Многие из народных мудростей отражают свойство одного из самых красивых камней на земле: "бриллиант чистой воды", "тверд как алмаз," "алмазный блеск" и др. И одно из свойств – плотность. Алмаз, название которого по одной из версий произошло от древнегреческого "алмас" — несокрушимый, — камень драгоценный, но используют его не только в ювелирном деле. Разберемся, от чего зависит плотность и какую роль она играет в "жизни" камня.
Немного истории
Существует множество легенд и поверий, связанных с удивительным камнем. И одно из них — алмаз приносит удачу своему владельцу. Но владеть им могут только победители по жизни. И к известным людям, носившим его, относятся Наполеон Бонапарт, Юлий Цезарь и император Священной Римской империи Людовик Четвертый.
Европа узнала алмаз примерно в 5-6 веке до н. э., но лишь 550 лет назад он получил свою невероятную популярность. Ведь именно тогда его научились правильно гранить, чтобы максимально раскрыть свойства бриллианта. А все из-за его невероятного свойства — огромной прочности, при этом плотность алмаза 3500 кг/м3. Какой еще из известных минералов может похвастаться такими же характеристиками?
Но вот то, что многие считают алмаз минералом, который нельзя разбить, привело к утере редких и красивейших камней. Например, в 1476 году, во время войны между герцогом Карлом Смелым (одним из первых владельцев ограненных алмазов подобием бриллиантовой огранки) и королем Людовиком XI наемникам короля удалось ворваться в палатку, стоящую на поле сражения. Их поразили россыпи бриллиантов, находящиеся там. Подлинность камней они решили проверить с помощью молота, и большое количество дорогих и красивейших камней были превращены ими в пыль.
"Друзьями девушек" алмазы стали лишь в середине пятнадцатого века, благодаря Агнессе Сорель, фаворитке Карла Седьмого. Теперь вы знаете имя той, кто сделала многих мужчин "несчастными".
Физические свойства
Неосведомленный человек, держа в руках алмаз, вряд ли догадается, какое сокровище ему досталось. Очень уж просто и невзрачно выглядит необработанный кристалл. Да и чаще всего встречается минерал в природе в виде обломков неправильной формы. Ну прозрачен, ну с высоким светопреломлением, которое варьирует от 2,417 до 2,419. Что в нем особенного? Только образец октаэдрической формы (две пирамиды соединены между собой основанием) может привлечь внимание обывателя игрой света на своих гранях. Именно высокое светопреломление обуславливает то, что мы называем потом бриллиантовым блеском, двупреломление отсутствует. При длительном нахождении на солнце большинство камней начинает светиться в темноте.
А еще алмаз известен своей невероятной твердостью — 10 из 10 баллов по шкале Мооса. Другими словами — самый твердый минерал из известных на земле. А вот какая плотность алмаза, можно легко найти в справочнике. Но прежде чем мы посмотрим, попробуйте предположить, какая она должна быть? Исходя из его твердости — довольно высокая. Но и тут алмаз проявляет свою парадоксальность.
Высокая твердость обуславливается особым строением кристаллической решетки кубической формы, где в каждом углу стоит атом углерода. Еще по одному атому размещено по центру грани, и по 4 атома внутри куба. Таким образом, те атомы, которые разместились в центре грани, являются общими для двух соседних ячеек, а те, что в вершинах — общими для восьми. Такой способ упаковки атома самый плотный.
Кристалл раскалывается с образованием гладких параллелей (так называемая совершенная спайность). Излом при этом варьирует от раковистого до занозистого (разумеется, не по спайности).
Заглядываем в справочник: средняя плотность алмаза 3500 кг/куб.м. Может варьировать от 3,47 до 4,55 грамм на кубический сантиметр. Не так и много для такого твердого минерала. По Разивалю же твердость шлифования составляет 140000,0.
Цветовая гамма
Еще одно физическое свойство, о котором хочется упомянуть, — цвет камня. И окраска оказывает значительное влияние на плотность алмаза. Самые распространенные — бесцветные или желтоватые, есть с голубоватым или коричневым оттенком. Гораздо реже в природе встречаются цветные кристаллы, но вариации цветов весьма разнообразны: розовые и красные, оранжевые и ярко-желтые, зеленые и синие, пурпурные и коньячные, вишневые, серые и даже черные. Еще одно название цветных алмазов — фантазийные. Хотя самыми дорогими были и остаются прозрачные бесцветные или с голубоватым оттенком, но спрос на камни редких оттенков растет, а значит, повышается и цена на них.
К тому же мы привыкли к тому, что бриллианты прозрачные, но есть они и непрозрачные. Цвет и прозрачность напрямую зависят от химического состава кристаллов. Замечена и еще одна закономерность: чем темнее, тем меньше плотность алмаза (г/см3).
