Температура плавления алмаза, физические свойства и структура минерала

Температура плавления алмаза — это одна из характеристик драгоценности, которая до сих пор не изучена в полном объеме. Камень имеет уникальные свойства, которые ценятся не только в ювелирном деле, но и в промышленности. И температура плавления не стала исключением из правил.

Некоторые минералоги и исследователи объясняют такие странные характеристики алмаза его космическим происхождением. То есть, предполагают, что материал попал на планету после падения большого количества метеоритов и остался в недрах земли.

Как сформировались алмазы в недрах Земли?

Согласно мнению ученых, алмазы могли появиться при образовании ядра планеты в результате воздействия на расплавленную магму огромного давления. К поверхностным участкам земной коры драгоценные камни продвинулись благодаря процессам газообразования в глубинных породах. В результате образовались так называемые алмазные трубки, что представляют собой пустоты в каменистой почве с крупными залежами минерала.

Разнообразие цветов

Большинство ошибочно считает, что разновидность алмаза ограничивается только прозрачными бесцветными кристаллами. На самом же деле существует достаточно много различных цветовых вариаций, которые иногда оцениваются намного дороже классических.

Jpg» alt=»» width=»80″ height=»83″> Желтый бриллиант встречается довольно часто. Такой цвет минерал получил благодаря атомам азота, которые проникли в его кристаллическую решетку. Чем насыщеннее такой цвет, тем дороже будет стоить образец. Есть и более темные вариации, которые встречаются в Австралии. Там можно встретить и коньячный бриллиант, и рыжий алмаз.

Jpg» alt=»» width=»80″ height=»83″> Синий алмаз – настоящая редкость. Это может быть природная разновидность, получившая свой оттенок из-за наличия атомов такого химического вещества, как бор. Синий бриллиант может получиться и путем облагораживания минерала.

Jpg» alt=»» width=»80″ height=»83″> А вот голубой алмаз (его крупные экземпляры) настолько редкий, что позволить его себе могут только держатели роскошных коллекций. Более распространенным является алмаз, цвет которого стал голубым в результате нагревания и повышения давления.

Каждый ювелир не прочь заполучить в свою коллекцию зеленый алмаз, получивший свой цвет из-за природной радиации. Еще реже можно встретить красные алмазы. Их, как розовый алмаз, добывают на месторождениях Австралии.

На этом виды алмазов не заканчиваются. Существуют даже черные и белые бриллианты.

Свойства материала

Прежде чем выяснить, какова температура плавления алмаза, давайте рассмотрим свойства минерала:

1. Алмазы обладают наивысшим показателем твердости среди всех существующих ископаемых. По этой причине ни один материал не способен разрушить структуру алмаза либо оцарапать его поверхность. Сам же он может повредить любой физический объект.
2. Алмаз представляет собой высокоэффективный изолятор. Он устойчив к воздействию кислот и прочих агрессивных химических сред.
3. Алмаз обладает самой высокой теплопроводностью среди всех твердых ископаемых. Драгоценный камень можно сколько угодно удерживать зажатым в ладони. При этом его температура останется неизменной.
4. Алмаз имеет уникальную люминесценцию. Световые лучи любого происхождения при прохождении через минерал заставляют его ярко светиться и переливаться всеми цветами радуги.

Что такое шкала твердости по Моосу для металлов и минералов

Шкала Мооса – это измерительная таблица, позволяющая узнать показатель твердости минерала и каменного материала. Появилась такая шкала в XIX столетии, а название идентично фамилии создателя. После разработки и проведения ряда исследований измерительный показатель стал пользоваться большой популярностью по причине своей максимальной точности и эффективности в рамках раскалывания производственной деятельности.

Определение показателя металлов и минералов по шкале Мооса позволяет подобрать правильную технологию обработки материала для создания комфортных эксплуатационных условий. И благодаря точным показателям, предоставляются точные сведения в плане того, можно ли расплавить алмаз или его лучше разбить молотком, да и возможно ли это вообще. Технические свойства каждого каменного материала идеально описываются в шкале известного геолога.

