То, что бриллианты горят, было доказано еще в XVII веке. Но, сегодня эта тема вспыхнула с новой силой, привлекая внимание не только ученых, но и обычных людей. «Непреодолимый» камень стал главным объектом исследования. Все потому, что с развитием техники повысилась потребность в алмазах. Читайте статью, и вы узнаете, как человечество узнало о воспламеняемости минерала, какую роль в его истории сыграл Лавуазье, и что нам дали эти эксперименты.
По волнам истории…
Пытливые умы во все времена выдвигали самые безумные теории. Неудивительно, что их интересовал бриллиант и его свойства. Камень не только один из самых прочных в мире, но и наиболее дорогостоящий. Определить, что алмаз горит, удалось лишь в XVII веке.
Заслуга принадлежит английскому физику Бойлю. Ему удалось сжечь алмаз через линзу, направив на него солнечный луч. Но, попытки повторить эксперимент французскими учеными провалилась. Они поместили камень в плавильный сосуд, и все чего добились – темный налет на кристаллах.
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.
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.
Шутка природы: хамелеоны среди драгоценных камней
Как мы сказали, алмазы начинают гореть при температуре свыше 720 градусов. Проводя эксперименты над некоторыми камнями, ученые заметили, что достигая отметки в 120-150 г, минерал меняет цвет. Это привело их к интересному открытию.
В природе существуют алмазы-хамелеоны. Обычно, они имеют оливковый оттенок. Но если их нагреть, цвет меняется на насыщенно-коричневый или на оранжево-желтый. Эффект недолговечен. Если продолжать воздействовать на камни, они сгорают.
Изменить свой цвет алмаз-хамелеон может и в темноте, если пробудет там длительное время. Ученые до сих пор не могут разгадать эту загадку. Проведя одновременно 39 тестов, они так и не смогли сойтись во мнении. Одни считают, что причина в примеси водорода, другие, – что камень приобретает люминесцентные свойства.
Расскажите об этом друзьям, сделав репост.
О том, в какое вещество переходит алмаз при плавлении, ученые спорят до сих пор. С XVI века, момента обнаружения минерала, ведется его активное изучение. Но, до сих пор не разгаданы многие тайны. За более чем 500 лет было проведено множество экспериментов в стремлении ученых разгадать эту загадку. Но большинство свойств камня все еще остаются неизученными. Каждое открытие занимает многие годы. В нашей статье, мы приоткроем для вас одну из завес, за которой скрывается много интересного.
О базовых свойствах
От того, при какой температуре плавится алмаз, зависит возможность его применения и в ювелирной отрасли, и в промышленности. Но характеристика пока не изучена в полном объеме, так как камень имеет уникальные свойства. Его сложно сравнить с чем-либо, из известного миру.
Одно из объяснений столь необычных характеристик минерала – его внеземное происхождение. Есть теория, что алмаз попал на планету из космоса вместе с метеоритами и осел в недрах земли. Другие ученые, объясняют странное поведение камня строением его кристаллической решетки.
Атомы углерода в нем имеют сверхпрочную связь, что обуславливает уже известные свойства алмаза:
- аномальную твердость;
- устойчивость к агрессивной химической среде (щелочи и кислоты);
- хрупкость.
Парадокс алмаза в том, что, с одной стороны, это самый прочный минерал на планете. Но с другой — он очень хрупкий и его легко повредить сильным ударом. Последнее свойство ювелиры используют при огранке.
Интересные свойства, изученные в ходе экспериментов
Алмаз — самый удивительный камень. Его природа и свойства заставляют самых умных людей планеты решать наисложнейшие задачи. Его красота восхищает миллионы. Это один из лучших диэлектриков и изоляторов. В его состав входят только атомы углерода.
Любопытно, что сам углерод – крайне горючее вещество. В природе, он чаще встречается в форме графита. Это натолкнуло ученых на идею преобразования одного вещества в другое. Их интересовало, будет ли в процессе расплавления алмаз переходить в графит и наоборот. Результаты получились неоднозначными.
