Небольшой экскурс в свойства пород
Вплоть до 17 века, никто не подозревал о сходстве угля, алмаза и графита. Они никогда не соседствовали в природе. Тем более, ученые не могли помыслить о превращении одного вещества в другое. Все изменилось, когда английский химик Теннант провел свой эксперимент и выяснил их истинную природу.
Визуально, понять это не было возможности, так как породы совершенно различны. Графит не имеет прочных связей и состоит из скользящих друг по другу чешуек. Его основная сфера применения – смазка для снижения трения между поверхностями. Внешне, он похож на расплавленный металл.
Угольный состав включает в себя мелкие частицы графита, но дополняется углеводородным соединением, кислородом и азотом, что придает ему не жидко-вязкую форму, а более плотную. Алмазы же, вообще имеют одно из самых прочных соединений в природе. Внешне – это прозрачные камни, совсем несхожие со своими «собратьями».
Алмазный блеск экономкласса
Намного дешевле изделие ученых из Физического института АН СССР (ФИАН), которое они научились делать в 1970 году, «сгущая» двуокись циркония. Рефракция у него мало отличается от таковой у алмаза, на глаз их невозможно различить. У нас такой «алмаз» называют по аббревиатуре института фианитом, за границей — цирконитом. А потом на прилавках ювелирных магазинов появился искусственный муассанит из карбида кремния.
Природный муассанит почти такой же твердый, как алмаз, и после огранки по игре отраженного света бесцветные муассаниты не отличаются от бриллиантов. Отличить их неспециалист не способен, да и не каждый ювелир это скажет сразу. Беда только в том, что муассанит чрезвычайно редок, а самые крупные его природные кристаллы — миллиметровые.
Химики его тоже синтезировали, причем еще в 1906 году, через два года после первой находки кристаллов муассанита геологами. Но достаточно крупные для ювелирных изделий и прозрачные искусственные муассаниты они научились «сгущать» из карбида кремния сравнительно недавно. Словом, ученые позаботились, чтобы народ не остался без алмазного блеска даже в тех случаях, когда нет денег на бриллианты.
Игры с породами: превращение одного вещества в другое
Как только ученые обнаружили сходство алмаза, угля и графита, они задались целью научиться превращать одно вещество в другое. Первые эксперименты были удачными.
Выяснилось, что при нагревании «драгоценного камня» в безвоздушном пространстве до 1800 градусов, он полностью превращается в графит. Тот же эффект получается, если сквозь раскаленный до 3500 градусов уголь, пропустить электрический ток. Получив успех на этих превращениях, ученые задались целью сделать искусственный алмаз, и застряли практически на 100 лет.
Эксперимент, как из угля сделать алмаз, увенчался успехом только в 1880 году и проходил в 2-а этапа. Сначала, путем электролиза, получали графит. Затем, его помещали в стальную колбу, закрывали с обоих концов и нагревали докрасна. Иногда, сосуд не выдерживал давления и взрывался. Но, если все проходило гладко, то при вскрытии трубы внутри находили темные, но сверхпрочные кристаллы.
Особенности бумажных драгоценных камней
Драгоценные камни из бумаги имеют точные грани и формы, которые практически полностью идентичны настоящим. Из всей группы самым красивым и оригинальным является именно алмаз. Есть масса способов относительно того, как сделать алмаз из бумаги. При этом могут использоваться разноплановые техники – готовые шаблоны, оригами, аппликация.
Примеры поделок из бумаги: красивые алмазы
Алмаз, сделанный из бумаги или картона, может стать отличным декоративным украшением многих поделок. Особенно красиво выглядят объемные алмазы из бумаги. Вот несколько примеров поделок с разной формой граней:
- Такая форма «драгоценных камней» актуальна, если нужно сделать вертикальную гирлянду для украшения комнаты или фотозоны.
- Алмаз естественной формы после ювелирной огранки, сформированный из цветного картона можно применять в качестве декораций и театрального реквизита.
- Несколько вариантов форм бумажных камней, которые могу имитировать алмаз с разной огранкой. Из таких фигур можно создавать горизонтальные гирлянды для декора помещений или новогодней елки.
Каждая представленная поделка отличается своими формами и принцип изготовления. Сфер применения таких изделий можно придумать массу. Дополнительно сам принцип изготовления может понравиться любому ребенку, развивая его пространственное мышление и воображение.
