.

Використовують алмази й у напівпровідникових і оптичних приладах , у лічильниках ядерного випромінювання. Прилади , засновані на алмазах, незамінні при космічних дослідженнях, вивченні глибинного шару нашої планети.

Чи є суперник в алмаза?

Як відомо, алмаз — найтвердіша речовина. Алмаз складається з вуглецю. У природі є ще один неметал — бор. Бор і його сполуки вирізняються високою твердістю. Наприклад, сполука бору з вуглецем — карбід бору — поступається по твердості лише алмазу.

Бор утворює сполуку з азотом — нітрид бору. Іноді його називають білим графітом. Це білий порошок, схожий за властивостями на графіт.

Коли вчені нагріли білий графіт при дуже високому тиску, з автоклава вийняли кристали, зовні зовсім не привабливі. Але ці кристали дряпали алмаз. Щоправда, і він не залишався в боргу й залишав подряпини на кристалах нітриду бору. А це значить, що твердість у них однакова!

Речовину назвали боразоном. І хоча твердість алмаза й боразона однакова, останній має дві переваги: він розкладається при температурі більш 2000° С, а алмаз загоряється при 700° — 800° С. По-друге, боразон не настільки крихкий, як алмаз.

Що таке дорогоцінні камені?

Ювелірні камені можуть бути представлені як мінералами, так і гірськими породами. І фахівці різних спеціальностей будуть систематизувати їх за різними ознаками: геологи — за місцем народження, мінералоги — за хімічним складом, той, хто працює з каменем, оцінить його здатність оброблятися, тобто твердість, крихкість, в'язкість.

Існує ціла наука про самоцвіти, вона називається гемология. Сфера інтересів гемології досить велика — це й вивчення, і діагностика, і оцінка, і обробка самоцвітів, а також створення нових синтетичних і облагороджування низькосортних природних самоцвітів.

Дорогоцінний камінь повинен мати певні властивості. Він повинен бути гарним , досить твердим і міцним, він повинен бути досить рідкісним. Алмази, рубіни, сапфіри й смарагди мають усі ці якості і є дорогоцінними каменями.

Краса дорогоцінних каменів залежить від кольору , блиску, здатності переломлювати й розсіювати світло. Найвищий показник переломлення в алмаза; його грані так переливаються, що, здається, він повний вогню.

Дорогоцінні камені бувають різних кольорів. Рубін насичено червоний, смарагд — зелений.

Алмаз найчастіше безбарвний (дуже рідко зустрічаються кольорові алмази й надзвичайно рідко — чорні), а сапфір — синій.

Кожному дорогоцінному каменю властива певна твердість. Твердість — це опір каменя шкрябанню. Еталоном твердості є алмаз.

Існують камені органічного походження: перли, бурштин, корал. Їхнє утворення пов'язане з діяльністю живих організмів.

Перли утворюються в мушлях деяких молюсків, коли туди попадає піщинка, уламки мушлі або інший сторонній предмет. Перли складаються з карбонату кальцію (86 - 90 %), органічної речовини (6 - 12 %) і води. Великі перли правильної форми — надзвичайна рідкість. Перли правильної і овальної форми цінуються дуже високо.

Бурштин — це скам'яніла викопна смола хвойних дерев. Вважається ювелірно-виробним каменем. Корал — виробний камінь, являється частиною вапняного кістяка морських безхребетних істот — коралових поліпів, є карбонатом кальцію.

Із чого складаються самоцвіти?

Алмаз, найдорожчий із самоцвітів, є й найпростішим за будовою: він складається з одного хімічного елемента — чистого вуглецю. Рубіни й сапфіри відносяться до корундів, тобто до мінералів, в основі яких лежить оксид алюмінію. Рубіни мають карміновий колір завдяки наявності невеликої кількості хрому в корунді. А наявність сполук заліза й титану надає різні відтінки синього й блакитного кольору.

Більшість самоцвітів має різні комбінації силікатів, наприклад, топаз, турмалін, гранати й жадеїт. Кварц — найпоширеніший у природі мінерал, що представляє собою оксид кремнію. Кварц існує у двох формах — кристалічній і прихованокристалічній (мікрокристалічній ). Кристалічні різновиди: гірський кришталь, аметист, димчастий кварц, "котяче око" та ін.

Прихованокристалічні разновиди: халцедон, сердолік.

Імітувати ювелірні камені, тобто одержувати камені, подібні до природних утворень , стали давно, як тільки навчилися цінувати ювелірні вироби. Одним з видів імітації є синтез самоцвітів.

Під синтетичними каменями слід розуміти штучно отримані кристалічні й аморфні хімічні сполуки, які подібні за своїм складом і структурою із природними, або мають зовнішню подібність, обумовлену фізичними властивостями. Шляхом синтезу отримані корунди, смарагди, кварц, а також самостійні хімічні сполуки. Синтетичні камені відрізняються більшою різноманітністю кольорів.

Для одержання синтетичних корундів користуються оксидом алюмінію, а для одержання шпинелів сумішшю оксидів алюмінію й магнію, тобто їхніми природними хімічними складовими. Залежно від заданого кольору додають барвники: для рубіну — оксид хрому, блакитного сапфіру — оксиди заліза й титану.

Найбільш вдалою імітацією діаманта є огранений фіаніт. Назва утворилася від абревіатури ФІАН - Фізичний інститут Академії наук, де був розроблений спосіб його одержання.