Выяснилось, что создать из алмаза графит возможно, нагрев кристалл до 2000 градусов и перекрыв доступ кислорода. А вот провести обратную реакцию, не изготавливая затравку, так и не удалось. Об этом вы можете прочитать в статье Если же камень нагревать не в вакууме, он просто превратится в углерод.
Переход из одного состояния в другое
По температуре и среде в плавильной печи, можно спрогнозировать, в какое состояние перейдет алмаз. Если в колбе присутствует кислород, то камень полностью сгорит при температуре 850-1000 градусов Цельсия. Во время реакции будет выделяться бледно-синее пламя. По окончанию эксперимента, в капсуле останется CO2 – кислород и углерод.
Доказать это удалось еще в 1694 году итальянским ученым, Тарджони и Аверани. Они старались сплавить два небольших бриллианта в один, но только сожгли камни.
Их эксперимент провалился потому, что добиться плавного расплавления алмазов невероятно сложно: необходима капсула без кислорода, с возможностью регулирования давления внутри нее.
То, в какое вещество переходят алмазы, нагретые до 2000-3000 градусов, зависит от окружающей среды. Если перекрыть кислород и создать температуру в 1800-2000 градусов, можно получить графит. Подняв уровень тепла до 3700-4000 градусов в тех же условиях, можно получить расплавленный углерод. Но добиться от лабораторных приборов таких мощностей крайне сложно.
Ход эксперимента и его результаты
Чтобы определить, при какой температуре плавится алмаз, в 2010 году был проведен большой эксперимент. Камень размером в 1/10 карата был помещен в специальную капсулу, где создавались волновые наносекундные импульсы. В печи было достигнуто давление в 10 млн атмосфер и температура 40000 по Кельвину (39726,85 по Цельсию), после чего кристалл перешел в жидкое состояние.
На этом эксперимент не завершился. Ученые продолжили поднимать температуру и давление. Когда жар достиг 50000 Кельвинов (49726,85 Цельсия), алмаз начал затвердевать. Причем, делал это буквально кусками – на поверхности расплавленной массы образовывались твердые кристаллы.
Конструкция напоминала айсберг. Любопытно, что расплавленная масса не кипела и не изменялась, когда ученые продолжили повышать температуру. Но с понижением градусов и при сохранении давления кристаллы становились больше и срастались в один.
Феномены и научные факты
Не только плавление алмаза интересовало ученых. В ходе одного из экспериментов по превращению камня в углекислый газ, произошло интересное открытие. При воздействии на кристалл мощными ультрафиолетовыми лучами в минерале образовалась полость.
Удалось выяснить, что ультрафиолет вредит алмазу. Но у владельцев украшений с бриллиантом это не должно вызывать беспокойства. Пройдут десятки тысяч лет, прежде чем солнечные лучи смогут навредить вашим драгоценностям.
Многие загадки алмаза ученые так и не смогли разгадать. Например, в ювелирных мастерских камень легко поддается нагреванию, обработке и пайке. Правда, если в бриллианте присутствуют трещины, он разлетится на маленькие осколки.
Лава и углеродные кристаллы
Из-за того, что бриллиантовые месторождения находятся в кимберлитовых трубках – месте выхода вулканической породы на поверхность, возникают закономерные опасения. Может ли лава расплавить алмаз? Ответ однозначный – нет.
Дело в том, что температура плавления алмаза свыше 3500 градусов. Да и давление необходимо не шуточное, более 11 гПа. Жар лавы – всего 500-1200 градусов. Простым сравнением приходим к выводу, что потоки лавы могут лишь сжечь минерал, если достигнут 1000 градусов.