Безопасный способ обогащения – находка для экспериментаторов
О том, как вырастить алмаз в домашних условиях, ходит много «легенд». Вычленить среди них действенный, а, главное, безопасный способ – сложнорешаемая задача. Тот вариант, о котором сейчас пойдет речь, подходит для любителей экспериментов, но всерьез ожидать получения драгоценного камня не стоит.
Внимание! Администрация сайта не несет ответственности за возможные последствия эксперимента.
Инструкция по работе предполагает подготовку необходимых компонентов. К ним относятся:
- карандаш;
- провод;
- вода или жидкий азот;
- источник высокого напряжения (сварочный аппарат).
Чтобы получить искусственный алмаз, достаньте из карандаша грифель. Можно купить отдельно. Теперь, соедините его с проводом и опустите в емкость. Следующий шаг зависит от того, что вы используете. В первом варианте, следует залить конструкцию водой и заморозить. Во втором варианте, заморозка происходит при помощи жидкого азота.
Как только вы получите нужную температуру, подсоедините провода к источнику напряжения и пустите ток. Считается, что после прохождения через грифель разряда, он трансформируется в алмаз.
Подготовка к лепке
Заниматься лепкой с детьми лучше за столом с хорошим освещением. Ребенок может сидеть на своем стульчике либо на коленях у взрослого: в первом случае у ребенка больше свободы действий, во втором — обучение проходит быстрее. Места на столе должно быть достаточно для вспомогательных материалов.
Обратите внимание!
Динозавр из пластилина: ТОП-170 фото креативных решений лепки своими руками. Способы изготовления динозавра + простой мастер-класс
- Машина из пластилина: простые схемы и нестандартные идеи поделок из пластилина. Пошаговые инструкции по изготовлению машины своими руками с фото-обзорами
- Что можно слепить из пластилина — мастер-класс по созданию поделок из пластилина своими руками. Креативные идеи лепки + фото-примеры лучших работ
Перед началом лепки ребенку можно предложить определенную тему — это вызовет интерес. В игровой форме взрослые могут показать детям, как сделать из пластилина животных, к примеру.
Лепка из пластилина животных потребует некоторых дополнительных материалов помимо собственно пластилинового набора:
- доска для лепки;
- пластиковый нож для резки пластилина;
- чистые листы бумаги;
- фото животных из пластилина;
- миска с водой и полотенце для рук, влажные салфетки.
Если ребенок впервые занимается лепкой, то перед тем, как начать мастер-класс «Животные из пластилина», нужно кратко объяснить и показать свойства пластилина, что с ним можно делать, дать ребенку подержать кусочки яркого материала — это сразу вызовет желание что-то слепить.
Животные из пластилина для детей, которые раньше ничего не лепили, хотя и увлекательное, но не самое простое занятие. Взрослый должен показать, какие элементы можно сделать: пластилин нужно помять в руках, скатать шарик, вытянуть его как тесто, скрутить по спирали, расплющить в блин, соединить несколько деталей разных цветов, снова разъединить.
После этого можно показать, как смывать пластилин с рук. Если этого не сделать, пластилин прилипнет, например, к бумаге. Пусть ребенок попробует проделать это самостоятельно с листом чистой бумагой.
Обратите внимание!
- Как сделать лизун — лучшие способы создания лизуна в домашних условиях. Простые и быстрые рецепты с пошаговым мастер-классом для детей (150 фото)
- Собака из пластилина — ТОП-180 фото необычных идей создания поделки. Подробный мастер-класс по лепке своими руками для детей
- Изделия из глины: основы лепки, советы для начинающих. Мастер-класс по созданию поделок из глины + фото-обзоры
Домашний эксперимент: получение кристаллов из соли
Получить алмаз без лабораторных условий невозможно. Но, вы можете своими руками вырастить красивые соляные кристаллы. Для эксперимента вам потребуются:
- водный дистиллят;
- поваренная соль;
- прочная нить;
- пищевые красители (для красоты).
Возьмите емкость и наполните ее водой. Сыпьте в нее соль до тех пор, пока она не перестанет растворяться. Отрежьте нить и закрепите на ней соляной кристалл. Поместите конструкцию в жидкость и подождите несколько дней. Если добавить пищевые красители, то «камушки» получатся разных оттенков.
Соль – не единственный материал, подходящий для таких химических преобразований. Можно использовать сахар или медный купорос. Тогда, кристаллы «вырастают» немного другие, но методика остается прежней. Приятных вам экспериментов.
