Как сделать алмаз в реальной жизни
Примерно 97 % алмазов, которые используются в промышленности — синтетические . Давайте разберём как их получают! Технологией производства синтетических алмазов владеют всего около десятка компаний во всем мире.
История
Желание синтезировать алмаз появилось у людей в конце XVIII века сразу, когда стало ясно, что от графита он отличается лишь кристаллической решёткой. С конца XIX века ученые предпринимали попытки превратить дешевые и доступные формы углерода (уголь или графит) в алмаз. Однако на практике, разрушить структуру алмаза оказалось легче, чем сформировать. Многие учёные сообщали миру о достигнутом успехе, однако реальных свидетельств не было. Первый искусственный алмаз, предъявленный миру, был получен в 1954 году в лаборатории компании General Electric.
Компания GE вдохновилась естественными процессами образования алмазов. По догадкам учёных, натуральные алмазы образуются при температуре 1300°С и давлении 50 000 атм. на глубине около двухсот километров под поверхностью Земли в толще мантии планеты. на глубине сотен. Лампроиты, кимберлиты и другие магматические породы выносят кристаллы на поверхность Земли.
Технология, имитирующая такие условия, называется HPHT (High Pressure High Temperature — высокое давление, высокая температура). Именно она была взята за основу при получении недорогих технических алмазов и алмазного порошка.
Свойства алмаза
Настоящий самоцвет обладает массой полезных свойств, широко применяемых в ювелирном, авиационном и строительном деле. Вот, за что ценят минерал во всем мире:
- Твердость. По шкале Мооса камушек имеет десять единиц твердости, что делает его одним из самых прочных кристаллов в природе. С его помощью разрезают различные твердые породы, такие как гранит, мрамор др. В отличие от того же кварца, он не деформируется под нагрузкой и его невозможно поцарапать. Благодаря такой прочности и долговечности кристалл пользуется популярностью среди ценителей.
- Преломление света. Алмазное сырье идеально преломляет свет, так что сквозь него невозможно ничего увидеть. По сути все внимание приковано к камню. Этим он завоевал первые места в самых дорогих ювелирных украшениях. Однако идеальное сверкание минерала достижимо только после его обработки, когда он превращается в бриллиант.
- Высокая теплопроводность. Благодаря данной характеристики самоцвет не оставляет на себе конденсат при попадании влаги. Так можно проверить камушек на подлинность: просто подышите на него, и если капельки пара останутся, то в ваших руках скорее всего дешевая стекляшка.
Как выглядят алмазы всех возможных расцветок: фото и видео
Здравствуйте ювелиры и те, кто не представляет свой жизни без украшений! Алмазные минералы являются самыми твердыми и одними из самых дорогих драгоценностей в мире. Однако неопытный обыватель может легко спутать их с другими менее дорогими породами, например, кварцем. Поэтому возникает закономерный вопрос: как выглядит алмаз? В этой статье мы обсудим внешний вид минера, его свойства и характеристики.
Можно ли из графита получить алмаз?
Конечно, натуральные алмазы зачастую ценятся куда выше, чем созданные искусственным образом. При этом добытчики алмазов получают немалые прибыли. Однако, в погоне за собственным любопытством и иногда жаждой наживы, многие стремятся узнать, возможно ли получить этот драгоценный минерал искусственным образом?
Эти сомнения подстегиваются еще и тем, что состав графита и алмаза практически идентичен.
И в какой-то степени сомневающиеся правы – алмаз действительно можно получить путем некоторых манипуляций из простого графита. Это было доказано еще в 1955 году. Но для такого события понадобилось создать температуру в 1800 градусов по Цельсию и давление в 120 000 атмосфер. Можно ли сделать это проще?
Как сделать алмаз самому и возможно ли это?
Задача эта действительно непростая и требует вдумчивого и кропотливого отношения к процессу. В этой статье мы рассмотрим как вполне реальные способы создания кристаллов, так и совсем невероятные (во всяком случае, для проведения дома).
Как сделать алмаз: эффективные и не очень способы
На самом деле, для создания алмаза (в идеале) должны соблюдаться следующие условия:
- Давление более чем в 100 000 атмосфер.
- Температура порядка 1600 градусов (или выше).