Условия плавления алмазов

В 2010 году в ходе опытов физики лаборатории Калифорнийского университета, расположенного в Беркли, определили уровень температурного воздействия на алмаз, который приводит к его плавлению. Ученые установили, что преобразовать материал в жидкую форму в обычных условиях невозможно, независимо от уровня нагревания. Достичь указанной цели можно лишь при воздействии на алмаз не только температурой, но и высочайшим давлением. Повышать давление необходимо, чтобы минерал не превращался в графит. Таким образом, переход алмаза в жидкую форму является крайне затруднительным процессом.

ПРИМЕНЕНИЕ

Хорошие кристаллы подвергаются огранке и используются в ювелирном деле. Ювелирными считаются около 15% добываемых алмазов, еще 45% считаются околоювелирными, то есть уступают ювелирным по размеру, цвету или чистоте. В настоящее время общемировой объем добычи алмазов составляет порядка 130 миллионов карат в год.Бриллиант

(от франц. brillant — блестящий), — алмаз, которому посредством механической обработки (огранки) придана специальная форма, бриллиантовая огранка, максимально раскрывающая такие оптические свойства камня, как блеск и цветовая дисперсия.Совсем мелкие алмазы и осколки, непригодные для огранки, идут в качестве абразива для изготовления алмазного инструмента, необходимого для обработки твёрдых материалов и огранки самих алмазов. Скрытокристаллическая разновидность алмаза чёрного или тёмно-серого цвета, образующая плотные или пористые агрегаты, носит название
Карбонадо
, обладает более высоким сопротивлением истиранию, чем у кристаллов алмаза и благодаря этому особенно ценится в промышленности.

Мелкие кристаллы также в больших количествах выращиваются искусственным путём. Синтетические алмазы получают из различных углеродсодержащих веществ, главным образом из графита, в спец. аппаратах при 1200-1600°С и давлениях 4,5-8,0 ГПа в присутствии Fe, Co, Сr, Мn или их сплавов. Они пригодны для использования только в технических целях.

Алмаз (англ. Diamond) — C

Какова температура плавления и температура кипения алмаза?

Согласно данным, полученным в ходе исследования свойств материала, его плавление в воздушном пространстве под высоким давлением происходит при нагревании до 850-1000 оС. До кипения алмаз можно довести, воздействуя на него температурой от 1800 до 2000 оС в вакууме. В обоих случаях при остывании минерал преобразуется в графит.
Устанавливая, какова температура плавления алмаза, ученые проводили опыты с использованием небольшого природного минерала, масса которого составляла 1/10 доли карата. Закипание поверхностей материала происходило под воздействием ударной волны, создаваемой благодаря кратковременным лазерным импульсам.

Установить, какому показателю равняется температура плавления алмаза (в градусах), исследователям удалось лишь при создании давления, которое в 40 млн раз превышало нормальное давление атмосферы на уровне моря. При понижении давления до 11 млн атмосфер на поверхности кипящего минерала стали образовываться твердые частицы, которые не тонут, а плавают подобно льду в воде.

МОРФОЛОГИЯ

Морфология алмаза очень разнообразна. Он встречается как в виде монокристаллов, так и в виде поликристаллических срастаний («борт», «баллас», «карбонадо»). Алмазы из кимберлитовых месторождений имеют только одну распространенную плоскогранную форму — октаэдр. При этом во всех месторождениях распространены алмазы с характерными кривогранными формами — ромбододекаэдроиды (кристаллы похожие на ромбододекаэдр, но с округлыми гранями), и кубоиды (кристаллы с криволинейной формой ). Как показали экспериментальные исследования и изучение природных образцов в большинстве случаев кристаллы в форме додекаэдроида возникают в результате растворения алмазов кимберлитовым расплавом. Кубоиды образуются в результате специфического волокнистого роста алмазов по нормальному механизму роста.

Алмаз Куллинан разбитый на 9 частей

Синтетические кристаллы, выращенные при высоких давлениях и температурах, часто имеют грани куба и это является одни их характерных отличий от природных кристаллов. При выращивании в метастабильных условиях алмаз легко кристаллизуется в виде пленок и шестоватых агрегатов.Размеры кристаллов варьируют от микроскопических до очень крупных, масса самого крупного алмаза «Куллинан», найденного в 1905г. в Южной Африке 3106 карат (0,621кг).На изучение огромного алмаза было потрачено несколько месяцев и в 1908 году он был расколот на 9 крупных частей.Алмазы массой более 15 карат — редкость, а массой от сотни карат — уникальны и считаются раритетами. Такие камни очень редки и часто получают собственные имена, мировую известность и своё особое место в истории.