Финансовая сторона вопроса
А теперь прикинем, сколько будут стоить бриллиантовые украшения из искусственных алмазов. Многие недооценивают значимость этих камней, а между тем, их цена иногда выше природных аналогов. Причин несколько:
- визуально они неотличимы;
- у них нет вкраплений, что называется «камень чистой воды»;
- они прочнее, так как не имеют трещин;
- их цвет не тускнеет;
- они менее прихотливы.
Стоимость камней зависит от их массы, качества огранки и методики создания. Наиболее распространенный диоксид циркония (наиболее известное название – фианит), стоит всего 1,5-6 долларов за карат. А вот стоимость муассанита колеблется от 75 до 155 долларов.
Получение больших кристаллов
Далее, поговорим о том, как делают алмазы больших размеров в домашних условиях. Для эксперимента вам понадобится все та же соль (100 гр.), дистиллят (400 мл.) и грифель (12 гр.). Возьмите стакан и смешайте сыпучие ингредиенты. Теперь, аккуратно залейте их водой, дождитесь полного растворения и оставьте емкость на 24 часа.
Руководство по созданию искусственных алмазов начинается с того, что вы сливаете воду из стакана (в другую емкость, так как она пригодится далее). На дне посудины, вы найдете получаемые от реакции кристаллы. Выберете наиболее правильный и большой (затравку), а оставшиеся отложите в контейнер.
Выращивание больших домашних алмазов — долгий процесс, требующий терпения. Но, в результате у вас получится красивый многогранный камень, который можно использовать для создания украшений или декора.
Возьмите прочную нитку и закрепите ее на карандаше или любой палочке. К другому концу прикрепите затравку и опустите ее в оставшийся раствор. Все что вам остается — это ожидание. Испаряясь, вода будет нарастать на ваш кристалл и делать его больше. Если в процессе на нитке будут образовываться другие камушки, их лучше удалять.
Сферы применения и открывающиеся возможности
Около 80% создаваемых алмазов применяются в промышленности и других областях человеческой жизни. Например, производство подшипников, наконечников для сверл. Из небольших камушков можно сделать алмазную крошку и порошок, использующиеся для напыления ножей или шлифовального инструмента.
Большую роль синтетический алмаз играет в электронике. Из них создают иглы, прослойки в микросхемах и счетчиках, чтобы сохранить теплопроводность и сопротивление. И это только примерный рынок сбыта, где можно реализовать качественные искусственные камни.
Для производства алмазов, выращенных методом CVD, самая главная роль – высокотехнологичные сферы. Они необходимы для создания мобильных телефонов. Их используют при воспроизводстве лазерных лучей, применяемых в медицине: с их помощью лечат множество смертельных заболеваний. Поэтому, роль синтетических камней огромна.
Реально ли из угля сделать алмаз?
Удивительно, но уголь и алмаз очень близки по своей природе. Что произойдет с алмазом, если его сжечь, а с углем? Оставит ли алмаз пепел? Несмотря на высокую твердость, алмаз превосходно горит при температуре в 700 С. Как обыкновенный уголь, алмаз не оставляет после себя никакой золы, он исчезает в голубом пламени без остатка.
Надо сказать, что природа алмаза была открыта еще в XVIII веке, а до этого никто даже не подозревал, что сверкающий камушек имеет что-то общее с обыкновенным черным углем. Эти удивительные предположения были сделаны опытным путем, с помощью анализа лучепреломления скипидара, камфоры и алмаза. Многим химикам того времени все эти эксперименты показались дикими, так как считалось, что алмаз не может гореть, испаряться под действием высокой температуры.
В 1772 г. Лавуазье провел опыты по нагреванию различных материалов и выпустил научный труд «О разрушении алмаза ел убедительные доказательства горения алмаза. Он доказал, что сжигание алмаза и угля.
Далеко не каждая европейская, да и любая страна мира может похвастать большими запасами нефти. Зато углеводородное топливо в виде бензина или солярки активно используется во всех странах. В то же время залежи бурого и каменного угля встречаются куда чаще, отсюда и возникла идея получать дизельное топливо и бензин из угля. В этой статье мы рассмотрим, как это делается на производстве и можно ли что-то подобное организовать в условиях частного домашнего хозяйства.
Как происходит выделение бензина из угля?
Стоит отметить, что переработка угля с целью получить разные виды моторного топлива – вовсе не миф. Более, того существует две проверенных методики, реализованные на практике еще в начале прошлого века.
В те времена нацистская Германия, стремящаяся завоевать всю Европу, именно этими способами обеспечивала свою военную технику горючим, поскольку собственных месторождений нефти у нее нет. В то же время в распоряжении страны имелись.