Физико-механические свойства
Главные отличительные черты алмаза - высочайшая среди минералов твёрдость (но в то же время хрупкость), наиболее высокая теплопроводность среди всех твёрдых тел 900-2300 Вт/(м·К) , большие показатель преломления и дисперсия . Алмаз является диэлектриком . У алмаза очень низкий коэффициент трения по металлу на воздухе - всего 0,1, что связано с образованием на поверхности кристалла тонких плёнок адсорбированного газа, играющих роль своеобразной смазки. Когда такие плёнки не образуются, коэффициент трения возрастает и достигает 0,5-0,55. Высокая твёрдость обусловливает исключительную износостойкость алмаза на истирание. Для алмаза также характерны самый высокий (по сравнению с другими известными материалами) модуль упругости и самый низкий коэффициент сжатия. Энергия кристалла составляет 10 5 Дж/г-ат, энергия связи 700 Дж/г-ат - менее 1 % от энергии кристалла.
Температура плавления алмаза составляет 3700-4000 °C при давлении 11 ГПа. На воздухе алмаз сгорает при 850-1000 °C, а в струе чистого кислорода горит слабо-голубым пламенем при 720-800 °C, полностью превращаясь в конечном счёте в углекислый газ. При нагреве до 2000 °C без доступа воздуха алмаз переходит в графит за 15-30 минут . Средний показатель преломления бесцветных кристаллов алмаза в жёлтом цвете равен примерно 2,417, а для различных цветов спектра он варьируется от 2,402 (для красного) до 2,465 (для фиолетового). Способность кристаллов разлагать белый свет на отдельные составляющие называется дисперсией . Для алмаза дисперсия равна 0,063.
Одним из важных свойств алмазов является люминесценция . Под действием солнечного света и особенно катодных , ультрафиолетовых и рентгеновских лучей алмазы начинают люминесцировать - светиться различными цветами. Под действием катодного и рентгеновского излучения светятся все разновидности алмазов, а под действием ультрафиолетового - только некоторые. Рентгенолюминесценция широко применяется на практике для извлечения алмазов из породы.
Структура
Каждый цветной бриллиант - совершенно уникальное произведение природы. Существуют редкие цвета алмазов: розовый, синий, зеленый и даже красный .
Примеры некоторых цветных бриллиантов:
- Портер Родс (голубой).
Диагностика алмаза
Для того, чтобы отличить настоящий алмаз от его имитации, используется специальный «алмазный щуп», измеряющий теплопроводность исследуемого камня. Алмаз имеет намного более высокое значение теплопроводности, чем его заменители. Кроме того, используется хорошая смачиваемость алмаза жиром: фломастер, заправленный специальными чернилами, оставляет на поверхности алмаза сплошную черту, тогда как на поверхности имитации она рассыпается на отдельные капельки .
Нахождение алмазов в природе
Обработанный алмаз
Алмаз - редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны на всех континентах, кроме Антарктиды . Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет назад алмазы в промышленных масштабах добывались из россыпных месторождений. Только к концу XIX века , когда впервые были открыты алмазоносные кимберлитовые трубки , стало ясно, что алмазы не образуются в речных отложениях.
О происхождении и возрасте алмазов до сих пор нет точных научных данных. Учёные придерживаются разных гипотез - магматической, мантийной, метеоритной, флюидной, есть даже несколько экзотических теорий. Большинство склоняются к магматической и мантийной теориям, к тому, что атомы углерода под большим давлением (как правило, 50000 атмосфер) и на большой (примерно 200 км) глубине формируют кубическую кристаллическую решётку - собственно алмаз. Камни выносятся на поверхность вулканической магмой во время формирования так называемых «трубок взрыва».
Возраст алмазов, по данным некоторых исследований, может быть от 100 миллионов до 2,5 миллиардов лет.
Известны метеоритные алмазы, внеземного, возможно - досолнечного, происхождения. Алмазы также образуются при ударном метаморфизме при падении крупных метеоритов , например, в Попигайской астроблеме на севере Сибири .
Кроме этого, алмазы были найдены в кровлевых породах в ассоциациях метаморфизма сверхвысоких давлений, например в Кумдыкульском месторождении алмазов на Кокчетавском массиве в Казахстане .
И импактные, и метаморфические алмазы иногда образуют весьма масштабные месторождения, с большими запасами и высокой концентрацией. Но в этих типах месторождений алмазы мелки настолько, что не имеют промышленной ценности.
