Щільність, г / cм³ 3,52 (± 0,01) Твердість 10 Сингонія Кубічна Колір Безбарвні і білі, чорні;
рідко сині, червоні, зелені, жовті, коричневі;
опромінені: сині, зелені, жовті, коричневі Прозорість Прозорі або просвічують Хімічний склад C
Алмаз, мінерал, кристалічна модифікація чистого вуглецю (С). Алмаз має найбільшу з усіх відомих і природі матеріалів твердістю, завдяки якій він застосовується в багатьох важливих галузях промисловості.
Різновиди Алмаза: баллас (кулястої форми сфероліти радіально-променевого будови), карбонадо (скрито- і микрокристаллические агрегати неправильної форми, щільні або шлакоподобние), борт (неправильної форми дрібно- і грубозернисті полікристалічні освіти).
Розмір природних Алмазов коливається від мікроскопічних зерен до вельми великих кристалів масою в сотні і тисячі каратів (1 карат = 0,2 г). Маса видобуваються Алмазов зазвичай 0,1-1,0 карат; крупні кристали понад 100 каратів зустрічаються рідко. Найбільший в світі Алмаз "Куллінан", масою 3106 каратів, знайдений в 1905года в Південній Африці; з нього було зроблено 105 діамантів, в т. ч. "Зірка Африки" ( "Куллінан I") в 530,2 карата і "Куллінан II" в 317,4 карата, які вставлені в королівський скіпетр і імператорську корону Англії. Там же знайдено Алмаз "Ексцельсиор" в 971,5 карата (1893) і "Джонкер" в 726 каратів (1934), з яких також виготовлені діаманти різної величини.
Залежно від якості (розміру, форми, кольору, кількості та виду дефектів) і призначення Алмаз діляться на 7 категорій і 23 групи: 1-я категорія - ювелірні Алмази, 2-я - світлі Алмази різноманітного призначення, 3-тя - Алмази для однокристального інструменту і оснащення вимірювальних приладів (наприклад, для вимірювань твердості) і т. д. відповідно до технічних умов на природні Алмази.
На світовому ринку розрізняють 2 види Алмазов - ювелірні та технічні. До ювелірних відносяться Алмази досконалої форми, високої прозорості, без тріщин, включень та інших дефектів. Алмази, ограновані спеціальної "діамантового" гранню, називаються діамантами. Ювелірні Алмази зазвичай застосовуються у вигляді прикрас і як надійне джерело вкладення капіталу. До технічних відносяться всі інші видобуваються Алмази, незалежно від їх якості і розмірів. Технічні Алмази застосовуються у вигляді порошків, а також окремих кристалів, яким шляхом ограновування надають потрібну форму (різці, фільєри тощо.).
Фізичні властивості. Елементарна комірка кристалічної решітки Алмаза має вигляд куба. Атоми вуглецю С розташовані в вершинах куба, в центрах його граней, а також в центрах 4 несуміжних октантів. Кожен атом З пов'язаний з 4 найближчими сусідами, симетрично розташованими по вершинах тетраедра, найбільш "міцної" хімічним зв'язком - ковалентного. Сусідні атоми знаходяться на відстані, рівному 0,154 нм. Ідеальний кристал Алмаза можна уявити собі як одну гігантську молекулу. Міцна зв'язок між атомами С обумовлює високу твердість Алмаза.
Структуру, подібну до Алмазу, мають і інші елементи IV групи періодичної системи Si, Ge, Sn. Однак в послідовності С-Si-Ge-Sn міцність ковалентного зв'язку зменшується відповідно зі збільшенням міжатомної відстані. Кристалічну решітку Алмаза мають також багато хімічних сполук, наприклад, з'єднання елементів III і V груп періодичної системи (решітка типу сфалериту - ZnS). Структури цих сполук (є напівпровідниками) завдяки додатковій іонної зв'язку (крім ковалентного), по-видимому, міцніше структур елементів 4-ї групи, що належать до того ж періоду системи елементів. Наприклад, з'єднання азоту з бором називається боразон, по твердості не поступається Алмазу.