- Сотни тысяч лет (лучше дольше).
Искусственным образом сейчас удается создать алмазы за несколько месяцев. Однако остальные условия все равно приходится соблюдать.
Но безумные экспериментаторы не собираются отчаиваться. Вот что они предлагают:
- C помощью волшебного сочетания трубы, графита и тротила предлагают создать плотно запаянную конструкцию. Корпусом должна послужить труба, в которую надо сложить остальные компоненты. После образовавшегося взрыва нужно найти остатки эксперимента и вот в них-то и должны содержаться алмазы.
Этот эксперимент может стоить вам жизни! Не проводите его на практике!
- Второй вариант куда более безопасный, но оставляет сомнения в реальности получения именно алмаза, а не просто красивого камня. Для этого возьмите источник высокого напряжения, а также провод, карандаш и жидкий азот (можно заменить водой). Отделите грифель от карандаша и крепко сцепите его с проводом. Конструкцию после этого следует заморозить, после того соединить с источником напряжения. Утверждается, что сразу же после пропускания такого разряда, грифель превратится в алмаз. Это весьма сомнительно, но в качестве очень осторожно проводимого домашнего эксперимента попробовать можно.
Таким образом, на данный момент создать по-настоящему домашний способ образования бриллиантов – задача практически нереальная. Однако если вам интересен сам процесс и вы хотели бы попробовать себя в качестве экспериментатора (возможно, вместе с юным поколением), то попробуйте следующий способ. Он проверен временем и многими поколениями – в результате получаются прекрасные кристаллические структуры, так похожие на любимые многими алмазы и другие драгоценные камни.
Домашние кристаллы
- дистиллированная вода,
- соль,
- нить,
- пищевые красители (по желанию).
Аналогичным образом можно поступить с сахаром или медным купоросом.
Но помимо перечисленных ингредиентов, вам могут пригодиться и самые разные компоненты, камни из которых получаются красивее и аккуратнее, чем из соли. Для этого ингредиенты понадобятся чуть менее доступные, однако в сети сейчас можно купить практически все.
В первом видео будем выращивать фиолетовые кристаллы из алюмокалиевых и хромокалиевых квасцов. Никакая соль в сравнение не идет:
Во втором видео показывается общий принцип создания домашних кристаллов (на примере все тех же квасцов):
В общем, создать для себя красивые камушки вполне реально. А если не ставите перед собой цель обогатиться, то это идеальный выход. К тому же, с такими экспериментами можно с ранних лет привить детям любовь к химии, что может сыграть в их жизни немалую роль.
Внешний вид алмазов: как выглядит минерал
Наконец мы подошли к ответу на вопрос о внешнем виде алмазного кристалла. Обратите внимание, что самоцвет может иметь всевозможные формы и расцветки в зависимости от физико-химических свойств породы. Благодаря наличию различных вкраплений, камушек может иметь разные оттенки. Некоторые самоцветы являются так сказать «неполноценными» из-за особенностей своего физико-химического состава. По типу кристаллической решетки различают такие виды минералов:
- Борт. С французского борт переводится как «неполноценный». Он получил такое название из-за своей некачественной с точки зрения ювелирного дела кристаллической решетки. Камни попадаются в месторождениях в виде сгустков непрозрачного или малопрозрачного типа, со многими трещинами и дефектами. К сожалению, такие элементы не поддаются огранке, поэтому использовать для инкрустации колец или сережек их невозможно. Неограненный камушек растирают в мелкий порошок и используют для изготовления обрезных кругов. Благодаря высокой плотности и абразивности борт активно задействован в промышленном производстве.
- Баллас. Это преимущественно круглые плотные алмазные элементы, которые не имеют никаких вкраплений. По цвету они обычно черные или серые, однако не могут быть задействованы в ювелирном искусстве. Чаще всего они находят применение в машиностроении и других производственных целях.
- Карбонадо. Это высокоуглеродистые соединения преимущественно серого или черного окрасок. Они могут иметь кубическую или октаэдрическую форму, и быть коксовидного происхождения. Они также ценятся как технические самоцветы благодаря тому, что обладают высоким сопротивлением.