Добыча и месторождения
Промышленные месторождения алмазов связаны с кимберлитовыми и лампроитовыми трубками, приуроченными к древним кратонам . Основные месторождения этого типа известны в Африке , России , Австралии и Канаде .
Согласно материалам Кимберлийского процесса, мировая добыча алмазов в стоимостном выражении в 2008 году составила $12,732 млрд. (выросла на 6,7 % по сравнению с предыдущим годом).
Поиск алмазов в России вёлся почти полтора века, и только в середине 50-х годов были открыты богатейшие коренные месторождения алмазов в Якутии . 21 августа 1954 года геолог Лариса Попугаева из геологической партии Натальи Николаевны Сарсадских открыла первую кимберлитовую трубку за пределами Южной Африки . Её название было символично - «Зарница». Следующей стала трубка «Мир» , что тоже было символично после Великой Отечественной войны . Была открыта трубка «Удачная» . Такие открытия послужили началом промышленной добычи алмазов на территории СССР. На данный момент львиная доля добываемых в России алмазов приходится на якутские горнообрабатывающие комбинаты. Кроме того, крупные месторождения алмазов находятся на территории Красновишерского района Пермского края , и в Архангельской области : месторождение им. Ломоносова на территории Приморского района и месторождение Верхотина (им. В.Гриба) на территории Мезенского района .
В сентябре 2012 года СМИ сообщили, что учёные рассекретили сведения о крупнейшем в мире месторождении импактных алмазов, расположенном на границе Красноярского края и Якутии . Как утверждает Николай Похиленко (директор ), это месторождение содержит триллионы карат.
Синтетические алмазы
Предпосылки и первые попытки
В 1879 году шотландский химик Джеймс Хэнней обнаружил, что при взаимодействии щелочных металлов с органическими соединениями происходит выделение углерода в виде чешуек графита и предположил, что при проведении подобных реакций в условиях высокого давления углерод может кристаллизоваться в форме алмаза. После ряда экспериментов, в которых смесь парафина , костяного масла и лития длительное время выдерживалась в запаянной нагретой до красного каления стальной трубе, ему удалось получить несколько кристаллов, которые после независимого исследования были признаны алмазами. В научном мире его открытие не было признано, так как считалось, что алмаз не может образовываться при столь низких давлениях и температурах . Повторное исследование образцов Хэннея, проведённое в 1943 году с применением рентгеновского анализа, подтвердило, что полученные кристаллы являются алмазами, однако профессор К. Лонсдейл, проводившая анализ, вновь заявила, что эксперименты Хэннея являются мистификацией .
Синтез
Первым синтезировал алмаз Валентин Николаевич Бакуль в Киеве в ЦКТБ твердосплавного и алмазного инструментана организовал выпуск первых 2000 карат искусственных алмазов; с 1963 г. налажен их серийный выпуск.
Современные способы получения алмазов используют газовую среду, состоящую из 95 % водорода и 5 % углеродсодержащего газа (пропана , ацетилена), а также высокочастотную плазму , сконцентрированную на подложке, где образуется сам алмаз (CVD). Температура газа от 700-850 °C при давлении в тридцать раз меньше атмосферного. В зависимости от технологии синтеза, скорость роста алмазов от 7 до 180 мкм/час на подложке. При этом алмаз осаждается на подложке из металла или керамики при условиях, которые в общем стабилизируют не алмазную (sp3) а графитную (sp2) форму углерода. Стабилизация алмаза объясняется в первую очередь кинематическими процессами на поверхности подложки. Принципиальным условием для осаждения алмаза является возможности подложки образовывать стабильные карбиды (в том числе и при температурах осаждения алмаза: между 700 °C и 900 °C). Так например осаждение алмаза возможно на подложках из Si, W, Cr и не возможно (напрямую, либо только с промежуточными слоями) на подложках из Fe, Co, Ni.