Завдяки особливостям кристалічної структури (всі 4 валентних електрони атомів С міцно пов'язані) ідеальний кристал Алмаза (без домішок і дефектів решітки) повинен бути прозорим для видимого світла діелектриком. В реальних же кристалах завжди є деяка кількість домішок і дефектів решітки, різне для різних зразків. Навіть в найбільш чистих ювелірних алмазів вміст домішок досягає 1018 атомів на 1 см3. Найбільш поширені домішки Si, Al, Ca і Mg. Розподіл домішок в Алмаз може бути нерівномірним, наприклад, на периферії їх більше, ніж в центрі. Сильні зв'язку між атомами С в структурі Алмаза призводять до того, що будь-який недосконалість кристалічної решітки Алмаза робить глибокий вплив на його фізичні властивості. Цим пояснюються, зокрема, розбіжності даних різних дослідників. При загальному описі властивостей Алмаза виходять з того, що максимальний вміст домішок становить 5%, причому кількість однієї домішкової компоненти не перевищує 2%.
В Алмаз також зустрічаються тверді (олівін, піроксен, гранати, хромшпінеліди, графіт, кварц, оксиди заліза і т. П.), Рідкі (вода, вуглекислота) і газоподібні (азот і ін.) Включення.
Щільність Алмаза у різних мінералогічних зразків коливається в межах від 3470 до 3560 кг / м3. Обчислена щільність Алмаза (за рентгенограмами) ~ 3511 кг / м3. Алмаз - еталон твердості шкали Мооса з числом твердості 10 (корунд - 9, кварц - 7, кальцит - 3). Мікротвердість Алмаза, яка вимірюється вдавленням алмазної пірамідки, становить від 60-70 до 150 Гн / м2 [або від (6-7) 103 до 15 · 103 кгс / мм2] в залежності від способу випробування (за Хрущовим і Беркович ~ 104 кгс / мм2 , корунд ~ 2 · 103, кварц ~ 1,1 · 103, кальцит ~ 1,1 · 102кгс / мм2). Твердість Алмаза на різних кристалографічних гранях не однакова - найбільш твердої є октаедричні грань (111). Алмаз дуже крихкий, має досить досконалою спайність по межі (111). Анізотропія механічних властивостей враховується при обробці монокристалів Алмаза і їх орієнтуванні в однокристальному інструменті. Модуль Юнга - модуль нормальної пружності Алмаза тисячу Гн / м2 (~ 1013 дин / см2), модуль об'ємного стиснення 600 Гн / м2 (~ 6 · 1012дін / см2). Тепловий коефіцієнт лінійного розширення зростає з температурою від 0,6 · 10-6 ° С-1 в інтервалі 53-303 К до 5,7 · 10-6 в інтервалі 1100-1700 К. Коефіцієнт теплопровідності зменшується зі збільшенням температури в інтервалі 100- 400 К від 6 до 0,8 кДж / м · К (від ~ 14 до ~ 2 кал / сек · см · С). При кімнатній температурі теплопровідність Алмаза вище, ніж у срібла, а мольная теплоємність дорівнює 5,65 кДж / С кмоль-К. Алмаз диамагнитен, магнітна сприйнятливість на одиницю маси дорівнює 0,49 · 10-6 одиниць СГС при 18 ° С.
Колір і прозорість Алмаза різні. Зустрічаються Алмази безбарвні, білі, блакитні, зелені, жовті, коричневі, червонуваті (різних відтінків), темно-сірі (до чорного). Часто забарвлення розподілена нерівномірно. Алмаз змінює забарвлення при бомбардуванні α-частинками, протонами, нейтронами і дейтронами.
Показник заломлення Алмаза дорівнює 2,417 (для довжини хвилі λ = 0,5893 мкм) і зростає з температурою, дисперсія 0,063. Кут повного відображення дорівнює 24 ° 24 '. Деякі зразки Алмаза володіють оптичною анізотропією, наприклад подвійне променезаломлення, обумовленим внутрішніми пружними напруженнями, пов'язаними з неоднорідностями будови кристала. У більшості Алмазов спостерігається люмінесценція (в зеленого і синього частинах спектра) під дією ультрафіолетового та рентгенівського випромінювань, електронів, альфа-частинок і нейтронів. Опромінення Алмаза нейтронами не повідомляє йому стійкою радіоактивності, зменшує щільність Алмаза, "розпушує" грати і внаслідок цього погіршує його абразивні якості. Більшість Алмазов вибірково поглинає електромагнітне випромінювання в інфрачервоній області спектра (λ ~ 8-10 мкм) і в ультрафіолетовій (нижче 0,3 мкм). Їх називають Алмазами 1-го типу. Значно рідше зустрічаються Алмази 2-го типу (виявлені вперше в 1933 році), що не мають ліній поглинання в області 8-10 мкм і прозорі до ~ 0,22 мкм. Зустрічаються Алмази зі змішаними ознаками, а також володіють в одних частинах кристала ознаками 1-го типу, а в інших - 2-го. Основні спектроскопічні характеристики кристалів добре корелюються з кількістю азоту, що міститься в решітці Алмаза, і, мабуть, з тонкими відмінностями кристалічної будови.