Полноценные же ограненные бриллианты великолепно преломляют свет отблескивая на солнце. Они не имеют помутнений или вкраплений и чаще всего являются бесцветными. Такие красивые камушки можно встретить в колье, ожерельях сережках или подвесках. Однако помимо прозрачных встречаются также так называемые фантазийные камни, которые могут иметь всевозможную окраску. Их цвет зависит от содержания определенных химических веществ, а также от действия на них различных природных факторов. Вот существующие расцветки фантазийных камней:
- Коричневые и серые фантазийные минералы. В реальной жизни такие камушки встречаются довольно часто и в цене не высоки. Свой окрас они приобрели благодаря содержанию в кристаллической решетке мелких фракций железа. Так как они пользуются небольшим спросом среди ювелиров, то и цена на них относительно невысокая. Коричневые можно купить приблизительно за четыре тысячи долларов за карат, а серые от шести и дороже.
- Золотистые и желтые. Степень окраски определяется по шкале. Обратите внимание, что порой в Российской Федерации и в других странах мира оценка расцветок может отличаться, поэтому получить точную информацию о цвете какого-либо минерала можно непосредственно у продавца. Золотистыми камушки являются благодаря вкраплениям лития.
Они чуть более хрупкие, чем обычные прозрачные, но также неповторимо красивы. Иногда некоторые алмазные образцы можно спутать с сапфирами похожего цвета. Цена на них начинается от двенадцати тысяч долларов за карат.
Самым известным является алмаз «Де Бирс», который был найден в конце девятнадцатого века. В необработанном виде он весил четыреста девяносто карат, а после огранки всего семьдесят. Но несмотря на такую потерю веса он не утратил свой ценности и его за большие деньги купил махараджа Патиала. После 1948 года бриллиант исчез.
- Оранжевые. Чуть более отличающиеся от предыдущих, но в принципе из той же категории. Такие камни стоят от сорока тысяч да один карат.
- Голубые и синие. Эти фантазийные образцы тем дороже, чем более насыщенным является синий цвет. То есть голубые будут несколько дешевле, а ярко синие довольно дорогие. Цена за карат варьируется от ста до ста пятидесяти тысяч долларов. Один из известнейших алмазов синего окраса является Виттельсбах весом почти тридцать шесть карат. Им владел испанский король Филипп IV до того момента, пока он не перешел в руки его дочери.
- Розовые и пурпурные. Необработанный материал розового и пурпурного цвета приобрел свою расцветку благодаря марганцу и водороду, входящему в химический состав образца. Такие камушки очень ценятся у представительниц прекрасного пола. В зависимости от сложности огранки и компании, которая реализует украшения, минералы могут стоить от ста до двухсот тысяч долларов за один карат.
- Зеленые или изумрудные. Свой цвет они приобретают благодаря воздействию на них радиации. Некоторые прозрачные образцы специально обдают радиацией в лабораторных условиях, чтобы они приобрели зеленоватый окрас. После изменения цвета такой фантазийный минерал повышается в цене практически в десять раз. Так обычный прозрачный алмаз хорошего качества стоит около двадцати тысяч за карат, а изумрудного стоит порядка двухсот пятидесяти тысяч.
Иногда можно спутать его с изумрудом, но у алмазного образца несколько иная кристаллическая структура, что будет видно опытному ювелиру. По фото же эти камни практически не различишь.
Одним из известнейших является экспонат дрезденского музея под названием «Дрезден Грин» размером в сорок карат. Этот камень всегда принадлежал немецкой королевской семье до того момента, как в 1945 году был выведен в СССР. Через тринадцать лет «Дрезден Грин» вернулся своим законным владельцам в Германию. На данный момент он перешел из рук частного коллекционера в музей, и является важнейшей часть его экспозиции.
- Красные. Неописуемой красоты бриллианты используются для изготовления самых дорогих украшений, которые могут себе позволить лишь очень богатые коллекционеры. Это редкие образцы, которые приобретают свой цвет благодаря наличию в составе хрома. Практически все камни такого типа хранятся или в музее, или в руках коллекционеров. Ювелирные дома практически не занимаются изготовлением красных алмазов для розничной продажи.
