Неограненный алмаз – твердый минерал природного происхождения, без огранки и полировки, неказистого вида и с полным отсутствием блеска. Только полная и тщательная алмазная обработка делает его дорогостоящим бриллиантом. Понять причину высокой стоимости кристаллов поможет ответ на вопрос: как и чем обрабатывают алмазы.
О характеристиках
Вид камней зависит от порядка построения атомов, кристаллическая решетка которых выглядит как куб с четырьмя атомами углерода в центральной части и по одному на каждой вершине. Необработанные алмазы очень прочны, что обусловлено их специфическим строением. Помимо чистого углерода в составе могут присутствовать железо, магний, кальций в незначительном количестве.
Алмазы без огранки различаются по:
- плотности;
- цвету;
- назначению — технические и ювелирные;
- физико-химическим свойствам;
- размерам, в зависимости от массы — бывают мелкими, крупными, средними.
Неограненный, необработанный алмаз имеет различные формы, но чаще похож на восьмигранник, куб, двенадцатигранник, в том числе ромбический. Встречаются кубические экземпляры, среди которых редко попадаются вызывающие ювелирный интерес. Некоторые добытые алмазы и вовсе напоминают бесформенные глыбы.
Цветовая гамма камня разнообразна. Преимущественно попадаются бесцветные и желтоватые минералы, изредка красные, розоватые, коричневатые, сероватые, голубые, черные и даже синие. Редко в природе встречаются зеленые экземпляры. Отличием кристаллов друг от друга являются не только цвет или форма, но и степень прозрачности.
Оттенки зависят от того, какие включения и примеси содержит камень, полученного им в природных условиях радиационного облучения и структурных особенностей. Большая часть минералов окрашена неравномерно, например, один цветной слой или несколько оттенков.
Твердость алмазов получила наивысшую, десятибалльную оценку по шкале Мооса после сравнения с другими минералами. Их название в переводе с греческого звучит как «неуязвимый». Правители Древней Греции считали камни символом могущества.
Алмаз — это аллотроп углерода
Сам по себе углерод есть углерод. Элемент с атомным номером 6 и неметалл.
Но когда углерод связывается с другими атомами углерода, он может создавать множество структур, каждая из которых обладает уникальным набором свойств. Эти разные формы называются аллотропами.
Аллотропы — это особенность неметаллических элементов, таких как углерод, кремний и фосфор (который имеет целых 6 аллотропов).
У углерода есть множество аллотропов. Это связано с его валентностью. У углерода есть четыре доступных электрона, которыми он может поделиться с другими элементами для создания соединений. Эта валентность дает ему уникальную гибкость, позволяющую образовывать различные структуры при соединении с другими атомами углерода.
Алмаз имеет октаэдрическую структуру, в которой каждый отдельный атом углерода присоединяется к четырем другим атомам углерода, образуя своего рода трехстороннюю пирамидальную структуру.
Обратите внимание, как самые верхние углеродные связи в алмазе выглядят как трехсторонняя пирамида.
Другие углеродные аллотропы образуют листы (графит и графен), сферы (бакминстерфуллерен) и даже некоторые странные наноструктуры.
Особенности камней
Каждый камушек имеет свои особенности, именуемые «включениями». Именно они придают ему уникальность и несхожесть с себе подобными.
Включением считается:
- наличие пустот внутри;
- вкраплений посторонних веществ;
- трещинок.
Многих людей интересует вопрос о том, чем обрабатывают алмазы. Камни настолько прочны, что разрезать их можно только при помощи таких же камней. Алмаз называют самым твердым, но и одновременно хрупким минералом природного происхождения. Он с легкостью разбивается при падении. Его можно поджечь, используя обыкновенную увеличительную лупу. Температура возгорания составляет 700°С и выше.
Сильные кислоты не способны навредить минералу и ухудшить его вид, структуру, цвет. Окисляющее воздействие оказывают на алмазы сода и селитра, а точнее – их щелочные растворы.
Самоцвет обладает люминесцентными свойствами, что превращает его в индикатор, определяющий наличие радиоактивных частиц. Их присутствие выдают электрические импульсы и световые вспышки.
Краткая характеристика: алмаз, графит и уголь
Кристаллические решетки графита не имеют прочных связей, они представляют собой отдельные чешуйки и как бы скользят друг по другу, легко отделяясь от общей массы. Графит часто используют в качестве смазки для трущихся поверхностей.
Уголь состоит из мельчайших частиц графита и таких же малых частиц углерода, находящегося в соединении с водородом, кислородом, азотом.
Кристаллическая решетка алмаза жесткая, компактная, обладает высокой твердостью. Тысячелетиями люди даже не подозревали, что эти три вещества имеют что-то общее. Все это — открытия более позднего времени.
Графит серый, мягкий, жирный на ощупь совсем не похож на черный уголь. Внешне он скорее напоминает металл. Алмаз — сверхтвердый, прозрачный, сверкающий, по внешнему виду совсем отличен от графита и угля, (подробнее: Как используют минералы). Никаких признаков их родства не давала и природа. Месторождения угля никогда не соседствовали с графитом.