Где встречаются алмазы в земной коре?

Эти минералы чрезвычайно редкие. Впрочем, промышленные месторождения сегодня разрабатываются практически на всех континентах земного шара. Исключением является лишь Антарктида.

До средины 19 века считалось, что минералы формируются в речных отложениях. Позже были открыты первые алмазоносные полости в каменистой горной почве на глубине в несколько сотен метров.

Согласно данным ученых, возраст некоторых алмазов составляет от 100 млн до 2,5 млрд лет. Исследователям удалось раздобыть более «старые» минералы неземного происхождения. Последние занесены на планету вместе с метеоритами, которые образовались в космическом пространстве еще до формирования Солнечной системы.

Месторождения

Неограненный Алмаз

Промышленные месторождения алмаза раскиданы по всей планете, исключением является только Антарктида.

В процентном соотношении объем добычи распределился следующим образом:

1. Первое место – российская , разрабатывающая копи также в Ботсване, Зимбабве и Анголе – 28%.
2. Второе – южноафриканская корпорация «Де Бирс», осуществляющая добычу в Танзании, Намибии, ЮАР и Ботсване – 20%.
3. Третье – австралийско-британский добытчик Rio Tinto – 13%.
4. Четвертое – канадская компания Dominion Diamond – 6%.
5. Пятое – южно-африканская компания Petra Diamonds – 3%.
6. Оставшиеся 30% объема добычи приходятся на долю всех остальных алмазодобытчиков.

Самыми первыми месторождениями являются копи Индии, которые к концу 20-го столетия практически истощились. В 1727 году богатейшие залежи алмазов были обнаружены в Бразилии, в 1867 – в Южной Африке.

Это интересно!

В России первый алмаз обнаружил себя в июле 1829 года. Произошло это событие в Пермской Губернии (Урал) на Крестовоздвиженском золотом прииске. Камень весом в полкарата нашел 14-летний крепостной крестьянин Павел Попов, за который он получил вольную. Чуть позже подросток привел на то самое место участников экспедиции барона Гумбольдта, обнаруживших еще несколько небольших камушков. В данный момент заветное место называется «Алмазный ключик». Сегодня богатейшие российские месторождения расположены в Якутии. В конце 2019 года именно там был найден первый в истории мировой добычи алмаз «Матрешка» — самоцвет, внутри которого свободно перемещается еще один камушек меньших размеров.

Существуют ли алмазы в расплавленном виде в естественных условиях?

Температура плавления алмаза настолько высока, что на Земле минерал больше не может существовать в кипящем виде. Однако как обстоят дела с космическими объектами? Согласно мнению ученых, температура плавления алмаза по сей день поддерживается в недрах таких планет, как Нептун и Уран. Примечательно, что последние на 10 % сформированы из углерода, который является структурной основой этого минерала.
Как утверждают многие ученые, на вышеуказанных планетах имеются целые океаны алмазов в жидкой, кипящей форме. Такая гипотеза объясняет, почему магнитное поле этих небесных тел ведет себя настолько странно. Ведь Нептун и Уран являются единственными планетами в Солнечной системе, у которых географические полюса не имеют четкого положения и буквально разнесены в пространстве. Для подтверждения интересной гипотезы остается лишь смоделировать аналогичные условия на Земле экспериментальным путем. Однако такое решение на данный момент остается чрезвычайно дорогим и трудоемким. Поэтому пока нет возможности определить наверняка, действительно ли на близлежащих планетах имеются целые океаны алмазов в расплавленном виде.

Совместимость с другими камнями

Алмаз – настоящий король самоцветов – ослепительный и могущественный, роскошный и дорогой. Он не терпит соседства с полудрагоценными и поделочными камнями. Лучшая компания для него – это примерно равные по стоимости драгоценности, но не все. Камни, принадлежащие к стихии воды, исключены – это изумруд, хризоберилл, аквамарин, опал, селенит, коралл и другие самоцветы. Правило не распространяется только на жемчуг.

Лучший союз у алмаза с рубинами и пиропами, так как они дополняют друг друга и эстетически, и энергетически.