Вот такими бывают прекрасные драгоценные камни, алмазы. Надеемся вам понравилась статья, которая несколько приоткрыла завесу в мир самых дорогих минералов в мире. Независимо от цвета и формы самоцветы великолепно будут смотреться на шее любой девушки. Добавляйте статью в Фейсбук и Твиттер, чтобы друзья тоже смогли узнать о том, как выглядит алмаз и как его отличить от других минералов. До скорых встреч!
Как выращивают алмазы сегодня
На сегодняшний день существует множество технологий по производству алмазов, однако промышленность использует для этих целей преимущественно одну из двух технологий — это вышеупомянутая технология HPHT и технология CVD .
HPHT
Выращивание алмазов производится при высокой температуре (около 1500 °C, с нужным градиентом) и высоком давлении (50−70 тыс. атм.). В данном методе используются затравочные кристаллы алмаза (до 0,5 миллиметров в диаметре), которые кладут на пласт из графита. Сначала располагается основа с затравкой, потом идет сплав металла (железо, никель, кобальт и др.), который является катализатором, затем прессованный графит. Гидравлический пресс обжимает специальный контейнер со всеми вышеперечисленными компонентами. Сквозь камеру протекает электрический ток, разогревающий расплав до нужной температуры. Под воздействием температур и давления ковалентные пи-связи графита преобразуются в сигма-связи алмаза. Металл в процессе плавится, и графит оседает на затравку. На подложке может находится одна или несколько затравок, поэтому синтез продолжается от 4 до 13 дней, все зависит от требуемых размеров камня. — небольших кристаллов алмаза.
CVD
Синтез CVD-алмазов (Chemical Vapor Deposition, осаждение из газовой фазы). Второе название процедуры — пленочный синтез. Технология более старая и проверенная, чем HPHT-производство. С помощью этой технологии производятся промышленные алмазы, например для лезвий в микрохирургии. Алмазная затравка помещается на подложку в специальной камере. С помощью СВЧ-излучения углеводородный газ разогревается до высоких температур (
3000°С ), образуется ионизированный газ. Углерод, который был в газе, оседает на подложку, нагретую до температуры 600−700°С. Синтетический алмаз, созданный по этой технологии, получается более чистым, без примесей азота, однако он имеет ограниченное применение в электронике и оптике. Скорость роста — от 0,1 до 100 мкм/ч. Толщина пластин обычно ограничена 2−3 мм, поэтому вырезанные из нее алмазы можно использовать в качестве ювелирных, но их размер, как правило, не превышает 1 карата.
Детонационный метод синтеза
Методы взрывного синтеза алмазов основаны на кратковременном воздействии высоких давлений и температур на углеродсодержащий материал (графит, уголь, кокс) и с быстрым последующим охлаждением образовавшейся алмаза, чтобы он не перешёл в более стабильную форму — графит. Для этого используются взрывчатые вещества. Таким способом получают алмазные нанокристаллы диаметром 5 нм.
Чем различаются природные и синтетические алмазы?
Одно из существенных отличий природных алмазов — дефекты кристаллической решетки, которые придают камням окраску. Например, желтый — последствие вкраплений атомов азота, коричневый и розовый оттенок камня — последствия искривления кристаллической решетки. При этом, управляя процессом создания, в искусственных алмазах можно добиться кристаллической решетки, близкой к идеальной, а чистота содержания углерода в них может доходить до 99,999%.
Как образуются алмазы и можно ли их получить в домашних условиях?
Алмазы, древнейшее сокровище в мире, образовались более 3,3 миллиарда лет назад на глубине 200 километров под землей.
Откуда берутся алмазы ?
Эти камни образуются глубоко в недрах Земли в течение миллионов лет. Для их формирования необходимы сильное давление высокая температура, и другие физико-химические условия.
Бриллианты проделывают удивительно долгий путь, прежде чем оказаться в ювелирных изделиях.
Основными местами, в которых образуются алмазы, являются такие районы континентов, где в течение долгого времени не происходит какая-либо геологическая активность. Протекает этот процесс на большой глубине — примерно от 100 до 200 километров. Такая глубина выбрана исходя из условий, которые там создаются. Температура на такой глубине достигает 1 500 градусов Цельсия , а давление часто переваливает за отметку 40 000 атмосфер . Такие условия способствуют переходу углерода из графита в другую модификацию – алмаз, имеющую плотно упакованную атомами кубическую структуру. Пробыв миллиарды лет на больших глубинах, алмазы выносятся на поверхность кимберлитовой магмой во время вулканических взрывов, образуя при этом коренные месторождения алмазов – кимберлитовые трубки.