В их залежах никогда геологи не обнаруживали сверкающих кристаллов алмаза. Но время не стоит на месте. В конце XVII века флорентийским ученым удалось сжечь алмаз. После этого не осталось даже крохотной кучки золы. Английский химик Теннант через 100 лет после этого установил, что при сжигании одинаковых количеств графита, угля, и алмаза образуется одинаковое количество углекислого газа. Этот опыт открыл истину.
Немного о добыче
Добывают алмазы в России, на территории Конго, ЮАР, Намибии. Небольшие месторождения есть в Канаде, Австралии, Анголе, Ботсване. Алмазная разработка – дорогостоящий и требующий сил процесс. До середины прошлого века местом поиска самоцветов преимущественно были вторичные месторождения, образование которых произошло вследствие разрушения горных пород. Процесс выглядел, как добыча золота: песок из реки при помощи лопат помещался в сито и просеивался, а затем промывался.
Самые объемные запасы будущих бриллиантов кроются в первичных породах, называемых «кимберлитовыми трубками».
Подготовка к добыче осуществляется двумя этапами:
- Образование 600-метрового углубления при помощи взрывчатки.
- Прокладывание шахт.
Руду, добытую из земных недр, доставляют на фабрики для измельчения и промывки. Чтобы получить один карат кристаллов, порой приходится переработать до сотни тонн породы. Затем происходит выбраковка с целью выбора определенного типа алмазов при помощи воды и рентгеновских лучей, после которой камни передаются в руки огранщиков.
Месторождение драгоценного минерала
В древние века алмазы добывались вручную в земле или речных отложениях.
Согласно легенде, для добычи самоцветов из глубоких расщелин использовали птиц. Для этого в ущелья бросали куски мяса, за которыми охотились орлы. Камни прилипали к кускам, потом их люди отбирали у птиц или искали в помете. Таким способом им удавалось найти даже крупные самородки.
Обязательно посмотрите: Происхождение, свойства и совместимость аквамарина
В середине 19 века были открыты кимберлитовые трубки – это трубообразные каналы в земной коре, которые образовались при прорыве магмы. Они являются частью древних вулканов, наземная часть которых разрушена. Это углубление заполнено магматической горной породой, содержащей алмазы. Как утверждают специалисты, около 90% всех запасов самоцветов в природе содержат кимберлитовые трубки. Они получили свой название от поселка Кимберли (Южная Африка), где впервые нашли такую расщелину и кристаллы в ней.
Основные центры добычи алмазов находятся в РФ (Республика Саха), Южной Африке (Намибия, Ботсвана, Ангола), Бразилии (штат Минас-Жерайс, Баия). Также найти самоцветы можно в Австралии, США, Канаде, Казахстане. Индийские алмазные шахты практически исчерпали себя.
На мировом рынке алмазов лидируют 3 крупнейшие в ЮАР, «АЛРОСА» в РФ, «Rio Tinto Group» в Бразилии.
Качество и формы
По данным статистики всего 20-25% добываемого в мире сырья используется ювелирами. Лишь высококачественные неорганенные алмазы, имеющие безупречный цвет и чистоту, становятся частью драгоценных украшений.
Кристаллы с явными дефектами, вкраплениями или посторонними примесями считаются «техническими». Низкие по качеству и некрасивые по цвету камушки нужны в промышленности. В этой же категории оказываются самоцветы неправильных форм, чересчур маленьких размеров. Их используют для изготовления алмазной пыли, то есть измельчают.
Известно, что бриллиант – это обработанный алмаз. Его конечная форма зависит от натуральной, приобретенной в природе. Неограненные алмазы выглядят тусклыми, непривлекательными. Ограночный процесс делает его искристым, гладким, дорогим. Подробнее о разнице между алмазом и бриллиантом →
Без обработки минерал особой ценностью не обладает, и просят за него не более сотни долларов. Зато бриллиант, изготовленный из алмаза, стоит в 4-10 раз выше.
На стоимость также влияет вид огранки, которая бывает:
- круглой;
- фантазийной.
Продолговатый до обработки алмаз приобретает формы, которые называются:
- маркиз;
- капля/груша;
- овал;
- сердце.
Камни, чей натуральный вид имел почти идеальные очертания, получает одну из следующих форм:
- изумруд;
- ашер;
- радиант;
- принцесса.
Обработка алмазов в круглые бриллианты является трудоемким процессом, требующим строжайшего соблюдения пропорций. Это обуславливает высокую стоимость круглого изделия. Подробнее о том, сколько граней у бриллианта →
Магические свойства
Алмаз обладает выдающимися волшебными способностями. Украшения с камнем очищают ауру, придает жизненных сил. Этот минерал любит великодушных, ярких, достойных людей. Он усиливает хорошие качества владельца и наказывает его за плохие. Поэтому камень подходит людям, у которых чистая душа. Алмазные изделия помогают построить личную жизнь, а также блестящую карьеру.
С давних времен бриллиант использовали, как амулет, ведь он оберегал от магического влияния. Египтяне считали, что самоцвет может защитить владельца от действия ядовитых веществ.