Алмаз и графит
Добыча алмазов, несомненно, достаточно прибыльный бизнес, который может поддержать экономику любой страны. Но тем не менее, наверняка многим предпринимателям хотелось бы снизить затраты на получение этих драгоценных камней и этим самым еще увеличить доход алмазодобывающей отрасли. А что, если возможно получать алмазы синтетическим способом из графита?
Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо разобраться в природе двух материалов – алмаза и графита. Многие еще из уроков химии помнят, что эти два, казалось бы, таких разных материала целиком и полностью состоят из углерода.
ЧТО ТАКОЕ СИНТЕТИЧЕСКИЙ БРИЛЛИАНТ
В конце XVIII века ученые обнаружили, что алмаз — одна из форм углерода. Это положило начало многочисленным попыткам воссоздать драгоценный камень из подручных материалов: таких, как уголь или графит.
Как появились искусственные алмазы
Начиная с XIX века, многие известные физики и химики заявили об удачном завершении опытов по выращиванию алмазов. Правда, ни одно из таких заявлений не подтвердилось документально.
Лишь в 1927 году советский физик О. Лейпунский совершил прорыв, вычислив необходимые для процесса условия. Дальнейшие исследования и эксперименты проводились параллельно в СССР, США и Швейцарии.
HPHT и CVD
Создал и запатентовал первую рабочую установку синтеза кристаллов швед Балтазар Платен. Свой метод он подсмотрел у природы.
Платен воссоздал похожие условия: ячейку с никелем, кобальтом и железом раскаляли и обжимали многотонным прессом. Металлы в этом случае выступали катализатором, а прессы имитировали давление в тысячи атмосфер.
Такой способ получил название HPHT (High Pressure High Temperature) — высокое давление, высокая температура. Метод несовершенный, но простой и бюджетный. Сегодня он используется для массового изготовления технических алмазов и алмазной пыли.
В 60-х годах XX века был изобретен более совершенный метод CVD (Chemical vapor deposition) — химическое осаждение из газовой фазы. Суть технологии — в кристаллизации алмазов из углеводородного газа на выращенную методом HPHT подложку. CVD позволяет создавать более крупные и чистые кристаллы.
Нано-алмазы
Помимо HPHT и CVD, есть и другие, более узконаправленные, технологии:
- детонационный синтез алмазов — высокие температура и давление получаются благодаря детонации графита. В результате разложения углеродосодержащих веществ образуются нанокристаллы;
- ультразвуковой синтез наноалмазов — позволяет синтезировать микрокристаллы из суспензии графита в органической жидкости при обычном давлении и комнатной температуре.
Сходства и различия
Долгое время HPHT-алмазы и CVD-алмазы отличались от природных размерами — в искусственных условиях невозможно было вырастить камень крупнее карата. Но многие компании продолжают работать над устранением этого недостатка.
На сегодняшний день в искусственных условиях выращивают камни со следующими характеристиками:
У искусственных алмазов есть отличия от природных:
- “искусственники” могут иметь включения металла, оставшиеся от производства;
- на цветных камнях можно рассмотреть секторы роста, которые появляются из-за ускоренных процессов кристаллизации;
- природные и искусственные кристаллы по разному люминисцируют в УФ-лучах.
Эти различия можно увидеть только на специализированном оборудовании. Поэтому поставщики и продавцы искусственных алмазов обязаны указывать на бирках к товару сведения о происхождении кристаллов.
Искусственный алмаз и имитация – разные вещи
Сегодня существует две группы аналогов бриллиантов:
- искусственно выращенные камни с природной структурой и качествами (муассанит, фианит);
- камни, за сильный блеск называемые заменителями алмазов, – бесцветный сапфир, рутил, кристаллы Сваровски, полимеры.
Вторая группа – это имитация, потому что их структура и свойства далеки от натуральных.
Муассанит
Самый качественный, прочный, дорогой искусственный бриллиант. Химически это карбид кремния или карборунд. Требуется минимальное вмешательство, чтобы внешне уравнять его с настоящим алмазом. Камень равнодушен к внешним агрессивным воздействиям, лишён дефектов типа шероховатости или чёрных включений, присущих натуральному минералу. Ярче алмаза, его сложнее отличить, чем фианит. Однако сильная бликовка многих раздражает и выдаёт происхождение.