Применение
Основными типами огранки являются:
- круглая (со стандартным числом 57-ми граней)
- фантазийная, к которой относятся такие виды огранки, как
Форма огранки бриллианта зависит от формы исходного кристалла алмаза. Чтобы получить бриллиант максимальной стоимости, огранщики стараются свести к минимуму потери алмаза при обработке. В зависимости от формы кристалла алмаза, при его обработке теряется 55-70 % веса.
Применительно к технологии обработки, алмазное сырье можно условно разделить на три большие группы:
- «соублз» - как правило, кристаллы правильной октаэдрической формы, которые вначале должны быть распилены на две части, при этом получаются заготовки для производства двух бриллиантов;
- «мэйкблз» - кристаллы неправильной или округлой формы, подвергаются огранке «одним куском»;
- «кливаж» - содержат трещину и перед дальнейшей обработкой сначала раскалываются.
Основными центрами огранки бриллиантов являются: Индия , специализирующаяся преимущественно на мелких бриллиантах массой до 0,30 карата; Израиль , гранящий бриллианты массой более 0,30 карата; Китай , Россия , Украина , Таиланд , Бельгия , США , при этом в США производят только крупные высококачественные бриллианты, в Китае и Таиланде - мелкие, в России и Бельгии - средние и крупные. Подобная специализация сформировалась в результате различий в оплате труда огранщиков.
Доктор технических наук Дронова Нона Дмитриевна в 2001 году разработала методику оценки алмазного сырья, в которой при определении стоимости крупных кристаллов прогнозируется стоимость бриллиантов, которые могут из них получиться.
См. также
- NV-центр - азото-замещённая вакансия в алмазе
Примечания
- БСЭ
- Phys. Rev. Lett. 70, 3764 (1993): Thermal conductivity of isotopically modified single crystal diamond
- 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
- Юрий Шелементьев, Петр Писарев Мир бриллиантов (рус.) . Геммологический центр МГУ. - Чёрный алмаз называется карбонадо . Архивировано из первоисточника 23 августа 2011. Проверено 8 сентября 2010.
- Наука и техника, 14 октября 2002 года
- Журнальный зал | Нева, 2003 N9 | Евгений Трейвус - Голгофа геолога Попугаевой
- ленинская премия 1957 года была вручена другим геологам. Только в 1970 году Попугаева была награждена почётным дипломом и знаком «Первооткрыватель месторождения »
- Ученые рассекретили месторождение импактных алмазов в Сибири , Лента.ру (16 сентября 2012). Проверено 18 сентября 2012.
- «Крупный алмаз - из мелких»
- Б. Ф. Данилов «АЛМАЗЫ И ЛЮДИ»
- жизненная стратегия творческой личности
- Журнал «Университеты»
- Технология получения и очистки детонационных алмазов // Физика твёрдого тела, 2004, том 46, вып.4. - C. 586
- lenta.ru: «Новая технология позволит создавать бриллианты любого размера» по материалам «New Scientist»
- New n-Type Diamond Semiconductor Synthesized
- 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 ». Nature 428 (6982): 542-545. DOI :10.1038/nature02449 . ISSN 0028-0836 . Проверено 2010-02-22.
- Superconductivity in Polycrystalline Diamond Thin Films
Литература
- Дронова Н. Д., Кузьмина И. Е. Характеристика и оценка алмазного сырья. - М .: МГГУ, 2004. - 74 с.
- Епифанов В. И., Песина А. Я., Зыков Л. В. Технология обработки алмазов в бриллианты. - Учебное пособие для сред. ПТУ. - М .: Высшая школа, 1987.
- Орлов Ю.Л. Минералогия алмаза. - М .: Наука, 1984.
Ссылки
| Портал «Геология» | |
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.
Базовые характеристики алмаза
В качестве примера можно привести то, что алмаз обладает наивысшей твердостью по шкале Мооса, при этом камень хрупкий. Вещество является диэлектриком и изолятором. Алмаз обладает самой прочной упаковкой, то есть кристаллической решеткой. Структура состоит из одного атома углерода, который в природе является горючим и имеет аллотропные модификации. Самой известной формой элемента, помимо алмаза, является графит.
