Доклад: Алмаз

С давних времен из драгоценных камней люди делают украшения. Особенно ценят красный рубин, голубой сапфир, зеленый изумруд и, конечно, алмаз — удивительный камень. Он поражает своей прозрачностью, ярким блеском, причудливой "игрой света", неожиданными переливами цветовых оттенков. Правда, для этого природный камень надо обработать, огранить — отшлифовать его поверхность так, чтобы она состояла из множества плоских граней. Такой алмаз называют бриллиантом. Особенно высоко ценятся украшения из алмазов.

И алмазы, и графит состоят из атомов углерода, но в молекулах они располагаются по-разному. Этого достаточно, чтобы эти вещества были так не похожи друг на друга. Ювелир превращает алмаз в бриллиант, создавая на его поверхности множество граней. Эти грани и заставляют камень сверкать и переливаться разноцветными огнями. Удивительный блеск бриллианта объясняется тем, что он возвращает назад почти все световые лучи, попавшие внутрь него. Ценность алмаза определяется его массой. Ее измеряют в специальных единицах — каратах; 1 карат = 0,2 г. Всем алмазам массой более 50 карат дают имена.

В 1905 г. в Южной Африке был найден алмаз — "Куллинан", масса которого равнялась 3106 каратам (621,2 г). Из него изготовили 105 бриллиантов, самый большой из которых ("Звезда Африки") имеет массу 530 каратов. Алмаз удивителен не только оптическими свойствами. Из всех природных минералов он самый твердый. Недаром его называют алмазом — в переводе с арабского "алмас" означает "твердейший".

Алмазом можно нанести царапину на поверхности любого минерала, но нет минерала, способного поцарапать алмаз. Напомним, что для разрезания стекол применяют алмазные резцы. Если поместить алмаз под гидравлический пресс и постепенно, а не резким ударом увеличить давление, то можно видеть, как при определенной нагрузке алмаз войдет в стальную плиту, как в масло. Исключительная твердость алмаза позволяет применять его при сверлении глубоких скважин в горных породах. Специальные буровые коронки с закрепленными на них алмазами в 10 раз увеличивают скорость бурения. Широко применяются алмазные резцы и сверла для обработки твердых сплавов, металлов, стекол, пластмасс. Из алмазов изготавливают фильеры для получения тонкой проволоки, например, из вольфрама или стали. Фильера — это пластинка с просверленным тончайшим отверстием, диаметром от 0,1 до 0,001 мм; при протягивании металла через отверстие образуется проволока, диаметр которой равен диаметру отверстия.

Что же представляет собой алмаз? Почему он так тверд? Выполненные еще в 17-м в. опыты по нагреванию алмазов и рубинов дали неожиданный результат — рубины при нагревании сохранялись, а алмазы попросту сгорали. Именно поэтому не удавалось получить крупные алмазы путем сплавления мелких. На рубеже 18-го и 19-го вв. было установлено, что алмаз — это не что иное, как углерод. Сверкающий драгоценный камень — и сажа, уголь, графит! А между тем все это — углерод. Удивительное явление, когда совершенно одинаковые по химическому составу вещества различаются по своим свойствам, называют полиморфизмом. Полиморфизм алмаза и графита удалось объяснить в начале 20-го в., когда с помощью рентгеновских лучей были выявлены атомные структуры этих веществ. И алмаз, и графит состоят из одних и тех же атомов углерода, но эти атомы по-разному расположены в пространстве. Они образуют разные пространственные постройки — разные кристаллические решетки. В них все атомы прочно связаны друг с другом. Точнее говоря, каждый атом связан с четырьмя соседними атомами. Эта прочная связь атомов и объясняет твердость алмаза. Решетка же графита имеет слоистое строение; связь между слоями слабая, поэтому графит легко расслаивается — чешуйки графита легко отрываются и остаются на бумаге, когда мы рисуем карандашом. Но если алмаз и графит состоят из одних и тех же атомов и все определяется только их положением в пространстве, то нельзя ли, как-то воздействуя на графит, изменить его атомную постройку таким образом, чтобы он превратился в алмаз?

В 50-х годах нашего столетия выяснили, что под давлением около 100 000 атмосфер и температуре 2000 С при отсутствии кислорода графит в течение нескольких часов превращается в мелкие алмазы (масса отдельного алмаза обычно не превышает 0,1 карата). С этого времени стало развиваться производство искусственных алмазов. Такие алмазы широко применяются в технике. Сейчас изучается еще один способ получения искусственных алмазов — с помощью взрыва. Во время одного из испытаний температура в камере, где произвели взрыв, превысила 2760 , а давление достигло 250 тыс. атмосфер. В результате химических реакций 20 % углерода превратились в алмаз. Получив искусственные алмазы, человек понял, как они образуются в природе. Это происходит в глубоких трещинах и природных скважинах (так называемых кимберлитовых трубках) в толщах горных пород под действием огромных давлений и высоких температур. Если рост алмаза происходит в течение многих лет при практически не меняющихся условиях, то может образоваться довольно крупный драгоценный камень. У нас природные алмазы находят в Якутии и на Урале. Главные алмазные месторождения за рубежом — в странах Африки — ЮжноАфриканской Республике, Заире, Ботсване, Намибии.

Список литературы

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.5.km.ru/