Современные люди носят кольцо или браслет с алмазом на левой руке, чтобы привлечь к себе истинную любовь. Для проведения различных ритуалов используют камни желтого оттенка. Белый кристалл является сильным оберегом от черной магии. Чтобы бизнес процветал, нужно носить украшение с алмазом в золотой оправе.
Как алмазы становятся бриллиантами
Обрабатываемые самоцветы изначально должны иметь хорошие размеры. Будущий бриллиант, то есть алмаз без огранки, весит на 40-60% больше, чем после окончания работ по его созданию.
Люди давно научились работать с драгоценными камнями, но упрямый кристалл поддался им лишь в XV веке. Обработка алмазов во все времена была кропотливым делом, требующим прохождения нескольких этапов, во время которых были испробованы многочисленные способы работ.
Алмаз неограненный:
- шлифовался трением одного камня о другой;
- молотом превращался в крошку, используемую для покрытия металлических дисков;
- распиливался;
- приобретал грани и плоскости в определенном количестве.
Итак, почему алмазы не превращаются в графит?
Итак, если есть более стабильная форма, почему не все алмазы превратились в графит? По двум причинам.
Во-первых, алмаз устойчив в условиях, существующих на Земле. Кроме того, графит всего на несколько электронвольт стабильнее алмаза (на Земле). Разница в устойчивости алмаза и графита на Земле не так уж и велика.
Во-вторых, для преобразования алмаза в графит требуется большая энергия.
Другими словами, энергия, необходимая для того, чтобы вывести алмаз из колодца на дно долины, где он превратится в графит, очень велика.
Химики и геологи пытались превратить алмаз в графит. Они обнаружили, что при сжатии алмаза индентором (в основном острым предметом, которым можно протыкать алмаз) поверхность алмаза, контактирующая с индентором, превращается в графит.
Если сжимать бриллиант — не ваш стиль, то ученые также обнаружили, что низкое давление и очень высокие температуры (от 1500 до 1900 градусов Цельсия и более) будут работать. Добавьте железо в смесь, и это ускорит процесс (называемый графитизацией).
Алмазы тоже имеют свою слабость
Однако не подвергайте алмазы воздействию высоких давлений, если вы хотите превратить его в графит. Алмазы более стабильны при высоком давлении, чем графит, именно поэтому они образуются в мантии Земли (и даже иногда на астероидах). Однако при определенных условиях алмазы могут превращаться в графит даже под высоким давлением.
Методы обработки алмазов
Вопрос о том, как делают бриллианты, имеет два ответа: вручную и при помощи лазера.
Как из алмаза делают бриллиант вручную:
- Раскалывание. По линиям, которые были сделаны специалистом при осмотре, на помещенном в держатель камне таким же минералом делаются небольшие надрезы. После происходит раскол ударом.
- Распиливание. На этом этапе камень крепят при помощи известняка или гипса к медной головке, которую зажимают в специальном режущем инструменте. Для распила используется тоненький диск, смазанный маслом, смешанным с алмазным порошком. Скорость процесса составляет примерно 1 мм/час.
- Придание округлости. Минерал становится круглым, что делает его похожим на бриллиант. Обработка проводится при помощи другого камня.
- Огранка. Кристалл фиксируется в захвате машины для шлифования, квадранте, так, чтобы получился точный угол по отношению к шлифовальному диску для нанесения фацет. Диски, обычно стальные, смазываются специальной пастой или маслом, смешанным с алмазным порошком.
Технологии постоянно совершенствуются, на смену старым приходят новые. Поэтому некоторые алмазы становятся ограненными благодаря лазеру.
При выборе этого способа каждый этап формирования будущего бриллианта происходит с использованием лазерных установок. Кристалл, причисленный к разряду ювелирных, оценивается специалистом, определяющим метод обработки. Нанесение линий распила происходит при помощи лазера. Затем наступаете черед разрезания и огранки, естественно, лазером.
Лазерная обработка позволяет придавать камням нужные формы без учета их направления при закреплении. Отрицательным моментом становится значительные потери алмазной массы, чего не происходит при обработке вручную. О весе бриллианта →
Несмотря на попытку облегчить работу с драгоценными камнями, создать из них шедевр сможет лишь талантливый мастер и только собственноручно. Обычно с одним камнем работает сразу несколько человек. Каждый из них занимается определенным этапом, а над приданием формы алмазу трудятся вдвоем.
Твёрд, блестящ и почти вечен
Мы любили и любим слово «самый». Самый быстрый, самый умный… Если же спросить, что самое твёрдое, скорее всего, получим ответ: алмаз. Этот ответ почти точен. А почему алмаз ещё самый блестящий? И заодно, действительно ли он самый-самый?.. Об этом и пойдёт речь.
Вырезание бриллианта из природного кристалла и ход лучей. Рисунк: Зоя Флоринская.
Фото: Kiyoshi Takahase Segundo / Фотобанк Лори / PantherMedia.
Эволюция огранки. Рисунк: Зоя Флоринская.
Названия граней. Рисунк: Зоя Флоринская.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Банкнота ЮАР 10 рэндов. Африканский белый носорог. Алмаз в огранке. Фото Евгения Мухортова / Фотобанк Лори.
