Алмаз,  его структура и свойства

Алмазы представляют собой интереснейший и необыкновеннейший ресурс. Ранее, вплоть до XV века, человечество знало лишь одну сторону этого удивительного минерала: то, что они необыкновенно твёрдые. До средних веков они ценились ниже изумруда или рубина. И только в XVII веке гранильщики изобрели специальную огранку минерала: бриллиантовую, которая максимально подчёркивает его достоинства.

В ювелирном деле ценятся только бесцветные камни без оттенка, за исключением голубого, и без изъянов - так называемые алмазы чистой воды. На ювелирные цели идёт всего лишь не более 10-15% добытых камней.

Основная масса алмазов используется в технике. Из них изготавливают абразивы, буры для проходки глубоких скважин в твёрдых породах, резцы для обработки металлов, и т.д.

Алмаз известен уже около 5 тыс. лет. Историки предполагают, что впервые он был обнаружен в Индии в речных россыпях. Ему издавна приписывают магические свойства, а наиболее крупные знаменитые кристаллы и изделия из них окутаны ореолом мистических легенд. Индии на протяжении многих веков принадлежала монополия на поставку этого необыкновенного камня. Именно здесь найдены такие знаменитые алмазы, как Кох-и-Нор, Регент, Орлов, Шах и др. 

В начале XVIII в. индийские копи были уже сильно истощены. А с 1714 г. после находки алмаза в Бразилии началась первая алмазная лихорадка. Возник городок Диамантино, где работали тысячи старателей. Индия перестала быть монополистом.

В Бразилии сегодня ежегодно добываются алмазы общим весом около 400.000 каратов (около 80 кг), но среди них довольно мало крупных.

В России первый алмаз был найден в 1829 г. Несколько позже были обнаружены речные россыпи с небольшим количеством мелких алмазов. Однако, несмотря на не прекращающиеся 150 лет поиски, значительных россыпей в нашей стране найдено не было.

С 1867 г. началась добыча алмазов в Южной Африке, из богатых речных россыпей, а в 1890 г. произошло сенсационное открытие нового типа месторождений -кимберлитовых трубок -также в Южной Африке, вблизи посёлка Кимберли.

Алмазные трубки открыли новые возможности для горнорудного производства. К концу первого десятилетия XX в. в Африке были выявлены сотни месторождений. Позднее, в 1940 г. в Танзании была обнаружена крупнейшая и богатейшая трубка Мвадуи. Её размер -1625х1070 м. В 70-х гг. из кимберлитов и многочисленных россыпей в окрестностях трубки ежегодно добывалось около 1 млн. каратов.

Однако, несмотря на большую популярность кимберлитовых трубок, более 90% массы всех когда либо извлечённых алмазов было получено из россыпей. Ведь содержание алмазов в кимберлите чрезвычайно мало -около 1 карата на 3 т кимберлита.

Прорыв России в число алмазодобывающих стран произошёл в 50-60 гг. XX в. и связан с открытием якутских месторождений. За 40 лет в Якутии открыты ещё десятки месторождений. Россия стала одной из ведущих стран по добыче замечательного камня.

В 70-х гг. XX в. на одно из ведущих мест по добыче алмазов выдвигается Австралия, где было сделано необычное открытие. Здесь были обнаружены алмазоносные трубки, сложенные не кимберлитами, а родственными им породами -лампоритами.

Наиболее богатая трубка Аргайл была открыта в конце 1979 г. В настоящее время только из этого месторождения ежегодно извлекают 25 млн. каратов. Австралия уверенно заняла второе место по добыче алмазов после ЮАР на мировом сырьевом рынке, устойчиво получая каждый год 30-40 млн. каратов.

Спрос на алмазы настолько велик, что ведущие горнорудные компании и государственные предприятия мира продолжают поиск новых месторождений. Россия существенно увеличила свой алмазный потенциал благодаря открытию на побережье Белого моря новой провинции. Есть сведения о находках в Приморье. Несколько десятков кимберлитовых трубок с промышленными алмазами в ближайшие годы ещё больше упрочат наше положение в Международном алмазном синдикате, захватившем монополию по сбыту природных алмазов, добываемых во многих странах мира (ЮАР, Намибия, Заир, и др.).

