О том, как сделать алмаз, люди задумывались десятками лет. А все потому, что выращивание этих камней не просто обогатит создателя методики, но и сделает их более доступными. Есть мнение, что реально получить бриллиант из графита или угля, так как все они состоят из углерода. Прочитав статью, вы сможете разобраться, насколько это утверждение реально, в чем разница между упомянутыми минералами и можно ли получить драгоценность, не покидая пределов квартиры.
Небольшой экскурс в свойства пород
Вплоть до 17 века, никто не подозревал о сходстве угля, алмаза и графита. Они никогда не соседствовали в природе. Тем более, ученые не могли помыслить о превращении одного вещества в другое. Все изменилось, когда английский химик Теннант провел свой эксперимент и выяснил их истинную природу.
Визуально, понять это не было возможности, так как породы совершенно различны. Графит не имеет прочных связей и состоит из скользящих друг по другу чешуек. Его основная сфера применения – смазка для снижения трения между поверхностями. Внешне, он похож на расплавленный металл.
Угольный состав включает в себя мелкие частицы графита, но дополняется углеводородным соединением, кислородом и азотом, что придает ему не жидко-вязкую форму, а более плотную. Алмазы же, вообще имеют одно из самых прочных соединений в природе. Внешне – это прозрачные камни, совсем несхожие со своими «собратьями».
КАК НАЗЫВАЮТСЯ ИСКУССТВЕННЫЕ БРИЛЛИАНТЫ
По сложившемуся стереотипу «искусственный» — это нечто только внешне похожее на оригинал. Но имитация не всегда значит подделка.
Нексус
Так как современные выращенные алмазы идентичны природным, маркетологи предлагают заменить прижившийся термин «искусственный алмаз» на формулировки, которые отражали бы природу происхождения этого камня более точно:
- «созданные»;
- «выращенные в лаборатории»;
- «созданные в лаборатории».
Искусственно выращенные «бриллианты»
Есть и другие виды искусственных камней. Они близки по структуре к алмазам, но немного не дотягивают по характеристикам твердости и показателям преломления света.
- Муассанит. В природе он образует мелкие бесцветные кристаллы с алмазным блеском — карбид кремния. Но природный минерал встречается крайне редко. Поэтому когда речь идет о муассаните, обычно говорят об искусственном карбокорунде. Камень очень похож на алмаз (его показатель преломления даже более высокий: 2,65 — 2,69), а твердость лишь немного ниже (8,5-9,25 по шкале Мооса). Муассанит также отличается термочувствительностью (при нагревании выше 65°С меняет цвет).
- Нексус. Камень создают, соединяя углерод с другими компонентами. По прочности практически не уступает алмазу.
- Фианит. Создан учеными Физического института Академии наук СССР (ФИАН), в честь которого и был назван. Фианиты используются для имитации алмазов, с которыми их легко перепутать из-за сходного показателя преломления (2,15-2,25).
Фианит
При переводе на иностранные языки фианит нередко называют цирконом или цирконием, что не является верным, так как циркон — минерал с отличающимися физическими показателями, а цирконий — химический элемент.
Имитации бриллиантов
Отдельно стоят кристаллы, имитирующие лишь внешний вид алмаза. Они значительно уступают по прочности и не имеют алмазного блеска (показатель преломления — меньше 1,9).
- Шпинель (дегуссит). Натуральная шпинель редка и имеет малиновый цвет. Поэтому для имитации алмазов используют искусственные камни, которым можно придать любой цвет.
- Хрусталь — является высококачественным стеклом.
- Стразы Сваровски — небольшие камни с идеально равными гранями и различными оптическими эффектами.
- Белый сапфир — искусственный бесцветный сапфир с высокими показателями прочности.
- Рутил — его показатель преломления даже выше, чем у алмаза, однако из-за высокого эффекта двупреломления тыльные грани кристалла затуманены.
Шпинель
Игры с породами: превращение одного вещества в другое
Как только ученые обнаружили сходство алмаза, угля и графита, они задались целью научиться превращать одно вещество в другое. Первые эксперименты были удачными.