Це не підробка, насправді це камені, аналогічні природним, тільки створені вони в лабораторіях! За своїми якостями вони не поступаються природним.

Із чого зроблені Кремлівські зірки?

Кремлівські зірки зроблені із так званого рубінового скла. Це скло, колір якому надають розчинені в ньому при варінні з'єднання золота. Так що матеріал хоч і дорогий, але не дорогоцінний камінь.

А справжні рубіни дуже прості за складом. Хіміки називають речовину, з якої складається рубін, оксидом алюмінію. Рубін і сапфір — це різновиди корунду, прозорого мінералу, що за твердістю поступається тільки алмазу.

Рубін, мабуть, можна вважати одним із найдавніших дорогоцінних каменів: в Індії й Бірмі прикраси із цього каменю носили ще 7500 — 10 000 років тому. У прадавні часи рубіни нерідко були символом влади. Високопоставлених чиновників — мандаринів першого класу і їх дружин у Стародавньому Китаї відрізняли по рубінових кульках на головних уборах. Чиновники другого класу повинні були носити коралові кульки, третього — сапфірові.

Найбільший рубін важить 1,7 кг. Він має висоту 11 сантиметрів і оброблений у формі дзвона.

Чим визначається цінність алмаза?

Алмаз справедливо вважається одним з найдорожчих мінералів. Навіть крихітні алмазики коштують у сотні разів дорожче рівних їм за масою шматочків платини й золота, більші ж алмази просто неоціненні в порівнянні з іншими дорогоцінними каменями.

Ювеліри за допомогою огранювання виготовляють із алмаза діамант, який відрізняється дивовижною властивістю перетворювати промінь світла у яскраву веселку. Камінь при найменшому русі іскриться й переливається, "відіграє " строкатими тонами чудових відтінків.

Найдорожчим звичайно вважається безбарвний алмаз. Однак у природі бувають кристали алмаза яскравих чистих тонів червоного, зеленого, блакитного й жовтогарячого кольорів. Ці камені за свої якості цінуються ще вище.

Цінність кристала залежить не тільки від його прозорості й кольору , але й від огранювання — якості шліфування й форми готового алмаза. У результаті огранювання камінь здобуває максимальний блиск, чудову "гру" й "вогонь".

Діамант народжується з алмаза

Ще в Прадавній Індії було помічено, що при терті одного алмаза об інший грані їх шліфуються, блиск зростає. Через деякий час в Індії, а пізніше в Італії, Франції й Бельгії стало застосовуватися огранювання алмазів — "майданчиком", або "октаедром". Для такого найпростішого огранювання бралися природні восьмигранні кристали або виколювалися блоки відповідної форми з алмазних кристалів іншої форми. Надалі люди намагалися обробляти алмаз так, щоб якомога більша кількість променів світла, що падають на його грані, зазнавала поверхневого та внутрішнього відбиття. Для цього каменям надавали форму багатогранника з певним взаємним орієнтуванням граней.

Першим серед європейців навчився шліфувати алмази Людвіг Беркем. В 1454 році він огранив свій перший алмаз. Після смерті Беркема секрет шліфування алмазів був загублений, але незабаром його було знайдено знову.

У результаті спеціальної механічної обробки природні прозорі кристали алмазів перетворюються в діаманти. Обробка полягає в розколюванні або розпилюванні, наступному обточуванні й огранюванні кристалів з усіх боків для надання їм особливої форми. Розколювання алмазів дозволяє розділяти кристали на частини для більш ефективного їхнього використання. Ця операція вимагає великої майстерності, тому що навіть при одному необережному ударі алмаз можна перетворити на шматки, які не придатні для виготовлення діамантів.

Розпилювання алмазів на частини при переробці їх у діаманти застосовувалося вже в XVІІ столітті. Для розпилювання алмазів використовувався залізний дріт. Процес розпилювання великих кристалів тривав багато місяців. Так, алмаз "Регент", вагою 410 карат , розпилювали близько двох років.

У середині ХІХ століття з'явилися алмазні пилки, а в ХХ столітті — устаткування для різання алмазів ультразвуком, для лазерного й електронного різання кристалів.

Обточування алмазів — одна із найвідповідальніших операцій, від неї залежить якість готових каменів.

Обточування надає заготовці форму майбутнього діаманта. До початку ХХ століття алмази обточувались вручну, потім був винайдений спеціальний верстат алмазів. Огранювання вважається найскладнішим і найвідповідальнішим процесом при виготовленні діамантів. Розрізняють три основні види огранювання: діамантову, східчасту, огранювання трояндою.

В 60- х роках XX століття бельгійський гранильник М.Вестрайх створив нову форму огранювання діамантів, яка отримала назву Хайлайт-Кат. Прагнучи розкрити красу каменю, інженер Максимо- Ельбі заново розрахував оптику діамантів і розробив новий спосіб огранювання непарного діаманта — "імпаріант". Звичайне огранювання будується на симетріях восьмигранника, а при новому способі огранювання майданчик діаманта має вигляд 9-, 11-, 13- або 15- гранника. Якщо симетричний діамант можна гранувати ручним способом, то для огранювання "імпаріанта" потрібне спеціальне устаткування.

Було створено також принципово нову форму огранювання алмазів, що одержала назву "принцеса". Найвищу оцінку одержав діамант "принцеса", що має форму серця.