В мире неуклонно растёт добыча алмазов -от нескольких десятков миллионов каратов в 50-60-х гг. XX в. до более 100 млн. каратов в 1990 г. Но алмазный потенциал Земли далеко не исчерпан. Учёные считают, что, например, в России вполне возможны открытия месторождений в Подмосковье, или, к примеру, в Ярославской и Тульской областях.

Из всех драгоценных камней алмаз имеет наиболее простой химический состав -он представляет собой просто кристаллический углерод С. В нем часто присутствуют примеси, главным образом окись железа и кремнезем со следами извести и магнезии, но количество примесей обычно не превышает 5%. Именно примесь окислов железа обусловливает желтоватый оттенок, который столь характерен для алмазов нечистой воды, особенно для камней из Южной Африки, и который снижает их ценность. Углерод диморфен, другая его кристаллическая разновидность -графит. Поистине, природа превзошла самое себя, создав из одно-го и того же элемента вещества со столь различными и противоположными свойствами, как твердый, блестящий и прозрачный алмаз и мягкий, маркий и непрозрачный графит. Каждое из этих веществ обладает присущими ему достоинствами. Алмаз, помимо того, что он превосходит по качествам все другие драгоценные камни, находит применение в промышленности в качестве режущего и абразивного материала. Графит употребляется для изготовления карандашей, для чистки кухонных плит, а в смеси с глиной -для изготовления огнеупорных тиглей. Кроме того, он неоценим как смазочный материал, особенно при работах под большой нагрузкой. Оба минерала существуют в природе, не обнаруживая заметной тенденции переходить один в другой. Действительно, для того чтобы кристалл алмаза почернел при нагревании без доступа кислорода, т. е. для того чтобы он частично превратился в графит, необходима очень высокая температура (по крайней мере 1500°). (При нагревании в атмосфере кислорода или даже на воздухе алмаз окисляется до СО или СО2 при температурах около 800°С.)

Борт (bort, или, как иногда пишут, boart) представляет собой скрытокристаллическую форму, в которой кристаллы алмаза расположены беспорядочно, без определенной ориентировки. Этот термин используется также для обозначения кристаллов и их обломков не находящих применения в ювелирном деле; такие кристаллы измельчаются и используются для резания и полировки. Карбонадо, или черный алмаз, также является скрытокристаллической разностью алмаза и представляет собой неоднородную массу еще более мелких кристаллов; он имеет черный цвет, непрозрачный или только просвечивающий. В скрытокристаллических формах отдельные кристаллы не способны раскалываться по определенным направлениям. По этой причине такие массы обладают исключительной твердостью алмаза, но не раскалываются под воздействием сильного удара; они кажутся более твердыми, чем одиночные кристаллы алмаза. Карбонадо пользовался большим спросом для изготовления режущих инструментов.

Свойства алмаза

Об абсолютно прозрачных и свободных от изъянов алмазах говорят, что они чистой воды. Такие алмазы, когда они не обладают каким-либо цветовым оттенком, за исключением, возможно, голубоватого, ценятся наиболее высоко. Камни со слабым желтоватым оттенком называются камнями нечистой воды и ценятся значительно ниже. Иногда предпринимались попытки улучшить камни нечистой воды, покрывая их базальные грани голу-бой пленкой. Такую пленку обычно можно удалить, промывая камень в бензоле, метиловом спирте или даже в горячей воде, но если эти способы не помогают, можно использовать и кислоту. Определенную привлекательность имеют камни канареечно-желтого цвета, которые, однако, относятся к другой категории. Обычны также зеленоватые камни, хотя действительно хороший оттенок этого цвета редко выдерживается в пределах целого кристалла. Нередки коричневые камни, особенно из Южной Африки. Розовые камни менее обычны, а рубиново красные, розовато-лиловые и синие камни редки. Камни, обладающие последним из перечисленных цветов, имеют, как правило, стальной оттенок. Сапфирово-синие камни встречаются исключительно редко и стоят весьма дорого. Для обозначения алмазов с черными пятнышками иглистого материала внутри используют французское слово пике (pique), означающее исколотый или пятнистый от, укусов насекомых.