Химический состав и свойства
Как уже говорилось, минерал на 96,0–99,8 % состоит из углерода, атомы которого соединены между собой в кубической решетке. Кроме этого, встречаются в кристалле и другие химические вещества — кислород, азот, бор и кремний, алюминий и марганец, железо и медь, титан и цинк, никель и др. Возможны включения оливита и хромита, графита и пиропа, энстатина и другие.
Довольно часто можно встретить кристаллы с водой и угольной кислотой, углекислым газом и другими веществами в газообразном состоянии. Чаще всего примеси размещаются ближе к периферии кристалла.
Что касается химических свойств, то алмаз весьма устойчив к воздействию кислот и щелочей, не смачивается водой, зато легко покрывается жировой пленкой, даже от обычного прикосновения руками. Это свойство используется для определения настоящего камня. Химически инертным минерал остается до того момента, пока на него не будет воздействовать высокая температура.
Горит алмаз при температуре 850 °C, с образованием углекислого газа. А при нагревании без доступа воздуха более чем на 1000 °C он превращается в аллотропную модификацию — графит.
От чего еще зависит стоимость?
Диапазон цен на алмазы весьма широк, и стоимость зависит от многих характеристик. Но в любом случае всегда указывается цена за один карат (0,2 г):
- Огранка: самая высоко оцениваемая из них — 57 граней, или еще ее называют огранкой Толковского. Для мелких бриллиантов — 17 и 33. Остальные огранки считаются фантазийными, и цена на них значительно ниже. Но все же перечислим другие типы огранок: "Барион", "Квадриллион", "Принцесса", "Маркиз", "Роза", "Бриолет", "Груша", "Овал", "Сердце", "Ашер", "Изумруд", "Радиант", "Трилиант".
- Прозрачность: если в алмазе прозрачность идеальна, нет никаких трещин, в том числе микровключений, то цена моментально увеличивается на порядок, а то и больше.
- Размер камня: здесь речь идет не о каратах, так, бриллиант массой один карат в диаметре может быть 6,5 мм, и если остальные показатели так же высоки, то стоимость может составить 10-12 тыс. долларов за карат.
- Цвет. Все зависит от веяний моды и капризов клиента. Но самыми ценными до сих пор считаются бесцветные и с голубоватым оттенком.
Применение
Изучив свойства алмаза, можно смело заявлять: камень просто уникален. Но не только в ювелирном деле его сейчас применяют. Наука и промышленность забирает часть мировых запасов камня для своих нужд. Только используют они камни мелкие или дефектные.
Какие же свойства ценятся наукой и промышленностью:
- высокая теплопроводность;
- твердость;
- прозрачность (способность пропускать УФ и ИК-лучи);
- строение кристалла (может быть проводником, изолятором). Он выдерживает высокое напряжение, резкие перепады температур.
Не осталась в стороне и медицина, используя алмазы в хирургии. Производятся сейчас скальпели, лезвие которых алмазное. Заточка таких лезвий делает надрезы сверхтонкими. В лазерных установках с помощью алмазов прижигают раны. В лабораториях с опасными химикатами ставят алмазные окна.
Строительный и ремонтный инструмент как бытового назначения, так и профессиональный — пилы, ножи по металлу, фрезы и стеклорезы, шлифкруги и многое другое – покрывают алмазной крошкой, для увеличения срока эксплуатации. Тоннели прокладываются с помощью так называемого проходческого комбайна. Его ножи покрываются слоем алмазной крошки.
В школьной программе
Такая характеристика, как плотность алмаза, встречается даже в школьной программе. Изучают ее по такому предмету, как физика, в разделе "Основы молекулярно-кинетической теории" в 10 классе. И задача решается. Полностью звучит она так:
Есть алмаз, плотность в кг/м3 которого составляет 3500. Какой объем займут атомы вещества в количестве 1022? (задачник Мякишева). Оказывается, свойства алмазов изучаются еще в школе. И не только в этом задачнике встречаются подобные задачи. Возможна и такая запись условия:
- плотность алмаза 3500. Какой объем займут 1022 его молекул?
Новости космоса
До недавнего времени все были уверены, что самый большой алмаз— "Звезда Африки". Его масса составляет 3106 карат. Как много, подумал бы каждый, а астрономы нашли в созвездии Змеи небольшой алмазик, масса которого 1031 карат! Вот это настоящий гигант. Конечно, в руках его никто не держал, но ученые уверены: этот белый карлик полностью состоит из сверхплотного кристаллического углерода. Вот такой алмазик диаметром 55000 км в диаметре.