Выяснилось, что при нагревании «драгоценного камня» в безвоздушном пространстве до 1800 градусов, он полностью превращается в графит. Тот же эффект получается, если сквозь раскаленный до 3500 градусов уголь, пропустить электрический ток. Получив успех на этих превращениях, ученые задались целью сделать искусственный алмаз, и застряли практически на 100 лет.
Эксперимент, как из угля сделать алмаз, увенчался успехом только в 1880 году и проходил в 2-а этапа. Сначала, путем электролиза, получали графит. Затем, его помещали в стальную колбу, закрывали с обоих концов и нагревали докрасна. Иногда, сосуд не выдерживал давления и взрывался. Но, если все проходило гладко, то при вскрытии трубы внутри находили темные, но сверхпрочные кристаллы.
ЧТО ТАКОЕ СИНТЕТИЧЕСКИЙ БРИЛЛИАНТ
В конце XVIII века ученые обнаружили, что алмаз — одна из форм углерода. Это положило начало многочисленным попыткам воссоздать драгоценный камень из подручных материалов: таких, как уголь или графит.
Как появились искусственные алмазы
Начиная с XIX века, многие известные физики и химики заявили об удачном завершении опытов по выращиванию алмазов. Правда, ни одно из таких заявлений не подтвердилось документально.
Лишь в 1927 году советский физик О. Лейпунский совершил прорыв, вычислив необходимые для процесса условия. Дальнейшие исследования и эксперименты проводились параллельно в СССР, США и Швейцарии.
Синтетический бриллиант
HPHT и CVD
Создал и запатентовал первую рабочую установку синтеза кристаллов швед Балтазар Платен. Свой метод он подсмотрел у природы.
Натуральные алмазы образуются на глубине, в раскаленной мантии земной коры с температурой более 1000°С и давлением около 50.000 атмосфер.
Платен воссоздал похожие условия: ячейку с никелем, кобальтом и железом раскаляли и обжимали многотонным прессом. Металлы в этом случае выступали катализатором, а прессы имитировали давление в тысячи атмосфер.
Такой способ получил название HPHT (High Pressure High Temperature) — высокое давление, высокая температура. Метод несовершенный, но простой и бюджетный. Сегодня он используется для массового изготовления технических алмазов и алмазной пыли.
В 60-х годах XX века был изобретен более совершенный метод CVD (Chemical vapor deposition) — химическое осаждение из газовой фазы. Суть технологии — в кристаллизации алмазов из углеводородного газа на выращенную методом HPHT подложку. CVD позволяет создавать более крупные и чистые кристаллы.
HPHT
Нано-алмазы
Помимо HPHT и CVD, есть и другие, более узконаправленные, технологии:
- детонационный синтез алмазов — высокие температура и давление получаются благодаря детонации графита. В результате разложения углеродосодержащих веществ образуются нанокристаллы;
- ультразвуковой синтез наноалмазов — позволяет синтезировать микрокристаллы из суспензии графита в органической жидкости при обычном давлении и комнатной температуре.
Рекомендуем: ФИАНИТ — деталь лазера и «бриллиант бедняков»
Сходства и различия
Долгое время HPHT-алмазы и CVD-алмазы отличались от природных размерами — в искусственных условиях невозможно было вырастить камень крупнее карата. Но многие компании продолжают работать над устранением этого недостатка.
Нано-алмазы
На сегодняшний день в искусственных условиях выращивают камни со следующими характеристиками:
| размер | 6 и более карат |
| твердость | 10 по шкале Мооса |
| показатель преломления света | 2,417 — 2,419 |
| цвет | D, E, F |
| чистота | от чистейших IF до технических SI |
| тип | в основном II (менее 0,001% азота) |
У искусственных алмазов есть отличия от природных:
- “искусственники” могут иметь включения металла, оставшиеся от производства;
- на цветных камнях можно рассмотреть секторы роста, которые появляются из-за ускоренных процессов кристаллизации;
- природные и искусственные кристаллы по разному люминисцируют в УФ-лучах.
Эти различия можно увидеть только на специализированном оборудовании. Поэтому поставщики и продавцы искусственных алмазов обязаны указывать на бирках к товару сведения о происхождении кристаллов.