Ученые неоднократно проводили опыты, а также эксперименты, которые были связаны с модификациями углерода. В частности, во время плавления хотели добиться и посмотреть, не будет ли перехода алмаза в графит и наоборот. Одними из последних исследователей, которые занимались вопросом плавления, была группа физиков из университета в Калифорнии. Опыт проводился в 2010 году, и целью ученых был перевод алмаза в жидкое состояние.
Температура плавления алмаза
Сложность заключалась в том, что с повышением температуры вещество превращается в графит. Поэтому, вместе с температурой, приходилось повышать и давление. Интересно, что в обратную сторону процесс провести нельзя: графит не превращается в алмаз без затравки даже под действием высоких температур.
Показатель плавления вещества
Если верить уже проведенным исследованиям, то показатели плавления алмаза находятся на таком уровне:
С доступом кислорода вещество сгорает при температуре 850-1000 градусов Цельсия. Алмаз горит синим пламенем, после чего исчезает бесследно, превратившись в углекислый газ. В этом убедились ученые из Италии Тарджони и Аверани на собственном опыте. Еще в 1694 году они решили провести эксперимент и соединить два мелких бриллианта в один крупный. Несколько попыток закончилось сгоранием драгоценностей.
- Плавного расплавления добиться очень сложно. Для этого необходимо проводить эксперименты без доступа кислорода и в устройствах с переменой давления.
- Без доступа кислорода горение алмаза происходит при повышении показателей температуры до 1800-2000 градусов Цельсия, и вещество превращается в графит.
- Плавление происходит на уровне 3700-4000 градусов Цельсия, но достичь таких температур в лабораториях получается с большим трудом.
Кривую плавления алмаза построить тяжело, она получается аномальной, учитывается и наличие кислорода в процессе. Сходства и стандартов, как у других веществ, нет. Поэтому показатель неточный и может измениться после очередных экспериментов.
Ученые взяли алмаз небольшого веса, и плавление происходило под действием ударной волны. Волну создавали наносекундные лазерные импульсы. Жидкий алмаз, то есть расплавленный материал, действительно был получен в ходе эксперимента при давлении в 40 миллионов атмосфер.
Но при постепенном повышении давления и температуры до 50 000 по Кельвину на жидкой поверхности алмаза стали появляться твердые частицы. При этом неожиданным открытием стало то, что частицы не тонут в жидкости, а плавают, как кубики льда, напоминая айсберги. Жидкость не меняется и не кипит в процессе дальнейшего нагревания. При понижении давления и сохранении температуры на том же уровне частицы становились больше и склеивались в одно целое. В дальнейшем алмаз постепенно переходил в твердое состояние. Несколько «айсбергов» склеиваются между собой, жидкость не испаряется в процессе.
В обычных условиях на земле такого состояния углерода добиться нельзя. Но исследователи думают, что в недрах таких планет, как Нептун и Уран, углерод содержится именно в таком кипящем состоянии. Там есть целые океаны кипящих алмазов.
Подтверждения или материалов на эту тему нет, но большинство ученых согласно с гипотезой. А также это предположение объясняет странное действие магнитных полей планет. Эти небесные тела являются единственными в Солнечной системе, у кого нет четких географических полюсов, они все время перемещаются. Тщательнее исследовать планеты не получается, поскольку моделирование ситуации на земле или отправление экспедиций к этим планетам - дорогостоящий и трудоемкий процесс.
А вот еще один эксперимент был посвящен превращению алмаза в углекислый газ. Для этого ученые воздействовали на алмаз мощными ультрафиолетовыми лучами, после чего в камне образовывались углубления в месте воздействия. Камень выгорает и переходит в газообразное агрегатное состояние.
Производство лазеров на основе алмазов - изобретение, не имеющее смысла. Такие приборы ломаются и становятся непригодными к использованию. Но, конечно, не стоит переживать о том, можно ли носить камень летом под действием солнца - обычный ультрафиолет не повредит алмазу. Чтоб удалить один микрограмм минерала, нужно выдерживать камень под ультрафиолетом почти 10 миллиардов лет.