‹
›
Блестящие камешки находили на территории современной Индии ещё семь тысячелетий тому назад. Людей поражали их блеск, твёрдость, иногда — прозрачность (до изобретения стекла было далеко). Название минерала происходит от древнегреческого «адамас» — нерушимый. С древних времён бриллианты — огранённые алмазы — были символом богатства и власти, ими украшали скипетры и короны, статуи и одежды священников.
В древности алмазу приписывали невероятные свойства — не удержался от фантастических вымыслов и Плиний Старший, давший первое подробное описание алмаза. В работе «Естественная история ископаемых тел» он писал, что алмаз нейтрализует действие яда и освобождает от пустых страхов. Бытовало также поверье, что алмаз можно растворить в свежей козлиной крови. Считалось, если между молотом и наковальней положить кристаллик алмаза, то скорее инструменты разлетятся вдребезги, но «царь камней» останется нерушимым. Таким безграмотным тестом было уничтожено немало хороших камней, потому что твёрдость и ударопрочность — свойства разные.
Среди всех найденных алмазов, а общий их вес к настоящему времени исчисляется десятками тонн, правильные прозрачные и бесцветные многогранники редки. Чаще всего крупный алмаз неправильной формы мало чем отличается от булыжника. Именно так выглядел самый большой из найденных когда-либо алмазов — «Куллинан». Его обнаружили 26 января 1905 года в Южной Африке в руднике «Премьер» и назвали по имени президента компании сэра Томаса Куллинана. Камень размером с кулак весил более 600 граммов, причём, судя по форме, он был когда-то частью более крупного образования. Когда его доставили королю Великобритании Эдуарду VII, тот признался: «Попадись этот камень мне, я бы презрительно отшвырнул его ногой». Вне рудника «Куллинан» прожил лишь три года — чудо природы раскололи и распилили, чтобы изготовить 9 больших бриллиантов и 95 поменьше.
Необработанный алмаз, даже правильной формы, действительно выглядит невзрачно: просто очень блестящая стекляшка. Только огранка превращает его в «царя камней». Но процесс этот весьма труден из-за твёрдости камня. Механически «взять» его способен только другой алмаз, причём обработка может длиться неделями и месяцами. Вероятно, впервые начали обрабатывать природные алмазы в Древней Индии. Но делали это весьма примитивно: вплоть до XV века всё сводилось к лёгкой шлифовке и полировке природных граней, чтобы они лучше блестели. В Европе — при французском и английском дворах — октаэдрические кристаллы называли алмазными наконечниками, и они действительно иногда напоминали наконечник копья. Представьте себе две маленькие четырёхгранные пирамидки, сложенные основаниями, — это и будет октаэдр.
От алмаза к бриллианту
Постепенно мастера научились придавать алмазам различную форму, иногда совершенно фантастическую. Но поначалу они не подозревали, какие чудеса скрываются в камешках — красота алмаза выявляется лишь при правильной огранке. Медленно, веками, мастера ощупью шли к тому, чтобы научиться проявлять уникальные свойства алмазов. Опыт накапливался при обработке не столь твёрдых минералов — рубинов, изумрудов, топазов. В XIII—XIV веках в Европе появились шлифовальные мельницы — большие каменные шлифовальные диски вращались при помощи водяного привода. Важным шагом вперёд стало применение для шлифовки тончайшего алмазного порошка. Его вдавливали в металлический диск — получался шлифовальный круг, и это позволило существенно увеличить производительность труда.
Считается, что первый бриллиант был изготовлен в Париже в начале XVII века. И несколько десятилетий город оставался главным мировым центром по обработке алмазов. Но постепенно он уступил пальму первенства Антверпену и Амстердаму. В середине XIX века в Амстердаме в пяти мастерских уже работало 540 шлифовальных машин с паровыми двигателями. В ХХ веке тысячи рабочих гранили алмазы также на предприятиях Германии, а после войны — в Израиле, Индии и (в меньших масштабах) в США и ЮАР. Однако по сей день у ювелиров сохранились французские термины: «павильон» (фр. «шатёр») — нижняя часть камня, «колета» (фр. «воротник») — остриё или небольшая площадка внизу; «фасет» или «фацет» (фр. «грань») — скошенная часть острого ребра или кромки; да и само слово «бриллиант» происходит от французского «блестящий».
Способов огранки алмазов разработано множество. В начале XV века началось изготовление так называемых толстых алмазных таблиц— у октаэдра спиливали одну из вершин до образования широкой грани квадратной формы и немного притупляли противоположную нижнюю вершину — колету. Позже начали делать «тонкие камни» — у октаэдра сильно спиливали две противоположные вершины.
Но настоящий бриллиант из алмаза получился, только когда мастера применили фасетную огранку. Она заключалась в нанесении на кристалл симметричных мелких граней — фасеток. Вначале на верхнюю и нижнюю части «толстого камня» наносили по восемь граней (у ювелиров такая огранка называется простой или ординарной). Дальнейшее усложнение огранки привело к нанесению дополнительных 36 граней — по 18 сверху и снизу. Это так называемая двойная огранка, или «огранка Мазарини» (по имени кардинала Жюля Мазарини, который сам алмазы не гранил, но собрал богатую коллекцию, завещал её французской короне). Дальше — больше: в конце XVII века появилась тройная «огранка Перуцци» (по имени венецианца Винченцо Перуцци) — с 58 фасетами.