Цена за карат зависит от свойств каждого камня, но в любом случае стоимость даже самого лучшего синтетического алмаза будет в 2 раза ниже природного.
CVD
Достоинства и недостатки искусственных алмазов:
| Достоинства | Недостатки |
|
|
Безопасный способ обогащения – находка для экспериментаторов
О том, как вырастить алмаз в домашних условиях, ходит много «легенд». Вычленить среди них действенный, а, главное, безопасный способ – сложнорешаемая задача. Тот вариант, о котором сейчас пойдет речь, подходит для любителей экспериментов, но всерьез ожидать получения драгоценного камня не стоит.
Внимание! Администрация сайта не несет ответственности за возможные последствия эксперимента.
Инструкция по работе предполагает подготовку необходимых компонентов. К ним относятся:
- карандаш;
- провод;
- вода или жидкий азот;
- источник высокого напряжения (сварочный аппарат).
Чтобы получить искусственный алмаз, достаньте из карандаша грифель. Можно купить отдельно. Теперь, соедините его с проводом и опустите в емкость. Следующий шаг зависит от того, что вы используете. В первом варианте, следует залить конструкцию водой и заморозить. Во втором варианте, заморозка происходит при помощи жидкого азота.
Как только вы получите нужную температуру, подсоедините провода к источнику напряжения и пустите ток. Считается, что после прохождения через грифель разряда, он трансформируется в алмаз.
Графит и алмаз
Графит — это самородный минерал, одна из аллотропных форм углерода. Каждый его атом ковалентно связан с тремя окружающими его атомами. В природе он образуется при высокой температуре в вулканических и магматических породах. Его добывают совместно с пиритами, гранатами, шпинелью. Встречается в кварцевых жилах, метаморфических породах, каменноугольных рудниках.
Алмаз также является одним из аллотропов углерода. Однако из-за отличий в кристаллической решетке обладает совершенно другими свойствами. Атомы углерода находятся в состоянии SP3-гибридизации, каждый атом расположен в центре тетраэдра, образуемого окружающими атомами. Такая структура объясняет высокую твердость элемента.
Домашний эксперимент: получение кристаллов из соли
Получить алмаз без лабораторных условий невозможно. Но, вы можете своими руками вырастить красивые соляные кристаллы. Для эксперимента вам потребуются:
- водный дистиллят;
- поваренная соль;
- прочная нить;
- пищевые красители (для красоты).
Возьмите емкость и наполните ее водой. Сыпьте в нее соль до тех пор, пока она не перестанет растворяться. Отрежьте нить и закрепите на ней соляной кристалл. Поместите конструкцию в жидкость и подождите несколько дней. Если добавить пищевые красители, то «камушки» получатся разных оттенков.
Соль – не единственный материал, подходящий для таких химических преобразований. Можно использовать сахар или медный купорос. Тогда, кристаллы «вырастают» немного другие, но методика остается прежней. Приятных вам экспериментов.
Получение больших кристаллов
Далее, поговорим о том, как делают алмазы больших размеров в домашних условиях. Для эксперимента вам понадобится все та же соль (100 гр.), дистиллят (400 мл.) и грифель (12 гр.). Возьмите стакан и смешайте сыпучие ингредиенты. Теперь, аккуратно залейте их водой, дождитесь полного растворения и оставьте емкость на 24 часа.
Руководство по созданию искусственных алмазов начинается с того, что вы сливаете воду из стакана (в другую емкость, так как она пригодится далее). На дне посудины, вы найдете получаемые от реакции кристаллы. Выберете наиболее правильный и большой (затравку), а оставшиеся отложите в контейнер.
Выращивание больших домашних алмазов — долгий процесс, требующий терпения. Но, в результате у вас получится красивый многогранный камень, который можно использовать для создания украшений или декора.
Возьмите прочную нитку и закрепите ее на карандаше или любой палочке. К другому концу прикрепите затравку и опустите ее в оставшийся раствор. Все что вам остается — это ожидание. Испаряясь, вода будет нарастать на ваш кристалл и делать его больше. Если в процессе на нитке будут образовываться другие камушки, их лучше удалять.