Синий Алмаз

Сочетание водно-воздушного сапфира и огненного диаманта неоднозначно, последствия такого соседства предугадать сложно.

[править] «Подлив гранита»

Помимо меметичного «Справочника кустаря», о рецепте из которого было упомянуто в начале статьи, существует ещё несколько свидетельств из исторических источников, которые можно интерпретировать как «доказательство» работы с жидким гранитом:

Публикация Иовского А. А

«О важности химических исследований…» 1827 г., где приводятся такие слова:

Фраза вырвана из контекста. В цитате идёт перечисление последних достижений химии как молодой науки. В данном случае древним химикам стало известно, что гранит образуется из магматического расплава, а не то, что подумали литики.

В публикации священника Серафимова «Описание Исаакиевского собора в С.-Петербурге…» 1865 г., при перечне видов и стоимости работ по возведению фундамента, упоминается пункт: «За обтёску и подлив гранита».

Выражение подлив камня, гранита

является устаревшим строительным термином, расшифровка которого приведена в «Журнале путей сообщения и публичных зданий» 1860 г.:

Пошаговая инструкция

Кристаллическая решетка алмаза и его свойства
В кустарных условиях в основном изготавливают небольшие бронзовые изделия, например, элементы декора. Более сложные детали требуют высокоточного литья, технологию которого очень сложно осуществить без специально приспособленного для этих целей помещения, а также особого оборудования. В некоторых случаях приходится прибегать к доводке отливки до нужного состояния с помощью правки в домашних условиях, такой как удаление излишков расплавленного материала вручную, шлифовки и полировки изделия.

Прежде чем приступить к расплавлению металла, необходимо подготовить помещение и обзавестись необходимыми инструментами и оборудованием. Главным требованием, предъявляемым к помещению, является наличие хорошей вытяжной вентиляции, а также пол, выполненный из негорючих материалов, таких как бетон, цемент либо кирпич. При изготовлении небольших изделий эти требования соблюсти довольно просто, в противном случае придется воспользоваться гаражом.

Подготовка инструментов

Начинающему литейщику следует приобрести либо самостоятельно изготовить следующие инструменты.

• Огнеупорный тигель из огнеупорного материала (такого как чугун или сталь) – специальный сосуд с носиком, куда кладутся куски расплавляемого металла.
• Приспособления для извлечения тигля из печи, которые сводят к минимуму риск обжечься – специальные крючки и щипцы.
• Форма для заливки расплавленного металла, которая изготавливается с помощью опоки и модели.
• Сама опока – два ящика, которые удерживают литейную форму с наполнителем из формовочной смеси.
• Костюм сварщика или просто очень плотный фартук и рукавицы, назначением которых является защита человека от летящих искр и брызг расплавленного металла.

После того как вы убедились в наличии всего вышеперечисленного, можно приступать непосредственно к плавлению бронзы.

• Разогревают печь, выставляя температуру с помощью регулятора. Температура зависит от химического состава бронзы, о чем мы говорили выше. Например, для алюминиевой бронзы такая температура будет равняться 1040-1084 градусам Цельсия.
• Далее следует обязательно прогреть форму, это делается, чтобы расплавленный металл не застыл при попадании в холодную емкость. Форму помещают в печь, когда та прогреется до температуры 600 градусов, после чего выставляют терморегулятор в положение 900 градусов. Когда температура внутри печи поднимется до 900 градусов, оставляют форму прогреваться на 3-4 часа, после чего аккуратно ее извлекают с помощью специальных приспособлений и охлаждают до 500 градусов Цельсия.
• Помещают тигель с кусками бронзы, предназначенной для плавки, внутрь разогретой до нужной температуры плавления печи и доводят до полного расплавления металла. После этого оставляют тигель перегреваться еще на 5 минут, чтобы добиться лучшей текучести металла и лучшего качества отливки.
• Достают тигель из печи или горна с помощью крюков и щипцов и приступают к заливке в форму.

Давайте рассмотрим, как правильно изготовить форму для получения изделия высокого качества. В литейных мастерских такую форму изготавливают при помощи опоки, куда засыпают смесь, состоящую из глины, песка и каменноугольного порошка. Опока состоит из двух половин, каждая из которых представляет собой ящик, куда будет засыпаться формовочная смесь.