Интересен и тот феномен, что во время пайки изделий с бриллиантами в ювелирных магазинах, камень поддается нагреванию и обработке. Часто ювелиры паяют изделия с бриллиантами. Но такие действия могут закончиться помутнением камня, и владельцу придется отдавать его на переогранку. Опасно находиться над горелкой бриллиантам с микротрещинами или другими повреждениями - хрупкий камень рассыплется на части.
Каждый эксперимент внес свой вклад в исследование вещества под названием алмаз. К сожалению, до конца феномен плавления алмаза объяснить не удается. Зато новым ученым есть к чему стремиться, поле для исследований готово и человечество ждет открытий. Характеристика алмаза пригодится в производстве и в искусственном выращивании вещества. А также она поможет в исследовании космоса.
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
Опыты, связанные с температурой плавления
Как известно, кристаллическая решетка вещества имеет форму тетраэдра с ковалентными связями между атомами углерода. Возможно, что именно такая структура стала причиной нескольких открытий, связанных с плавлением алмаза.
Энциклопедии минералов дают показатели плавления алмазов 3700-4000 градусов по Цельсию. Но это не совсем точная информация, поскольку они не поддаются общепринятым закономерностям. В частности, во время плавления были обнаружены такие эффекты:
- Используя высокие температуры (2000 градусов Цельсия без доступа кислорода), алмаз можно превратить в графит. При этом дальнейшее поведение этого вещества с повышением температуры не поддается логическому объяснению. А вот процесс в обратную сторону произвести невозможно. В крайнем случае можно получить синтетический камень, кристаллическая решетка которого будет отличаться от природных алмазов.
- Если же нагревать камень до температуры 850-1000 градусов по Цельсию, он превращается в углекислый газ, то есть исчезает без следа. Такой опыт провели в 1694 году исследователи из Италии Тарджони и Аверани, пытаясь расплавить камни и соединить их в один алмаз.
- Исследования проводились и в 2010 году в Калифорнии, где группа физиков сделала вывод, что добиться плавления алмаза невозможно, если постепенно повышать температуру камня. Чтоб выяснить показатель плавления, необходимо, кроме температуры, воздействовать на алмаз давлением, а это затрудняет измерение. Чтоб действительно перевести алмаз в жидкое состояние, ученым потребовалось приложить немало усилий. Для этого они использовали импульсы лазера, которые действовали на камень несколько наносекунд. При этом камень в жидком виде был получен при давлении, в 40 миллионов раз превосходящем атмосферное на уровне моря. Кроме того, если давление понижалось до 11 миллионов атмосфер, а температура при этом на поверхности минерала была 50 тысяч Кельвинов, то на камне появлялись твердые кусочки. Они не тонули в остальной жидкости и внешне напоминали кусочки льда. При дальнейшем понижении показателя давления, кусочки скапливались, образовывая «айсберги» на плаву. Ученые сопоставили, что так ведет себя углерод в составе планет Нептуна и Урана, на поверхности этих небесных тел тоже существуют океаны с жидким алмазом. Но чтоб доказать это предположение, необходимо отправить спутники к планетам, что на сегодняшний момент невозможно быстро осуществить.
- Если действовать на камень короткими световыми импульсами в ультрафиолетовом диапазоне, то в минерале появятся небольшие углубления. Таким образом эксперимент подтверждает исчезновение камня под действием мощного ультрафиолета, то есть превращения алмаза в углекислый газ. Поэтому ультрафиолетовые лазеры на основе алмаза быстро ломаются и становятся непригодными к использованию. Но не следует переживать по поводу того, что бриллиант на украшении исчезнет со временем: чтоб удалить один микрограмм минерала, придется держать алмаз под ультрафиолетом около 10 миллиардов лет.
Итак, показатель плавления - интересная характеристика алмаза. Она все еще является предметом для изучения. С появлением технологий ученые находят новые способы проверки этой характеристики. На ее основе можно сделать выводы по поводу происхождения камня, открыть новые способы применения алмаза.