Запропоновано підрозділ Алмаз 2-го типу на 2а і 2б, що розрізняються електричними властивостями. Питомий електричний опір Алмаза 1-го типу р ~ 1012 · 1014 ом · м, типу 2а - р ~ 1012 ом · м. Алмаз, що належать до типу 2б, мають р ~ 0,5 · 10 ом · м, вони є домішковими напівпровідниками р-типу, мають фотопроводимостью і при нагріванні виявляють лінії поглинання на довжинах хвиль λ> 6 мкм (вони вкрай рідкісні, відкриті тільки в 1952). Зустрічаються кристали Алмаз з виключно малим опором р ~ 10-2, які можуть пропускати великі струми. Серед неполупроводнікових Алмазов 2-го типу іноді зустрічаються кристали, електропровідність яких різко зростає при опроміненні альфа-частками, електронами і гамма-променями. Глибина проникнення альфа-частинок в Алмаз не більше 10 мкм, електронів (з енергією ~ 1 МеВ) - 1 мм. Такі Алмаз можуть використовуватися в кристалічних лічильниках. До переваг алмазних лічильників відноситься здатність працювати при кімнатній температурі, які тривалий час працювати в безперервному режимі, виділяти вузькі пучки радіації. Їх можна стерилізувати, що дуже важливо, наприклад, для біологічних досліджень.
Алмаз стійкий до дії кислот і розчинів лугів (навіть киплячих), розчиняється в розплавах селітри (нітрату натрію або калію) і соди (t ~ 500 ° C). На повітрі Алмаз згорає при 850-1000 ° С, в кисні - при 720-800 ° С. У вакуумі або в інертному газі при 1400 ° С починається помітна поверхнева графітизація Алмаза. При підвищенні температури цей процес прискорюється, і в області 2000 ° С повне перетворення відбувається за 15-30 хв. При імпульсному нагріванні (за кілька мсек) кристали Алмаза зберігаються при 3400 ° С, але перетворюються в графіт при 3600 ° С і вище.
Родовища і видобуток. Алмаз відомий людству за багато століть до н. е. Вперше Алмаз почали добувати в Індії, в 6-10 століттях - на о. Борнео, в 1725 - в Бразилії. З 70-х років 19 століття центр видобутку Алмазов з Азії та Південної Америки перемістився в Африку (спочатку в Південну Африку, потім в Центральну, Західну і Східну Африку).
Алмази видобуваються з корінних і розсипних родовищ. Єдиною промислової корінний породою Алмазов є кимберліти, що зустрічаються переважно на древніх щитах і платформах. Кімберліту найчастіше представлені трубообразнимі тілами різного розміру, дайками, жилами, рідше силламі. На глибині декількох сотень метрів від поверхні Землі трубки можуть переходити в малопотужні жили і дайки. Найбільший промисловий інтерес мають трубки розміром до 1525 х 1068 м (трубка "Мвадуі" в Танзанії), рідше розробляються дайки і жили. На всіх платформах відомо понад 1500 кімберлітових тіл, але промислове зміст Алмазов мають з них лише одиниці (в зарубіжних країнах - трубки "Прем'єр", "Де Бірс", "Бюлтфонтейн", "Дютойтспен", "Весселтон", "Кімберлі", " Ягерсфонтейн "і" Фінш "в ПАР," Мвадуі "в Танзанії," Маджгаван "в Індії; дайки і жили Малі," Бельсбенк "," Цвартругген "в ПАР," Коіду "в Сьєрра-Леоне, Дайк на річці Бу - Берег слонової Кістки і ін.). У кімберлітах Алмази розподілені досить нерівномірно. Вони зустрічаються поодинокими кристалами і рідше їх зростками; характерно, що ніде не утворюють великих скупчень.