1. Сначала берут первый ящик и начинают наполнять его смесью, насыпав ее до половины, помещают внутрь ящика модель.
2. Далее продолжают насыпать сыпучий материал, пока не заполнят ящик до самого верха. Во время работы требуется постоянно разравнивать и утрамбовывать формовочную смесь.
3. Устанавливают сверху второй ящик и продолжают насыпать смесь глины, песка и каменноугольного порошка.
4. Во втором ящике необходимо предусмотреть литники – отверстия для заливки расплавленной бронзы внутрь формы.
5. Когда оба ящика окажутся наполнены доверху, разделяют их с помощью острого предмета. Одна половина модели находится в одном ящике, другая – в другом.
6. Достают аккуратно модель, вновь соединяют оба ящика – получившаяся внутри пустота и есть форма для заливки.

Заливка в литейную форму

Расплавленный металл тонкой струйкой переливают из тигля в литейную форму, следя, чтобы струйка текла непрерывно. Если отливаемая деталь отличается сложностью очертаний, нужно использовать специальную центрифугу, которая с помощью центробежной силы поможет расплаву правильно распределиться внутри формы, полностью заполнив ее.

Вклад Антуана Лавуазье в изучение кристалла

Большой вклад в изучение минерала внес французский физик Антуан Лавуазье. Он доказал, что алмазы горят при наличии воздуха. Для своего эксперимента он:

• поместил камень в стеклянный сосуд;
• наполнил его кислородом;
• закупорил.

Используя линзу, он нагрел алмазы, после чего они полностью сгорели слабо-голубым пламенем. Но в колбе не обнаружилось пепла. Исследовав воздушную среду в колбе, он выяснил, что в ней появился диоксид углерода.

Интересно, что Лавуазье своими экспериментами не старался доказать, что алмаз можно сжечь – это вышло случайно. Суть его экспериментов сводилась к опровержению флогистонной теории.

Проводя эксперименты по сжиганию веществ в герметичных капсулах, Лавуазье не мог привлечь к ним внимание «ученого сообщества». Чтобы исправить это, он заявил, что сожжет кусок алмаза. Такой ход доказал эффективность его работы и раскрыл миру одну из загадок бриллианта.

История опытов

В 17 веке в Англии по Бойль сумел сжечь алмаз, наведя на него солнечный луч через линзу. Однако во Франции опыт с прокаливанием алмазов в плавильном сосуде не дал никаких результатов. Французский ювелир, проводивший эксперимент, обнаружил лишь тонкий слой темного налета на камнях. В конце 17 века итальянские ученые Аверани и Тарджони при попытке сплавить два алмаза воедино смогли установить температуру, при которой горит алмаз — от 720 до 1000оС.

Алмаз не плавится из-за прочной структуры кристаллической решетки. Все попытки расплавить минерал заканчивались тем, что он сгорал.

Великий французский физик Антуан Лавуазье пошел дальше, решив поместить алмазы в герметичный сосуд из стекла и наполнив его кислородом. С помощью крупной линзы он нагрел камни, и они полностью сгорели. Исследовав состав воздушной среды, они выяснил, что помимо кислорода в ней присутствует диоксид углерода, представляющий собой соединение кислорода и углерода. Таким образом, был получен ответ: алмазы горят, но только при доступе кислорода, т.е. на открытом воздухе. Сгорая, алмаз превращается в углекислый газ. Вот почему в отличие от угля после сгорания алмаза не остается даже золы. Опыты ученых подтвердили еще одно свойство алмаза: при отсутствии кислорода алмаз не горит, но меняется его молекулярная структура. При температуре равной 2000оС всего в течение 15-30 минут можно получить графит.

Алмаз — драгоценный камень, но его свойства физики оценили по достоинству только в XVI веке. И это несмотря на то что камень был найден несколькими столетиями раньше. Конечно, чтоб оценить всю значимость минерала, потребовалось провести немало опытов. Они дали информацию о том, какая твердость у камня, температура плавления алмаза, а также другие физические характеристики. Но с тех пор камень используют не только в качестве красивого аксессуара, но еще и в промышленных целях.