Со временем получили распространение другие типы огранки: множество мелких треугольных фасетов у старинной индийской розы, у полной голландской розы — 24 треугольных фасета; у полуголландской — 16 фасетов, у двойной голландской — 36, а у более простой антверпенской — 12. Более сложная огранка у крестовой розы: 16 из 24 граней у неё четырёхугольные, остальные — треугольные.
Общее у всех перечисленных «роз» — плоское основание, над которым возвышается блестящий «шатёр».
В XIX веке самой распространённой была так называемая старая бриллиантовая огранка, которая просуществовала до 1910 года. Она вплотную приблизилась к той, которую можно считать современной, — её называют также «полным круглым бриллиантом». В ней немного изменены углы между фасетами, а тонкий поясок (рундист), разделяющий верхнюю и нижнюю части камня, сделан идеально круглым; уменьшена высота верхней части камня — коронки, на которой имеется не менее 32 фасетов, тогда как на нижней части — павильоне — их должно быть не менее 24.
Сейчас в основном используют огранки трёх очень близких видов. «Американский бриллиант» теоретически рассчитал Марсель Толковский в 1919 году, и такая огранка принята в США и Великобритании. «Практический бриллиант» Вернера Эпплера разработан в 1939 году, огранка принята в ФРГ, России и в странах СНГ. Название связано с тем, что для определения оптимальных углов наклона фасетов вместо теоретических расчётов были произведены массовые обмеры наиболее красивых бриллиантов, изготовленных в разное время разными мастерами и обладавших максимальной световой игрой.
Наконец, «стандартный скандинавский бриллиант», принятый в странах Северной Европы, разработан в 1968 году. Его пропорции и углы, как и у бриллианта Эпплера, не рассчитаны, а найдены эмпирически, путём обмера наиболее эффектных бриллиантов.
Насколько отличаются эти три типа огранки? Углы наклона фасеток коронки и павильона относительно верхней площадки (таблицы) и нижней колеты составляют 34о25′ и 40о46’для бриллианта Толковского; 33о12′ и 40о48′ для бриллианта Эпплера; 34о30′ и 40о45′ для скандинавского бриллианта. Чтобы наглядно представить себе такую точность установки шлифовального диска, надо учитывать, что для окружности диаметром 10 см перемещение края диска на 1 минуту (1′) составляет 0,015 мм, 15 микрон, треть толщины волоса.
Огранка зависит от оптических свойств алмаза, конкретно — от коэффициента преломления. А он зависит от примесей, которые в алмазе всегда есть; от них же зависят, кстати, и другие свойства, например цвет и электропроводность. Набор образцов бриллиантов, который использовался для определения оптимальной огранки (непосредственно или через вычисление среднего коэффициента преломления), был разным у разных авторов. И поэтому полученные результаты чуть-чуть, но различались.
Кроме основных типов огранки существует множество других, которые применяют к наиболее крупным камням. Так, огранка «Хайлайт» имеет 73 фасетки, «звезда Кэра» — 74, «юбилейная» — 88, «магна» — 102, а разработанная в 1965 году огранка «принцесс-144» — аж 146. Но если вы покупаете колечко с небольшим бриллиантиком, то на нём, скорее всего, будет огранка «восьмёркой» — по восемь фасеток в коронке и павильоне, а всего, включая таблицу и колету, 18 граней.
К чему же стремились ювелиры и математики, точно, до сотых долей градуса, рассчитывая углы наклона граней, выверяя высоту коронки и павильона, определяя толщину рундиста? Все преследовали одну задачу — максимально выявить «внутренние ресурсы» камня. А это значит — сделать как можно более яркой (при минимальной потере веса природного кристалла) игру световых бликов. Причём последний фактор часто «перевешивает» неизбежную потерю массы, которая при огранке может составлять больше двух третей исходного камня (!). Более того, владельцы старых камней нередко отдают их ювелирам для переогранки, несмотря на потерю 30—35% массы.
«Чтобы дороже во сто раз…»
Классическая технология обработки алмаза такова. Сначала все алмазы просматриваются для определения способа обработки и вида огранки. Потом данный алмаз раскалывают (если надо), распиливают, далее следуют обточка, огранка, шлифовка и полировка. Если у алмаза есть какой-либо дефект (трещина, тёмное пятно), то или ведут распиловку по дефектному месту, или стараются выделить участок с дефектом в меньший кристалл, чтобы из оставшейся части получить высококачественный бриллиант. Распиловку осуществляют тонкими дисками из бронзы (сплава меди и олова), в поверхность которой вдавлена алмазная пудра. Толщина дисков — 50—90 мкм, частота вращения — 3—15 тыс. об/мин. Алмазы разрезают в направлении наименьшей твёрдости кристалла (в направлении наибольшей твёрдости алмаз почти не поддаётся обработке). Потом начинается обточка. Потери при этой операции составляют 15—25%; но отходы используют для изготовления алмазных порошков. Затем начинается огранка камней, далее — полировка (она ведётся чугунными дисками, в поверхность которых тоже вдавлен алмазный порошок). Частота вращения ограночного диска — 2500—2800 об/мин, с каждой стадией порошок делается мельче, при окончательном полировании размеры частиц уменьшаются до 3—10 мкм.
Огранка и полировка — наиболее трудоёмкие операции. Так, например, на предприятиях бельгийской из 120 рабочих один занимается раскалыванием алмазов, шесть — обточкой, остальные — огранкой, шлифовкой и полировкой. Естественно, что технологические процессы совершенствуются, для огранки созданы полуавтоматические станки. Кроме того, разрабатываются другие методы обработки алмаза, причём нескольких типов. Во-первых, связанные с химическими реакциями, так как алмаз реагирует с некоторыми веществами при повышенных температурах — даже с приличной скоростью. Во-вторых, углерод диффундирует в металлы, в некоторые особенно охотно (например, в железо и при повышенной температуре). Поэтому, если прижать к алмазу железо и нагреть, углерод с поверхности алмаза будет уходить в металл. В-третьих, алмаз можно обрабатывать в вакууме — потоком ускоренных ионов, которые распыляют поверхность. Наконец, алмаз можно обрабатывать лазерным лучом — который, в зависимости от среды, нагревает его до окисления или испаряет.
Однако ради чего все эти ухищрения?
«Разноцветные зарницы»
Конечно, сначала алмаз привлёк внимание как украшение. Правильно огранённый алмаз, то есть бриллиант, разделяет падающий на него свет на множество отдельных лучей. Чем выше коэффициент преломления света, тем более сложной может быть (для достижения максимального эффекта) огранка. Для алмаза он равен примерно 2,4; веществ с бóльшим преломлением совсем мало, и не все они достаточно прозрачны. То есть конкурентов по этому параметру у алмаза практически нет.
Тем более, что важно ещё одно оптическое свойство — дисперсия, когда в одном и том же веществе свет разного цвета имеет разный показатель преломления. Радуга и цветные «зайчики» на стене при попадании солнечного света на кромки зеркал и прочих стёкол — результат дисперсии. Количественно её определяют разностью между показателем преломления для фиолетовых и красных лучей. И чем эта разность больше, тем шире будет радужная полоска, тем сильнее кристалл при малейшем повороте будет переливаться. У алмаза эта величина составляет 0,044; веществ с большей дисперсией, опять же, совсем мало. Более того, у веществ с бóльшим преломлением обычно низкая дисперсия, а у веществ с высокой дисперсией низкое преломление. Поэтому алмаз, не являясь абсолютным рекордсменом ни по одному из этих параметров, побеждает в «многоборье». Более или менее приближаются по свойствам к алмазу муассанит SiC и фианит — ZrO2 c добавкой оксидов Hf, Mn, Ca, Y, и их действительно используют как дешёвые имитации алмаза.
Украшения обычно рассматривают в отражённом свете, поэтому грани бриллианта должны располагаться так, чтобы полностью отразить как можно больше падающего на камень света. У правильно огранённого бриллианта луч света, попадая на верхнюю площадку и фасеты коронки, проходит внутрь кристалла, полностью отражается от фасетов павильона, проделывает обратный путь и выходит через коронку — желательно через её наклонные грани. Если на такой бриллиант посмотреть на просвет, обратив таблицу (верхнюю площадку) к источнику света, то он будет совершенно тёмным, так как весь падающий на него свет выйдет в обратном направлении. Проходя свой путь внутри бриллианта, преломляясь на его внешних и внутренних гранях и отражаясь от них, свет разлагается на цветовую гамму, что и даёт ту красивую радужную игру, которая характерна для алмаза. К ней добавляется простое отражение от верхних граней — даёт так называемый алмазный блеск. А нижние грани при полном внутреннем отражении лучей кажутся как бы посеребрёнными и отливают металлическим блеском. Всё это и создаёт ту неповторимую «игру» света, тот «огонь», который и делает алмаз бриллиантом. Как писал знаток камней, президент британской геммологической ассоциации Герберт Смит, при малейшем движении огранённого алмаза «беспрестанно меняющиеся оттенки привлекают взгляд: сначала — бриллиантовое сверкание чистейшего белого цвета и тотчас же лазурно-голубой блеск, переходящий из воскового в изысканно-оранжевый и затухающий в малиновом мерцании…».
«Хранитель вечной чистоты…»
Для науки и техники лазурно-голубой и изысканно-оранжевый цвета — не самое главное. В технике алмаз использовался давно и широко — уж если можно алмазным порошком шлифовать и полировать сам алмаз, то тем более можно всё остальное. И действительно, алмазные порошки использовались для обработки всего на свете, а кристаллики алмаза — для резки, например, стекла. Использовались столь широко, что название «алмаз» закрепилось за инструментом для резки стекла и применялось даже тогда, когда режущим элементом стал не алмаз, а другой (но тоже весьма твёрдый) материал. Особо широко алмаз поначалу применяться не мог — всё-таки он был дорог, как и отходы от огранки бриллиантов. Но со временем люди освоили синтез алмазов при высоких давлениях и температурах, а ещё позже научились напылять алмазные плёнки на поверхность инструмента, увеличивая тем самым его износостойкость.