Расплавленный кимберлит формируется в верхней мантии Земли. Под влиянием экстремально высокой температуры и давления он быстро расширяется. В результате магма извергается, выплескиваясь на поверхность Земли и увлекая за собой алмазосодержащую породу. Перемещаясь с невероятной быстротой, изверженная магма образует трубку, ведущую к земной поверхности. При охлаждении магма застывает, образуя породу под названием «кимберлит». Эта порода заполняет вертикальные образования, которые называют «кимберлитовыми трубками».
«Кимберлит» назван в честь южноафриканского города Кимберли, где в такой породе впервые были обнаружены алмазы.
Кимберлитовые трубки считаются наиболее важным источником алмазов, камни ювелирного качества встречаются лишь в одной из каждых двухсот таких трубок. Чтобы получить бриллиант ювелирного качества массой один карат, необходимо переработать в среднем 250 тонн кимберлитовой породы.
Почему алмаз самый твердый в природе?
Алмаз, самый прочный из известных материалов, состоит исключительно из углерода. В природе углерод имеется в изобилии и в различном виде. Разница между алмазом и куском угля заключается в их молекулярной структуре. Структура угля аморфна, с органическими молекулами разложившегося материала растительного и животного происхождения.
А у алмазов структура кристаллическая, напоминающая пирамиду. При образовании алмаза каждый из его атомов углерода вступает в связь с четырьмя другими атомами углерода. Фактически, каждый атом участвует в четырех очень крепких ковалентных связях.
Поэтому алмаз в 58 раз прочнее любого другого материала, существующего в природе.
Считается, что первые алмазы были обнаружены в индийских реках еще в IV веке до нашей эры. Но лишь в 1867 году алмазы были найдены в Кимберли (Южная Африка). Сегодня ЮАР — одна из главных алмазодобывающих стран
Можно ли сделать алмаз в домашних условиях?
Люди во все времена хотели сделать невозможное возможным. В том числе опробовать методы, чтобы узнать, как сделать алмаз и вырастить его в домашних условиях.
Задача эта действительно непростая и требует вдумчивого и кропотливого отношения к процессу.
Пару лет назад ученым удалось под кратковременным воздействием лазерного импульса заставить углерод нагреться практически до 3800 градусов по Цельсию. После этой процедуры углерод быстро охлаждается. В результате этого американским ученым удалось получить пока что самую твердую форму углерода, названную Q-углеродом.
То есть практически такой камень можно получить при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре (при наличии лазера конечно). Самое интересное, что по результатам таких экспериментов, в Северной Каролине (а именно там проводились испытания) пришли к выводу, что данная форма углерода превышает по прочности алмаз.
Но и это еще не все – настоящий алмаз в наши дни можно сделать буквально за считанные минуты.
Правда понадобится еще и огромное статическое давление и температура порядка 2500 градусов. Но такие алмазы получаются (за счет поликристалличности) даже более твердыми, чем природные аналоги.
Но все эти способы хоть и хороши, однако требуют хотя бы частичного воспроизведения природных условий. Единственное, что ученым удалось «скосить» – это время, затрачиваемое на создание минерала. Также иногда получается уменьшить и температуру с давлением, но тут уже требуется специализированное оборудование, стоящее немалых денег и труднодоступное для обывателя.
Так возможно ли вырастить алмаз самостоятельно?
На самом деле, для создания алмаза (в идеале) должны соблюдаться следующие условия:
- Давление более чем в 100 000 атмосфер.
- Температура порядка 1600 градусов (или выше).
- Сотни тысяч лет (лучше дольше).
Искусственным образом сейчас удается создать алмазы за несколько месяцев. Однако остальные условия все равно приходится соблюдать.
Но безумные экспериментаторы не собираются отчаиваться. Вот что они предлагают:
- C помощью волшебного сочетания трубы, графита и тротила предлагают создать плотно запаянную конструкцию. Корпусом должна послужить труба, в которую надо сложить остальные компоненты. После образовавшегося взрыва нужно найти остатки эксперимента и вот в них-то и должны содержаться алмазы.