Оценка проводилась в специальных лабораториях. И в результате был выяснен химический состав алмаза, строение его кристаллической решетки, а также открыто несколько феноменов.

Плавление алмаза

История[править | править код]

История[править | править код]

[править] Ссылки

[править] Бетоноиды

Получившийся в ходе эксперимента «гранит»

А хотелось, чтобы получилось так

Бетоноиды

(они же
литики
,
непромесики
) — тупиковая ветвь диванных экспертов, истово верующих в некие древние секретные нано-чудо-технологии гранитного и прочего каменного литья, благодаря которым прошлая цивилизация отлила все старинные сооружения на свете — от египетских пирамид до набережных Петербурга. Отдельной строкой проходит мнение, что сооружения отлиты не в глубокой древности, а в недавнем прошлом некой засекреченной службой по фальсификации истории планетарного масштаба. По закону жанра данные исторические сюжеты на протяжении долгих лет держатся в тайне от быдла, и лишь в наши дни небольшой процент «интеллектуалов» догадывается о реальном положении дел, несмотря на тотальную конспирацию, заговоры и круговую поруку диктатуры мирового правительства/ZOG.

Что характерно, большинство литиков знакомы с процессом заливки бетона лишь умозрительно, в лучшем случае подглядывая из-за строительного забора или посмотрев пару видеороликов — диванное прорабство хорошо заметно по их дилетантским высказываниям и представлениям о свойствах бетона, далёким от реальности.

Открытие, перевернувшее мир

От того, загорится алмаз или нет, зависело все, что сейчас мы считаем привычным. Во-первых, благодаря эксперименту Лавуазье, была отвергнута флогистонная теория. Согласно ей, для реакции всегда необходимо два вещества. Одно — способное отдать, другое — способное принять. Ее заменил закон сохранения энергии: ничто не берется из ниоткуда, и не исчезает в никуда.

Благодаря этому закону, удалось выяснить, что, при сгорании, бриллиант превращается в углерод. И это дало нам, во-вторых: если из алмаза можно получить углерод, то должна существовать и обратная реакция.

Разрабатывая эту теорию, ученые выяснили, что алмаз можно синтезировать. Открытие имело широкий резонанс, ведь минерал используется во многих сферах жизнедеятельности. Возможность получать его искусственным путем – это неограниченный запас бесценного ресурса.

Примечания

1. БСЭ
2. Phys. Rev. Lett. 70, 3764 (1993): Thermal conductivity of isotopically modified single crystal diamond
3. Дронова Нона Дмитриевна. Изменение окраски алмазов при их обработке в бриллианты (системный подход и экспериментальные исследования) автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. Специальность 04. 00. 20 -минералогия, кристаллография. Москва, 1991
4. Юрий Шелементьев, Петр Писарев
   Мир бриллиантов (рус.) . Геммологический центр МГУ. — Чёрный алмаз называется карбонадо . Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 8 сентября 2010.
5. Наука и техника, 14 октября 2002 года
6. Журнальный зал | Нева, 2003 N9 | Евгений Трейвус — Голгофа геолога Попугаевой
7. ленинская премия 1957 года была вручена другим геологам. Только в 1970 году Попугаева была награждена почётным дипломом и знаком «Первооткрыватель месторождения »
8. Ученые рассекретили месторождение импактных алмазов в Сибири , Лента.ру
   (16 сентября 2012). Проверено 18 сентября 2012.
9. «Крупный алмаз — из мелких»
10. Б. Ф. Данилов «АЛМАЗЫ И ЛЮДИ»
11. жизненная стратегия творческой личности
12. Журнал «Университеты»
13. Технология получения и очистки детонационных алмазов // Физика твёрдого тела, 2004, том 46, вып.4. — C. 586
14. lenta.ru: «Новая технология позволит создавать бриллианты любого размера» по материалам «New Scientist»
15. New n-Type Diamond Semiconductor Synthesized
16. Ekimov, E. A.; V. A. Sidorov, E. D. Bauer, N. N. Mel»nik, N. J. Curro, J. D. Thompson, S. M. Stishov (2004). «Superconductivity in diamond ». Nature428
    (6982): 542-545. DOI :10.1038/nature02449 . ISSN 0028-0836 . Проверено 2010-02-22.
17. Superconductivity in Polycrystalline Diamond Thin Films