Алмаз — это не только самый твердый минерал на планете Земля, но также и один из самых ценных камней, ибо, будучи обработан, он превращается в бриллиант, высоко ценимый ювелирами всех времен и народов. Считается, что алмазы образовались более 3,3 миллиарда лет назад в верхних слоях земной мантии под воздействием высокой температуры и давления, хотя существует и гипотеза внеземного их происхождения.
Образуются алмазы в особых породах, богатых углеродом, который, будучи подвержен экстремальным давлениям и высоким температурам, меняет свою кристаллическую решетку, превращаясь в драгоценный камень.
По сути же алмаз является чистым углеродом, а раз так, он должен обладать по меньшей мере химическими свойствами углерода, например, взаимодействовать с кислородом, выделяя энергию в виде тепла и оксид углерода. Говоря более простым языком, алмаз, как и каменный уголь, должен гореть. На самом деле не всё так просто.
Химическая активность углерода во многом зависит от его модификации (они отличаются друг от друга не только строением кристаллической решётки, физическими и химическими свойствами), и алмаз в этом отношении предстает довольно инертным. Да ведь и обычный каменный уголь не так-то просто разжечь. Это известно каждому, кто хотя бы раз пробовал использовать для печки в качестве топлива всем известный антрацит.
Растопить печь можно и бриллиантами, но для этого нужно тронуться кукухой создать особые условия
То, что алмазы могут гореть, доказал еще Антуан Лавуазье в 1772 году, проведя публичный опыт по сжиганию этого драгоценного минерала в запаянном сосуде. Всё, что для этого нужно — это кислородосодержащая среда и как минимум в 2-3 раза более высокая температура, чем та, которая понадобилась бы для возгорания угля. С кислородом из воздуха алмаз начинает взаимодействовать при 850-1000 °C, в чистом кислороде химическая реакция начнется при чуть более «скромных» 700-800 °C. Но горит алмаз не совсем так, как уголь.
В реакцию с кислородом вступают внешние слои камня, перешедшие в газообразное состояние, образуя при этом свечение, а сам алмаз постепенно уменьшается в размерах. Чтобы увидеть образование пламени, сжигать минерал необходимо в чистом кислороде. Как правило, после сжигания алмаз не оставляет шлака, он как-бы истаивает, впрочем, конечный продукт реакции зависит от чистоты исходного материала.
Итак, алмаз, как и другие модификации углерода, может вступать в реакцию с кислородом, выделяя тепло и оксид углерода. Тем не менее, среди многих ювелиров до сих пор бытует миф, что алмаз невозможно сжечь, хотя в то же самое время многие из них заявляли о повреждениях камня при нагревании его в пламени кислородно-ацетиленовой горелки.
И вот еще что. При нагревании этого драгоценного камня до 3000 градусов по Цельсию без доступа воздуха он меняет свою кристаллическую решетку, превращаясь из самого твердого в один из самых мягких минералов — обычный графит, используемый в качестве стержня «простого» карандаша.
Слово «алмаз» пришло из греческого языка. На русский оно переводится как «непреодолимый». И действительно, чтобы повредить этот камень, нужно приложить нечеловеческие усилия. Он режет и царапает все известные нам минералы, при этом сам остается невредимым. Ему не вредит кислота. Однажды из любопытства был проведен эксперимент в кузнице: алмаз положили на наковальню и ударили по нему молотом. Железный молот почти раскололся надвое, а камень остался целым.
Алмаз горит красивым голубоватым цветом.
История опытов
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.
Процесс горения — это, фактически, реакция окисления вещества. Чаще всего горение происходит в атмосфере кислорода. Есть вещества, способные гореть и в других газах, но их не так много. На теплоэлектростанциях в качестве топлива используется каменный уголь, большую часть которого составляет углерод.
Однако атомная структура каменного угля и алмаза кардинально отличаются. В первом атомы углерода расположены беспорядочно и связаны между собой не очень прочно. Кристаллическая решетка алмаза очень симметрична, атомы в ней расположены очень плотно друг к другу и очень прочно связаны между собой в трех измерениях.
Чтобы материал загорелся, необходимо разорвать связи в его кристаллической решетке, чтобы образовавшиеся свободные атомы могли связаться с кислородом и создать новое газообразное соединение. В случае углерода таким соединением выступает углекислый и угарный газы.
Связи в алмазе очень прочны, поэтому заставить его гореть очень трудно. Однако, это все же возможно. Легче всего сделать это можно, если просто нагреть материал до 900°C. При этом алмаз сначала становится красным, а затем белым и начинает выделять углекислый газ без пламени. Чтобы все же возникло пламя, необходимо нагревать материал в атмосфере чистого кислорода, а не в воздухе, где этого газа содержится всего 21%.
В се в этом мире не вечно. Практически все со временем превращается в прах. И к сожалению этого никто не может изменить. Все же есть в нашем мире вещи, которые, по мнению многих, являются неизменными. Сегодня хочу поговорить об одном таком объекте — алмазе. Алмаз по праву считается одним из самых твердых минералов в мире. И все же…
Известно ли Вам, что алмазы могут гореть? Данный занимательный феномен был обнаружен в результате экспериментов, которые проводились с этим минералом. В результате экспериментов выяснилось, что при высоких температурах ( 850-1000 градусов C) очень твердый минерал меняет свою структуру и превращается в чистейший углекислый газ, не оставляя никаких других веществ. В первый раз это было доказано в 1694 году, в тот момент, когда ученые из Италии К.А. Тарджони и Дж. Аверани попытались соединить в один большой алмаз несколько алмазов мелкой величины. Температура горения, при которой алмаз горит в в струе чистого кислорода чуточку меньше: 720-800 градусов С. Притом горит минерал красивым и голубым пламенем.
Опять же интересен, по моему тот факт, что из алмаза возможно произвести обыкновенный графит. Для этого требуется всего лишь только нагреть камень, при отсутствии кислорода до температуры в 2000 градусов С.
Все перечисленные факты были много раз доказаны учеными на практике, а впоследствии научно обоснованы.
Так, что женщины помните, что алмаз горит, бриллиант на вашем пальце от высокой температуры может превратиться в обычный графит. Помните об этом и будьте внимательны, не горячитесь.
Высокотемпературная обработка бриллиантов под высоким давлением
Высокотемпературная обработка под высоким давлением – один из способов изменения цвета бриллианта.
Сам процесс происходит в условиях невероятно высокого давления (около 60 тыс. атмосфер) и чрезвычайно высокой температуры (около 1800оС). Совмещение этих двух условий обязательно: под высоким давлением без нагрева бриллиант развалится на куски, а при нагреве без высокого давления просто сгорит. Тщательно же подобранная комбинация температуры и давления приводит к изменению цвета камня.
В процессе обработки высокой температурой и давлением бриллиант может повредиться, так как создаваемые условия схожи с теми, при которых алмаз превращается в графит. Такой обработке подвергаются бриллианты с коричневатым оттенком, относящиеся к группе чистоты не менее VS, поскольку инородные частицы внутри бриллианта очень чувствительны к воздействию температуры и давления. Что касается веса камня, то такому виду обработки можно подвергать бриллианты от 0,02 карата. В принципе, ограничений по весу не существует. Есть пример, когда высокой температурой под высоким давлением обрабатывался бриллиант весом 50 карат. Проблема в другом: во всем мире есть буквально несколько аппаратов, рассчитанных на обработку камней весом более 10 карат. Тем не менее, все определяется соображениями экономической целесообразности.
При нагреве под давлением происходят изменения в искривленной структуре кристалла бриллианта, придающей ему коричневатый оттенок. Начиная процесс, заранее неизвестно, какой цвет получится на выходе. Можно только попытаться его предугадать на основе прежнего опыта. Наличие в камне определенных молекулярных связей позволяет предполагать, каким будет итоговый цвет, однако иногда результат получается совершенно иным. Имеющиеся на сегодняшний день в мире знания по этому предмету основываются на статистических данных, полученных в ходе сравнительных и экспериментальных исследований, и, в целом, уже удалось добиться довольно высокой точности прогноза получаемого цвета. Высокотемпературной обработке под высоким давлением бриллианты подвергаются после черновой полировки. По окончании процесса камень полируют начисто. После такого изменения цвета бриллианта вернуть ему прежний уже невозможно.
Обработка высокой температурой и давлением сопряжена с риском возникновения определенных побочных эффектов.
К ним можно отнести появление частиц графита, подгоревших граней, «заряда» в камне. Иногда побочные эффекты различимы только под лупой, изготовленной из материала, в который входят фтористые соединения.
Выявление факта прохождения бриллиантом обработки температурой и давлением под силу только опытным аккредитованным геммологам. Процесс выявления сложен, основан преимущественно на прежнем опыте, требует обширных знаний в области геммологии, физики, применяемого оборудования.
Фотолюминесцентные приборы поглощают свет, который выделяет бриллиант, освещаемый внешним источником излучения. Компьютер анализирует состав света и выдает результат в виде диаграммы поглощения. Фотолюминесцентное оборудование стоит недешево, его можно найти только в геммологических лабораториях. Работать на нем могут только люди с соответствующими знаниями и опытом, позволяющими интерпретировать результаты анализа.
