Он зарождается в недрах красных звездных гигантов, входит в состав жизненно необходимых жиров, аминокислот и углеводов, может образовывать миллионы соединений с разными химическими элементами и в зависимости от структуры имеет абсолютно разные механические свойства. Мягкий и ломкий стержень карандаша и самый твердый минерал алмаз состоят из одного и того же строительного материала – углерода. Благодаря чему алмаз настолько уникален? Где его используют? В чем его ценность?
Несокрушимый теплопроводник
В переводе с древнегреческого языка слово "алмаз" обозначает "несокрушимый". Еще до времен античности людям была известна невероятная прочность этого камня. В древности алмазами широко торговали в Индии и Египте. А на европейские просторы этот минерал попал после захватнических походов Александра Македонского. Он привез камни в качестве магических артефактов. Древние греки называли этот самый твердый минерал слезами богов, которые попали на землю.
Но секрет несокрушимости камня кроется, конечно, не в мистике и не в связи с духовным миром. Четкая структура решетки элемента в виде тетраэдров и сильная связь между атомами углерода обеспечивают самую высокую прочность. Благодаря этой же структуре алмаз является отличным теплопроводником. К примеру, если бы было возможно сделать чайную ложечку из цельного куска алмаза, вы не смогли бы размешать ею сахар в горячем чае, потому что обожглись бы в тот же момент, как только ложечка прикоснулась бы к кипятку.
Сравнение твердости минералов
Как определить, какой минерал - самый твердый? Этим вопросом в девятнадцатом веке вплотную занялся талантливый немецкий минеролог Карл Фридрих Моос. В 1811 году ученый предложил использовать для определения твердости различных минералов сравнительную шкалу. Она состоит из десяти пунктов, каждому из которых соответствует определенный минерал. Первый (тальк) – самый мягкий, а последний, соответственно – самый твердый. Проверка осуществляется экспериментально. Если образец (к примеру, серебро) царапается флюоритом, который по шкале располагается на четвертой строчке, но не повреждается гипсом (эталон шкалы под номером два), значит, серебро имеет твердость 3 по шкале Мооса.
Самый твердый минерал – это алмаз. Он занимает десятую строчку. И хотя таблица Мооса была введена в обращение еще в начале девятнадцатого века, она до сих пор остается широко применимой. Однако стоит помнить, что данная таблица не является линейной. Это значит, что алмаз, находящийся под десятым номером, не будет ровно в два раза тверже апатита, который занимает пятое место в таблице. Для определения абсолютного значения твердости применяются другие методы.
Из королей в рабочие
Долгое время алмазы были прерогативой исключительно ювелирных мастеров. Однако с развитием промышленности этот самый твердый минерал все чаще стал рассматриваться не только с привычной эстетической стороны, но и с точки зрения его уникальных физических свойств. Сначала при производстве инструментов использовали природные алмазы, не подлежащие огранке. Это камни, которые имели такие дефекты, которые невозможно было устранить ювелиру. Их стали называть техническими алмазами.
Шло время, и потребность в инструментах с алмазными режущими и сверлящими кромками возрастала. К примеру, в сфере строительства весьма востребованы алмазные сверла. Их преимущество перед собратьями, выполненными из сплавов твердых металлов, - в том, что при работе алмазным сверлом в материале не образуются микротрещины. Алмаз легко и чисто срезает любой материал, будь то камень, бетон или металл. А отсутствие микротрещин – залог долговечности строения. К тому же сам процесс работы проходит значительно быстрее, заметно легче и намного тише.
Исходя из этого, неудивительно, что, по данным за 2016 год, только в одной России выпускается 1200 видов различного инструмента и оборудования, основной рабочей частью которых является алмаз.
Применение в медицине
Самый твердый минерал в природе подходит не только для использования в обработке грубых и твердых пород. Алмаз также незаменим в медицинских инструментах. Ведь чем тоньше и аккуратнее разрез тканей, тем лучше организм справляется с восстановлением. А для сложных операций на жизненно важных органах ширина разреза и подавно играет решающую роль.
Кроме того, скальпель с тонкой алмазной пленкой на лезвии остается острым на протяжении длительного периода времени.
Перспективы в электронике
Активно продвигается и разработка алмазных интегральных микросхем. В них крошечные алмазы используются для подложки. Техника, произведенная таким методом, более устойчива к перепаду температур и большим скачкам напряжения. Еще алмазы можно использовать для передачи данных в телекоммуникации. Особенности этих кристаллов позволяют передавать сигналы разной частоты одновременно по одному и тому же кабелю.
Самый твердый минерал на Земле помогает в освоении космоса
Также алмаз востребован в химической промышленности. Агрессивная среда, которая запросто повреждает стекло, абсолютно не страшна для алмаза. Физики используют кристаллы для проведения экспериментов по квантовой физике и исследования космического пространства.
При создании оптики телескопов требования к точности и надежности материалов становятся критичными. Тут в игру и вступает самый твердый природный минерал, который отличается выдающимися физическими и химическими параметрами.
Синтезирование алмазов
При столь интенсивном спросе на самый твердый драгоценный минерал остро встал вопрос о его искусственном синтезировании. Отметим, что никакие запасы камней не в состоянии удовлетворить все нарастающую потребность. И после длительных экспериментов ученым удалось создать аналог природного алмаза, обладающий всеми необходимыми особенностями. К сегодняшнему дню производство искусственных алмазов для промышленных нужд уже стало обыденной практикой.
Существует несколько методик синтезирования этого минерала. Первая – наиболее приближенная к его формированию в естественной среде. Синтез производят, используя сверхвысокую температуру и огромное давление. Вторая методика позволяет извлекать алмаз из пара. Она используется в пленочной технологии – кристаллы тончайшей пленкой наносят на режущие кромки инструментов. Особенно этот метод востребован в изготовлении хирургических инструментов. А третий производит россыпь мелких кристаллов при помощи детонации и быстрого охлаждения.
Эксперименты продолжались, и был синтезирован нитрид бора, который на 20% тверже природного алмаза. Однако пока этого вещества настолько мало, что алмаз традиционно продолжают считать самым твердым минералом.