Експлуатуються родовища з вмістом Алмазов порядку 0,4-0,5 кар / м3 і деякі трубки з виключно високоякісними Алмазами, в яких вміст знижується до 0,08-0,10 кар / м3 ( "Ягерсфонтейн" в ПАР). Видобуток з окремих трубок досягає 2-2,5 млн. Каратів в рік. Деякі трубки дали значні кількості Алмазов (в млн. Карат): "Прем'єр" близько 55, "Бюлтфонтейн" близько 24, "Весселтон" близько 23 і ін.
Єдиної думки про генезис Алмазов в кімберлітах немає. Одні дослідники припускають, що Алмаз кристалізується на великих глибинах в межах верхньої мантії, інші вважають, що Алмаз утворюється на глибинах 2-4 км в проміжних осередках виникають на кордоні порід фундаменту і осадового чохла платформ.
Основний видобуток Алмаз йде з розсипів (80 - 85%) різних генетичних типів (делювіальні, алювіальні, прибережно-морські розсипи, які експлуатуються при змісті 0,25-0,50 кар / м3).
У Росії Алмази вперше були виявлені в 1829 на Середньому Уралі (в басейні річки Койву). За роки Радянської влади в СРСР створена сировинна база Алмазов. Виявлені родовища Алмазов на Уралі об'єднуються в Уральську алмазоносних провінції, розташовану на західних схилах Південного, Середнього і Північного Уралу, де є розсипи з високоякісними Алмазами. У 1954-55 родовища Алмазов були відкриті в Східному Сибіру, на території Якутії. Сибірська алмазоносная провінція приурочена до Сибірської платформи; в її межах відомі як розсипних, так і корінні родовища (останні представлені кімберлітами трубчастої форми). Родовища зосереджені в західній Якутії (трубки "Мир", "Вдала", "Айхал" і ін.). Знайдено також Алмази на Тімане.
Понад 80% видобутих Алмаз використовується в промисловості. До 30-х років 20 століття перше місце в світовому видобутку Алмазов міцно займав ПАС (з 1961 - ПАР) де переважають ювелірні камені. Згодом у зв'язку з сильним зростанням попиту на технічні Алмази на перше місце за кількістю видобутих Алмазов висунувся Заїр, де є великі запаси технічних Алмазов.
Розробка родовищ Алмазов. Розсипних родовищ Алмаз розробляються відкритим способом із застосуванням екскаваторів або драг. Видобуток алмазоносних породи з трубок спочатку здійснюється за допомогою відкритих гірничих виробок; на великих глибинах переходять до підземного способу розробки. Підземна розробка включає магазінірованіє алмазоносних порід в камерах і видачу їх на транспортні горизонти через рудоспуски.
Здобута алмазоносная порода після попередньої обробки (в пісках - видалення глинистих частинок і великої гальки, в кімберлітах - дроблення і виборче подрібнення) збагачується до отримання концентрату на отсадочних машинах або у важких суспензіях (див. Гравітаційне збагачення). Витяг Алмаз в концентрат досягає 96% від вмісту їх в гірничій масі.
Алмаз синтетичний являє собою Алмаз, одержуваний штучним шляхом з неалмазного вуглецю і вуглець речовин. Синтетичний Алмаз має кристалічну структуру і основний хімічний склад природного Алмаза.
Хімічний склад Алмаза визначено в кінці 18 століття. Це дало початок численним спробам отримання штучних (синтетичних) Алмазов в різних країнах. Надійні результати синтезу Алмазов отримані в середині 50-х років 20 століття майже одночасно в кількох країнах (США, Швеція, ПАР).
У Радянському Союзі Алмази вперше синтезовані в Інституті фізики високих тисків під керівництвом академіка АН СРСР Л. Ф. Верещагіна. Промислове виробництво Алмазов було розвинене спільно з Українським інститутом надтвердих матеріалів. Про отримання синтетичного Алмаза в СРСР було оголошено на Липневому пленумі ЦК КПРС (1960).
Алмаз є кристалічною модифікацією вуглецю стабільною лише при високому тиску. Тиск термодинамічної рівноваги між Алмазом і графітом при абсолютному нулі (0 К = -273,16 ° С) становить близько 1500 Мн / м2 (15 кбар) і зростає зі збільшенням температури. При тиску, меншому рівноважного, стійкий графіт, а при більш високому - Алмаз. Однак взаємні перетворення Алмаза в графіт і графіту в Алмаз при тиску, відповідно меншому або більшому рівноважного, відбуваються з помітною швидкістю лише при досить високих температурах. Тому Алмаз при нормальному тиску і температурах до 1000 ° С зберігається практично необмежений час (метастабільний стан).