Ещё одно качество алмаза, к которому сейчас подбирается человек, — высокая теплопроводность (она в несколько раз больше, чем у меди). Для полупроводниковой техники это очень важно, поскольку работа полупроводниковых схем сопровождается выделением тепла. Если его не отводить, то температура начнёт расти и прибор выйдет из строя. Чтобы отводить тепло, его надо «протащить» через объём прибора и подложку, которая отделяет сам прибор от потока теплоносителя (воздуха или воды). Причём эта подложка должна быть электроизолятором, — а это печально, потому что изоляторы, как правило, плохо проводят тепло. Так вот, алмаз одновременно выполняет роль изолятора и при этом прекрасно проводит тепло. Возникает вопрос: а нельзя ли и сами приборы делать из алмаза? Очень даже можно. Но для этого нужно научиться выращивать алмазы, которые были бы не изоляторами, а полупроводниками, причём обоих типов — p-типа и n-типа. В принципе эта задача решаема, то есть известно, что её решить можно. Более того, вроде бы уже существует образец p-n-перехода. Возможно, что мы наблюдаем зарождение нового направления в полупроводниковой технике. И не только в ней — в мощной вакуумной электронике алмаз тоже найдёт своё применение. А мощные вакуумные приборы — это и радиолокация, и дальняя связь, и токамак…
В науке используется высокая прочность на сжатие: из алмаза делать «наковальни» — те самые элементы установки, через которые на объект передаётся сверхвысокое — в миллионы атмосфер — давление. До того все исследования в области высоких давлений «упирались» в эти «наковальни», — а это путь и к гипотетическому металлическому водороду, и ещё много к чему!
Вправду ли вечны?
Геологов всегда интересовал вопрос, насколько стар алмаз. Радиоуглеродный метод, разработанный Уиллардом Либби в середине прошлого века, ничего не мог дать: у изотопа углерода С-14 период полураспада 5730 лет, то есть за миллион лет от него не останется ни одного атома. И вот сравнительно недавно американским геохимикам повезло: в их распоряжении оказались южноафриканские алмазы, в которых были включения граната — красивые мелкие кристаллики. Вообще, гранат — собирательное название группы силикатов сложного состава, в которую входят полтора десятка индивидуальных минералов (среди известных — гроссуляр, пироп, уваровит). Кроме кремния и кислорода они содержат ионы Ca, Fe, Mg, Mn, Al, Cr, Ti, V, Zr. Всё это мало помогло бы определению возраста минерала, но, к счастью, в нём оказались небольшие примеси самария. Этот редкоземельный элемент представлен в природе семью стабильными изотопами, из которых два на самом деле чуть-чуть радиоактивны, но имеют гигантские периоды полураспада: 106 миллиардов лет у самария-147 (его в земной коре около 15%) и 7 квадриллионов лет у самария-148 (его — 11%). Второй изотоп малополезен из-за слишком большого времени жизни, а вот первый оказался тем, что надо. Медленно распадаясь, он превращается в неодим-143. По количеству этого неодима, зная скорость его образования, можно определить возраст образца, то есть время, когда в него попал самарий и начал (вернее, продолжил) потихоньку распадаться. Например, очевидно, что за 106 миллиардов лет число атомов неодима-143 и самария-147 сравняются. Оказалось, что неодима накопилось в гранате не так много. Это означает, что самарий попал в гранат 3,2—3,4 миллиарда лет назад; некоторая неопределённость связана с неточностью определения ничтожных следов самария-147 и ещё более ничтожных количеств неодима-143. И если Земле сейчас стукнуло где-то 4,6 млрд лет, то алмаз — во всяком случае, этот образец — ненамного её моложе.
А можно ли считать это вечностью — решать нам. Но вот то, что в ближайшие десятилетия наука и техника будут все шире использовать алмаз, — это точно.
Кстати, насчёт «самый твёрдый». По этому поводу уже появились сомнения: некоторые группы исследователей утверждают, что на основе фуллеренов (опять углерод!) можно сделать материал твёрже алмаза. Другие пишут, что это невозможно. Не исключено, что верно не то и не это — просто нужно уточнять понятие «твёрдость». Впрочем, в науке постоянно приходится время от времени уточнять определения.
О подделках
Попытки создать искусственный алмаз начались в 1797 году, но увенчались они успехом лишь в 1956. За десятилетия технологии настолько усовершенствовались, что отличить искусственный камень от оригинального бывает непросто. Некоторые имитации бриллиантов выполнены настолько великолепно, что отыскать отличия между ними и подлинником могут лишь те, кто знает, как выглядит настоящий бриллиант.
Наиболее распространенная «подделка» называется фианит. Вторым камнем, имитирующим кристалл природного происхождения, является муассанит, отличить который может лишь тот, кто знает, как проверить его подлинность. Третий вариант — asha. Сияние ему придает слой углеродных атомов, то есть то, из чего состоит настоящий камень, что делает определение «на глаз» трудновыполнимой задачей.