Красоту подчёркивает обрамление из белого золота, платины или серебра. В отличие от бриллиантов, дополняющих вечерний наряд, Муассанит уместен для любого времени суток.
Фианит
Камень представлен во многих цветах, степенях чистоты, яркости. Бесцветный один из самых ценных. Фианит тяжелее равного по размерам алмаза. Эта характеристика служит маркером при определении происхождения кристалла.
Сияет не так ярко, как бриллиант, но лучше отбрасывает блики.
Однако легко царапается, мутнеет, впитывает масла, на солнце становится зеленовато-жёлтым. Об этом нужно помнить при ношении украшений.
Нексус
Результат соединения углерода с другими компонентами. Высокопрочен, поэтому на него даётся фактически вечная гарантия.
Стразы
Самый известный «заместитель» благородного бриллианта, первоначально хрустальный. Сегодня сырьём служит стекло или полимеры из акрила.
Название получено в честь эльзасского ювелира Георга Страсса, придумавшего наносить металлическую пудру как подложку на стекло. Сейчас покрытие создают, осаждая металл, а стразы усовершенствовались, обретя торговый бренд Swarovski.
Производятся одноимённым австрийским концерном и чешской фирмой Preciosa.
Лучшие друзья девушек
Надо сказать, что в этой теории есть слабое место. Как уже говорилось выше, алмазы горят. Чистого кислорода в мантии, конечно, нет, однако длительное пребывание алмазов в раскаленной толще все равно должно приводить к их уничтожению. Из этого вытекает, что та самая особая магма, о которой говорилось выше, поднимается на поверхность очень и очень быстро. Геологи раньше обходили эту деталь стороной (поднимается и поднимается, что поделать), поэтому точные причины этого процесса были неясны.
В рамках новой работы ученые использовали специальную плавильню, чтобы получить вещество, напоминающее магму из земных глубин. В частности, расплав содержал большое число карбонатов — солей угольной кислоты. Ученые предположили, что в процессе своей жизни такая магма встречается с магмой с большим количеством пироксенов (группой минералов, часто породообразующих, содержащих кремний). Из-за этого способность расплава растворять разного рода вещества — например, углекислый газ — снижается в несколько раз.
Чтобы проверить свою гипотезу, исследователи добавили в расплав пироксены и стали ждать. По словам одного из ученых, Келли Рассела, он был шокирован, когда буквально за 20 минут горячее вещество превратилось по сути в пену. Из этого ученые заключили, что подобные пенные карманы вполне могут образовываться на глубине около 150 километров.
Альтернативные названия в науке и простонародье
В научном мире, синтетические алмазы называются по технологии, с которой связано их производство. Существуют HPHT-алмазы, что означает – созданные под высоким давлением и температурой. А CDV-алмазы расшифровываются как химические осаждения из пара. О самих технологиях мы расскажем вам далее.
Но искусственные бриллианты не всегда являются его полной копией. Встречаются такие виды, как фианит, муассанит, страз, сегнетоэлектрик, рутил, фабулит и церуссит. Диоксид циркония является наиболее распространенной «подделкой», не имеющей ничего общего с настоящим алмазом.
Незнающие люди, называют искусственный бриллиант фианитом, что является большой ошибкой. Конечно, он прекрасно имитирует алмаз, благодаря прочности и преломлению. Некоторые эксперты не могут «на глаз» отличить его от оригинального камня. Поэтому, их широко используются в ювелирной промышленности.
Метод Огюста Вернейля
В конце XVIII — начале XIX века году ученый из Франции Огюст Вернейль разработал новый метод получения искусственных рубинов, называемый также «плавление в пламени». Этот способ обозначил начало этапа промышленного синтеза драгоценных камней. Их стали использовать не только в ювелирном деле, но и в производстве часов, измерительных приборов и для других технических целей.
Вернейль сконструировал и испробовал конструкцию, состоящую из кислородно-водородной горелки, дозатора порошка, из которого будет синтезироваться самоцвет, и керамического основания. В такой печи за 3–4 часа можно вырастить кристалл длиной 40–50 мм. В зависимости от химического состава порошка получают камни различных цветов, а также их звездчатые разновидности.
Однако вырастить с помощью этой методики бриллиант в домашних условиях не получится — таким образом синтезируют, как правило, корунды (рубины и сапфиры), шпинель. В устройстве Вернейля получают синтетические титанит стронция и рутил, которые по блеску могут соперничать с бриллиантами, однако обладают меньшей твердостью. Качественными имитациями алмазов также являются гранатиты, ниобат лития и фианит.