Алмаз кристаллизуется в виде октаэдров со сверкающими гладкими гранями и реже -в виде кубов с грубо про-травленными гранями. Иногда вместо каждой из граней октаэдра развиваются три или шесть граней, и камень приобретает почти сферическую форму. Поверхности граней кристаллов часто усеяны равносторонними треугольными углублениями, которые возникают вследствие травления и растворения. Часто наблюдающееся искривление ребер кристаллов является результатом последовательного отступания плоскостей роста. Обычны двойники, в которых два отдельных кристалла соединяются вместе или прорастают друг друга, а также звездчатые формы. Иногда октаэдрические кристаллы изумительно симметричны. Округлые кристаллы нередко покрыты смолоподобной оболочкой, которая мягче самого кристалла. Большое число природных кристаллов алмаза экспонируется в коллекции драгоценных камней Геологического музея в Лондоне.

Детальное изучение прозрачности алмазов в ультрафиолетовых лучах показало, что алмазы можно подразделить на несколько типов. Обычный тип I прозрачен только для лучей с длиной волны около 3000 А и содержит свободный азот. Более редкий тип II имеет границу полосы поглощения, соответствующую длине волны 2250 А. Эту группу на основе различий в фосфоресценции можно подразделить на типы На и НЬ. Остальные физические свойства являются, по-видимому, одинаковыми для всех типов, и в настоящее время вышеприведенное подразделение не имеет не-посредственного значения для использования алмазов в качестве Драгоценных камней. Однако оно интересно с точки зрения окраски алмазов, как естественной, так и наведенной облучением а также для суждения о происхождении алмазов. Вначале считали, что алмазы типа II не содержат азота, но сейчас полагают что между обогащенным азотом типом I и бедным этим элементом типом II существуют постепенные переходы. 

Было обнаружено, что карбонадо имеет скрытокристаллическую структуру, состоящую из связанных в единую массу мельчайших кристаллов алмаза.

Алмаз не обладает двупреломлением, но отдельные зоны кристаллов двупреломляют, что часто связано с включениями капелек жидкой угольной кислоты и возникающими вокруг них внутренними напряжениями. Эти напряжения бывают столь велики, что многие прекрасные камни при извлечении из вмещающей их гор-ной породы взрываются, разлетаясь на отдельные кусочки. Средняя величина показателя преломления бесцветных камней равна 2,4175 в желтом свете натрия с весьма небольшими отклонениями (до 0,0003), что свидетельствует о чистоте состава. С увеличением количества примесей величина показателя преломления увеличивается до максимального значения 2,421. Показатель преломления камней нечистой воды лежит в интервале между этим значением и 2,419. Дисперсия для интервала В--G равна 0.044, и в этом отношении алмаз превосходит все бесцветные камни, но уступает касситериту, сфену (титаниту) и зеленому гранату (демантоиду), а также синтетическому рутилу и синтетическому титаниту стронция. Блеск полированного алмаза настолько характерен, что был назван алмазным; он обусловлен сочетанием высокого светопреломления и исключительной твердости. Алмаз, в отличие от стекла, прозрачен для рентгеновских лучей. Он фосфоресцирует под действием лучей, лежащих за пределами фиолетовой части видимого спектра, даже под действием коротковолнового излучения эманации радия. Некоторые, но не все алмазы флюоресцируют в ультрафиолетовых лучах в голубых или желтовато-зеленых тонах. Многие из них светятся в темноте после выдержки на солнечном свету, а некоторые даже излучают свет, если их потереть,-явление, известное под названием триболюминесценции.

Удельный вес алмазов довольно постоянен, хотя он, естест-венно, более изменчив, чем показатель преломления, поскольку на его величину влияют включения газов и минералов, в то время как на показателе преломления эти факторы не сказываются. Средняя величина удельного веса для кристаллов равна 3,520 с возможными колебаниями, достигающими 0,010, причем удельный вес камней нечистой воды выше.

Алмаз -наиболее твердое вещество из всех, встречающихся в природе. Он отмечен Моосом в его шкале твердости баллом 10, но различие в твердости между алмазом и корундом, который имеет твердость 9 по шкале Мооса, огромно.