Выращивание искусственных алмазов с использованием высоких температур и давления, изобретенное в 1950 годах, позволяет получить практически натуральные кристаллы. Это объясняется тем, что природные камни появляются в схожих условиях, но в течение более длительного периода.
Камешки, не успевшие пройти полный цикл роста при попадании на земную поверхность, требуют дополнительного воздействия температур и давления в лабораторных условиях. Это позволяет им стать полноценными алмазами, чуточку «доработанными» человеком. После дополнительных процедур они становятся полностью готовыми к превращению в бриллиант.
Как отличить подделку и приобрести натуральный камень
Копий у бриллиантов больше, чем у других драгоценных камней. Отличить алмаз от фианита или простой стекляшки можно такими способами:
- Посмотрите через кристалл на солнце. Сквозь природный камень можно увидеть только яркую точку, а имитация пропускает свет полностью.
- Опустите бриллиант в воду: настоящий бриллиант будет сверкать, а стеклянная подделка – нет.
- Смочите кристалл в воде, а потом проведите по его поверхности алюминиевой палочкой. На фальсификате останется серебристая полоска, от которой будет тяжело избавится, а на оригинале не останется следов.
Отличить природный бриллиант от синтетического очень тяжело, так как технологии создания искусственных камней постоянно совершенствуются. Первое, что должно насторожить покупателя – это низкая цена.
Дать 100% гарантию подлинности алмаза может только геммолог (профессиональный оценщик драгоценных камней). С помощью вышеописанных советов можно определить только имитацию низкого качества.
Проверка подлинности
Порой возникает вопрос о том, как проверить алмаз на подлинность. Ведь его высокая стоимость является отличным поводом создания подделок и разнообразных имитаций, выдаваемых за настоящий кристалл. Сделать это можно с помощью специалиста или самостоятельно, в домашних условиях.
Как определить подлинность алмаза:
- По рудинисту — узкой границе, делящей ограненный кристалл на верхнюю и нижнюю части. Она должна быть матовой. Прозрачность говорит об искусственном происхождении.
- Твердость. Настоящий алмаз оставляет на стеклянных поверхностях следы. Другие минералы, такие как сапфиры и рубины, он также царапает. Исключением в данном методе является лишь муассанит, имеющий аналогичную бриллианту твердость.
- Блеск и преломление света. Настоящий бриллиант блестит, но не настолько сильно, как муассанит. От фианта и циркона натуральный кристалл отличается показателем преломления света: положив камни на печатный текст, например, страницу книги, увидеть буквы сквозь подлинник не получится.
- Дефекты и включения. Они есть в настоящих камнях и отсутствуют в подделках, но это ни в коем случае не трещины на поверхности, царапины или сколы. Что такое чистота бриллианта →
- Рассеивание света и ультрафиолет. Луч света, направленный сквозь подделку, останется таким же интенсивным. Настоящий бриллиант светится в ультрафиолете.
- Рисунок маркером. Линия, нарисованная фломастером или маркером по поверхности драгоценного камня, будет четкой и ровной, тогда как на подделке − расплывчатой.
- Воздействие кислот. Опущенный в кислотный раствор настоящий бриллиант перенесет испытание с достоинством, выйдя из него невредимым.
- Нестираемость. Настоящий камень сложно стереть, потому придется осмотреть грани камешка, вызвавшего сомнения. Если они сглажены и кажутся стертыми — это подделка.
Алмаз справедливо заслуживает звания уникального и незаменимого в промышленности камня. В разные времена он использовался с разнообразными целями, но, лишь получив ювелирный интерес, стал по-настоящему дорогим. Его стоимость зависит от способа обработки, формы и переменчивости моды, но спрос всегда остается высоким и вряд ли когда-то изменится.
Графит, а не алмаз, является наиболее стабильным аллотропом углерода.
Хотя тетраэдрическая структура алмаза делает его самым твердым веществом, известным человечеству, это не самая стабильная форма углерода.
Этот титул принадлежит графиту.
Понимаете, алмаз — это метастабильная структура углерода. Метастабильный в химии означает, что структура более или менее стабильна при определенных условиях, но есть еще более стабильное состояние.
Распространенная аналогия — представить мяч, катящийся по долине. Самым стабильным местом для мяча будет дно долины (как видно из более глубокой долины на картинке ниже).
Теперь представьте, что мяч застревает в лунке меньшего размера (меньшей долине, в которой можно увидеть мяч).
Шар устойчив в меньшем колодце, но поскольку колодец находится выше по сравнению с дном долины, это не самое стабильное его состояние. Но мяч останется там, если не будет проведена работа по вытаскиванию мяча из колодца на дно долины.
Представление о стабильности химических веществ.
Наш алмаз похож на шар в колодце, а графит — на шар у подножия холма.
С точки зрения химии, алмаз кинетически стабилен, потому что он находится в ловушке в колодце, тогда как он термодинамически нестабилен, потому что существует более стабильная форма графита, в которую он может превратиться при правильных условиях.