Безпосереднє перетворення графіту в Алмаз вимагає високої температури і відповідно високого тиску. Тому для полегшення синтезу використовують різні агенти, що сприяють руйнуванню або деформації кристалічної решітки графіту, або знижують енергію, необхідну для її перебудови. Такі агенти можуть надавати каталітичну дію. Процес синтезу Алмазов пояснюють також розчиненням графіту або утворенням нестійких з'єднань з вуглецем, який, виділяючись з розчину або при розпаді з'єднань, кристалізується у вигляді Алмазов. Роль таких агентів можуть грати деякі метали (наприклад, залізо, нікель і їх сплави).
Речовини, что застосовуються при сінтезі або додаються до реакційної суміші, могут входити в Алмаз у виде домішок, обумовлюючі при цьом деякі їх Властивості (в Першу Черга електричної та оптичні). Наприклад, домішка бору повідомляє кристалів Алмаза забарвлення від світло-синьої до темно-червоної; бор і алюміній надають алмазів певні температурні залежності електроопору. Форма і забарвлення кристалів залежать також від температурного режиму: для синтезу при високій температурі характерні досконаліші прозорі октаедричні кристали. Зниження температури призводить до появи кубооктаедріческіх і кубічних кристалів, а в низькотемпературної області зазвичай утворюються чорні кубічні кристали. Мікроскопічні кристали Алмаза можуть виходити і без участі каталізаторів при стисненні графіту в ударній хвилі.
Порівняно швидке зростання кристалів синтетичних Алмазов і специфічні домішки обумовлюють їх особливі фізичні і механічні властивості. Варіювання умов синтезу дозволяє отримувати кристали різних розмірів (до 4 мм), ступеня досконалості, чистоти і, отже, з заданими механічними та іншими фізичними властивостями. При певних умовах утворюються микрокристаллические агрегати типу баллас (діаметром в декілька мм) і карбонад, що відрізняються високою міцністю і, зокрема, стійкістю проти ударних навантажень.
авантюрин , агальматоліт , Агат , Азурит , Аквамарин , Аксинит , актиноліт , Олександрит , алмаз , альбіт , альмандин , Амблигонит , Аметист , анатаз , андалузит , андрадит , анортит , Апатит , апофиллит , арагоніт , Бенитоит , берил , Беріллоніт , БІРЮЗА , Бовен , бразіліаніт , Брукит , Вардіт , варисцит , воробйовіт , Віллема , Віолан , гагат , Гамберга , гаюїн , гематит , геміморфіт , гіпс , Горний кришталь , гранат , гроссуляр , гроссуляр масивний , данбурит , Дарвінських скло , Датолит , діопсид , диоптаз , дюмортьерит , жад , жадеїт , Залізний колчедан , перли , Ідокраз , смарагд , кальцит , касситерит , кварц , Кварцові скло , кіаніт , Корал , кордиерит , корнерупін , Корунд , Лабрадор , кремінне Скло , лазулит , Місячний камінь , Ляпіс-лазур , МАЛАХІТ , молдавіт , Маріаліт , марказит , Мейонна , Мікроклин , нефрит , нозеан , обсидіан , одонтоліт , олівін , олігоклаз , Онікс , опал , ортоклаз , Пейн , периклаз , пірит , піроп , плагіоклаз , поллуціт , пренит , Псевдофіт , Пумпеллііт , Родіціт , родоніт , родохрозит , рубеллит , Рубін , рутил , сапфір , сепіоліт , СЕРДОЛІК , серпентин , сингали , скаполіт , Слонова кістка , смітсоніт , Содалит , спессартин , сподумен , ставроліт , стеатит , Стіхтіт , сфен , тальк , Таффеіт , титанат стронцію , Тект , Томсон , Топаз , Тугтупіт , турмалін , уваровит , фенакіт , Фибролит , флюорит , халцедон , Хлорастроліт , Хризоберилл , хрізоколла , хрізоліт , хризопраз , цинкіт , цинкова обманка , циркон , цитрин , цоізит , Цоізит (туліт) , черепаховий панцир , шпінель , евклаз , Екан , енстатіт , епидот , Бурштин