Этот эксперимент может стоить вам жизни! Не проводите его на практике!
- Второй вариант куда более безопасный, но оставляет сомнения в реальности получения именно алмаза, а не просто красивого камня. Для этого возьмите источник высокого напряжения, а также провод, карандаш и жидкий азот (можно заменить водой). Отделите грифель от карандаша и крепко сцепите его с проводом. Конструкцию после этого следует заморозить, после того соединить с источником напряжения. Утверждается, что сразу же после пропускания такого разряда, грифель превратится в алмаз. Это весьма сомнительно, но в качестве очень осторожно проводимого домашнего эксперимента попробовать можно.
Таким образом, на данный момент создать по-настоящему домашний способ образования бриллиантов – задача практически нереальная. Однако если вам интересен сам процесс и вы хотели бы попробовать себя в качестве экспериментатора (возможно, вместе с юным поколением), то попробуйте следующий способ. Он проверен временем и многими поколениями – в результате получаются прекрасные кристаллические структуры, так похожие на любимые многими алмазы и другие драгоценные камни.
В воду добавьте такое количество соли, чтобы она перестала растворяться. Возьмите ниточку и поместите на нее кристаллик соли. Эту совокупность опустите в приготовленный раствор и подождите несколько дней.
К стати, при добавлении пищевых красителей можно получить самые разнообразные цвета и оттенки «камушков». Аналогичным образом можно поступить с сахаром или медным купоросом.
В общем, создать для себя красивые камушки вполне реально. А если не ставите перед собой цель обогатиться, то это идеальный выход. К тому же, с такими экспериментами можно с ранних лет привить детям любовь к химии, что может сыграть в их жизни немалую роль.
История добычи и использования минерала
Хотя добывали и применяли в своей жизни данные камни люди уже довольно давно (до н.э.), в ювелирном производстве они стали использоваться лишь с пятнадцатого века. Стоит отметить, что изумруд и жемчуг уже были широко распространены, а вот алмазное сырье только набирало популярность.
Со временем, когда мастера научились качественно обрабатывать минерал, его стоимость возросла, а он сам стал использоваться в качестве самостоятельного или дополнительного украшения. У большинства королей и герцогов короны и ожерелья были инкрустированы драгоценными камнями. Они широко использовались в торговых операциях и продавались во многих странах мира. Большинство завозилось из Индии и Бразилии, но со временем месторождения были найдены в странах Ближнего Востока и Африки. Некоторые самоцветы были найдены в кратерах после падения метеоритов.
Начиная с конца девятнадцатого века ученые открыли такое явление как кимберлитовые трубы. Этот вертикальные воронки напоминающие трубы, которые образовались под действием выбросов газов на поверхность земли. Под действием давления и высокой температуры в этих трубах образуется природный минерал. Алмазы в таких трубах довольно крупные и качественные (имеют мало трещин и помутнений). В наше время специалисты научились в лабораторных условиях выращивать камень, однако он пользуется меньшей популярностью, чем натуральный. Стоит отметить, что искусственно выращенные элементы часто используют в промышленных целях.
Эксперименты и результаты ученых
Пару лет назад ученым удалось под кратковременным воздействием лазерного импульса заставить углерод нагреться практически до 3800 градусов по Цельсию. После этой процедуры углерод быстро охлаждается. В результате этого американским ученым удалось получить пока что самую твердую форму углерода, названную Q-углеродом.
То есть практически такой камень можно получить при нормальном атмосферном давлении и комнатной температуре (при наличии лазера конечно). Самое интересное, что по результатам таких экспериментов, в Северной Каролине (а именно там проводились испытания) пришли к выводу, что данная форма углерода превышает по прочности алмаз.
Но и это еще не все – настоящий алмаз в наши дни можно сделать буквально за считанные минуты.
Правда понадобится еще и огромное статическое давление и температура порядка 2500 градусов. Но такие алмазы получаются (за счет поликристалличности) даже более твердыми, чем природные аналоги.
Так возможно ли вырастить алмаз самостоятельно?
Читайте также: