Вся электронная библиотека >>>

 Гранат >>>

 

 

ИСКУССТВЕННЫЕ КРИСТАЛЛЫ ГРАНАТА


Раздел: Наука

ПОЛНЫМ-ПОЛНО ГРАНАТОВ

  

 

Вы еще пе забыли М. Л. Кейта? Того самого Митчелла Л. Кейта, который вместе с X. С. Йодером впервые синтезировал и описал иттриево-алюминиевый гранат? С тех пор прошло 15 лет. Другие интересы и заботы закружили ученого. ИАГ был одним из эпизодов его паучпой биографии, эпизодом интересным, результативным и... полузабытым. Нельзя же помнить каждое синтезированное соединение, тем более что их было много.

Однажды Кейту принесли два ограненных демантоида, чтобы узнать мнение геммолога. (Геммолог — это специалист по драгоценным и поделочным камням, в какой-то мере эксперт ювелирных изделий.) Кейт быстро определил, что один из камней является зеленым цирконом. А вот второй самоцвет, похоже, был действительно демантоидом. Ограненный в виде овала, он весил 2,94 карата и привлекал внимание прекрасным зеленым цветом, характерным для демантоидов, блеском, игрой. В камне были мелкие трещинки, заполненные красноватой жидкостью, что указывало на его природное происхождение.

Как раз в описываемое время Кейт исследовал новый источник света для фирмы «Райпер микроскоп» и снимал спектры различных минералов. Он решил исследовать самоцвет, ожидая увидеть полный спектр демантоида. Результат ошеломил его.

На фотографии спектра ученый увидел 10 сильпьтх и 20 более слабых линий. Ни одна из них не была характерна для демантоида. По спектральному паспорту камень больше напоминал бриллиант. Но не алмаз же это, в самом деле!

Удивленный Кейт пошел к своему коллеге Б. В. Андерсену и попросил изучить свойства камня.

Исследования показали, что удельный вес самоцвета оказался равным 4600 (у демантоида, как вы помните, 3840). Показатель преломления света в камне составлял 1,834 (у демантоида 1,890). При сильном освещении камень из зеленого становился красным, что указывало на присутствие хрома.

И тут Кейта осенило: это же тот самый иттрогранат, который они вырастили с Йодером! Искусственный иттрогранат, окрашенный оксидом хрома в зеленый цвет. Выращен он скорее всего методом из раствора в расплаве, на что указывают включения оксида свинца по трещинкам. Кейт вспомнил недавно читанную статью, в которой кристаллы ИАГ описывались как лазерный материал. Но об их ювелирном применении не было ни слова. По-видимому, зеленый самоцвет стал первым образцом, попавшим в руки геммолога. Кейт хмыкнул, представив, как смеялись бы друзья. Хорош папаша, который не узнал собственного ребенка!

Все это изложено в статье М. JI. Кейта, опубликованной в геммологическом журнале [67]. Юмор и самокритичность прекрасно характеризуют ученого. В заключение он пишет: «Возможно, самым волнующим свойством нашего камня явилась его полная неожиданность. Он был предложен как зеленый гранат за очень высокую цену и был куплен лицами с очень высокой репутацией по обе стороны океана. Они приняли его за демантоид. Автор был готов сделать то же самое».

Да, 15 лет для современной науки —срок немалый. За это время ученые вырастили не только ИАГ, но и множество других подобных соединений. Структура нового граната оказалась весьма плодотворной. Она позволяла вместо иттрия и алюминия встраивать любые трехвалентные элементы с близкими ионными радиусами. В первую очередь это относилось к лантанидам.

Как известно, клетку № 57 в периодической системе Д. И. Менделеева занимают сразу 15 элементов. По химическим свойствам они напоминают иттрий и могут замещать его в различных соединениях. Ионные радиусы гадолиния (Gd), тербия (ТЬ), диспрозия (Dy), гольмия (Но), эрбия (Ег), тулия (Тш), иттербия (Yb) и лютеция (Lu) равны или очень близки к ионному радиусу трехвалентного иттрия. Лантаниды могут собрать вокруг себя восемь ионов кислорода, превращаясь в строительные «кирпичики» в виде известного нам кубика Томсона. Другими словами, они могут войти в структуру граната вместо иттрия.

Вдохновленные благоприятными теоретическими предпосылками, ученые бросились к своим кристаллизационным установкам. В короткое время они синтезировали и в основном изучили восемь новых гранатов. Назвали их но составляющим оксидам — гольмиево-алюминиевый гранат, например, или лютециево-алюминиевый [68]. Не очень благозвучно, но по сути верно.

Восемь новых соединений — это не предел. Ведь каждый гранат можно рассматривать как конечный член ряда твердых растворов. Смешивая гранаты в различных соотношениях, можно выплавить бесконечно большое количество твердых растворов. Тысячи жизней сотен ученых не хватит, чтобы синтезировать все возможные сочетания и комбинации. А ведь твердые растворы могут быть и на основе трех, четырех гранатов. Перед такими астрономическими числами наука бессильна.

К счастью, синтезировать все гранаты нет необходимости. Достаточно вырастить некоторые из них, чтобы найти общую закономерность и вместо бесчисленного количества точек сразу начертить прямую пли кривую линию (ведь из геометрии известно, что линия является совокупностью множества точек).

В процессе работы ученые убедились, что разные лантанидно-алюминиевые гранаты имеют различную окраску. Ряды самоцветов в связи с этим значительно пополнились [68—70].

Небольшие добавки оксида хрома окрашивают ИАГ в зеленый цвет с желтоватым оттенком, из-за чего, кристаллы кажутся теплыми, веселыми. А вот,примесь оксц-г

да ванадия придает гранатам строгий и холодный голубовато-зеленый цвет. К сожалению, эти добавки летучи. Они испаряются из расплава, словно вода из кипящей кастрюли. Растить зеленый кристалл с добавкой оксида хрома в условиях вакуума не имеет смысла: вся добавка улетит, кристалл получится бесцветным. Поэтому приходится наполнять камеру инертным газом, доводить давление до нескольких килопаскалей, чтобы уменьшить испарение летучих оксидов. (С подобным явлением знакомы альпинисты. Чем выше они забираются в горы, тем ниже температура кипения воды. Сварить яйцо вкрутую можно только в герметически закрытой кастрюле.)

Выращивание граната под давлением газов связано с некоторыми техническими трудностями. Да и не все оксиды можно удержать подобным образом. Поэтому ученые ВНИИСЙМСа придумали закрытую «лодочку». Она составлена из трубы и конусообразной носовой части ( 18). Сзади труба закрывается крышкой, в которой проделано отверстие в виде буквы Z. Во время создания высокого вакуума в камере чёрез это отверстие выходит воздух. Затем шихту плавят и отверстие заполняется расплавом. Полость трубы оказывается отсеченной от полости кристаллизационной камеры. Летучему оксиду некуда деваться, и он вынужден войти в состав граната [69, 70].

Так получены прекрасные зеленые гранаты, напомнившие М. Кейту уральский демантоид.

Одновременно с выращиванием лантанидно-алюминие- вых гранатов ученые обратили внимание на галлий. В свое время существование элемента предсказал Д. И. Менделеев, назвав его экаалюминием. По его мнению, свойства алюминия и галлия должны быть подобными. А если так, то нельзя ли в гранате весь алюминий заменить галлием?

Оказалось, можно. Было выращено громадное количество иттриево-галлиевых гранатов, лантанидно-галлие- вых гранатов и твердых растворов. Ювелирные качества гадолиниево-галлиевого граната очень высоки: показатель преломления света 2,02, дисперсия 0,038 (выше, чем у иных гранатов). К сожалению, из-за летучести оксида галлия грана! растет только при высоких давлениях.

Дальше — больше. Заменили алюминий железом, вырастили иттриево-железные и лантанидно-железные гранаты. Кристаллы оказались аспидно-черными — подстать меланиту, любимцу католических монахов. Потом принялись выращивать гранаты с самым диким набором и соотношением компонентов. Бросили в шихту кальций, литий, натрий, висмут, цинк и магний, марганец и скандий — гранат безропотно рос. Поистине уникальна жизненная сила этого соединения!

А во ВНИИСИМСе вырастили полихромный (многоцветный) гранат. Видели вы когда-нибудь удлиненный кристалл драгоценного турмалина? Один конец его окрашен в зеленый цвет, а противоположный — в розовый. Таковы же и полихромные гранаты, только гамма цветов в них богаче. Половина монокристалла может быть зеленой, другая половина — розовой, желтой, оранжевой или бесцветной. По своему желанию экспериментатор может вырастить гранат с плавным переходом от одного цвета к другому, а может сделать границу между цветами резкой [70]. Представьте себе двухцветный гранат в ограненпом виде. Впечатляет!

Наибольшее применение в ювелирной промышленности нашли бесцветные кристаллы ИАГа и кристаллы, окрашенные в розовый и зеленый цвета. Материал оказался благодатным для огранки самоцветов в современных условиях. Крупные прямоугольные блоки идеально подходят для автомагических ограночных линий. Такая линия похожа на комбайн, с одной стороны которого загружают сырье, а с другой сверкающим камнепадом сыплются готовые изделия. Все операции — пилка, подбивка, шлифовка, полировка — происходят автоматически.

Выращивание крупных блоков граната (и пе только граната) дало окончательный ответ на почти гамлетовский вопрос: гранить или не гранить кристаллы. Как известно, в древности прежде всего ценили природные формы самоцветов. В алмазах это были октаэдры и тетраэдры, в гранатах — ромбододекаэдры, в рубинах — шестиугольные призмы. Индусы ни в коем случае не гранили алмаз, разве что иногда приполировывали матовые грани. Вспомним знаменитый алмаз «Шах» —он сохранил естественную продолговатую форму. Даже греки при всей их любви к геометрии и геометрическим фигурам не гранили кристаллы, а любовались ими в том виде, как их создала природа.

После изобретепия различных видов огранки, несомненно увеличивших красоту самоцветов, все-таки находились ортодоксы, которые выступали против. Нарушение природных граней кристаллов они считали варварством. Они утверждали, что кристаллы красивы сами по себе. Они говорили, что огранка камней равносильна подрезке деревьев в форме птиц, кораблей и верблюдов. Какой-то резон в их словах был. Действительно, смешно выглядела бы береза, подрезанная в виде куба или цилиндра.

Однако не все природные кристаллы имеют идеальные формы. Во многих камнях есть дефекты (трещинки, пузырьки, включения), которые могут быть удалены только в процессе огранки. Обработка подобных камней совершенно необходима. Еще более необходима обработка крупных искусственных кристаллов. Ведь хранить многокилограммовые блоки можно только в музеях. А как быть с многочисленными любителями ювелирных изделий, которые хотят ежедневно любоваться самоцветами?

Итак, вопрос об огранке драгоценных камней был решен положительно.

Но тут возник другой, еще более спорный вопрос: можно ли считать искусственно полученный камень драгоценностью? Не подделка ли это? Варят же различно окрашенные стекла, имитирующие самоцветы. Добавка оксида свинца в стекло поднимает показатель преломления почти до алмазного (например, показатель преломления света во флинтглассе № 87 равен 1,998). Стекла с другими добавками могут по цвету напоминать изумруд, сапфир, аметист, рубин. Однако твердость их низка. Через непродолжительное время на гранях неминуемо появляются царапины, изобличающие подделку.

Крупнейший знаток драгоценных и поделочных камней профессор Герман Банк пишет:

«Конечно, химический состав синтетических и соответствующих природных камней одинаков, и цвета их тоже могут быть идентичными или почти идентичными. И все же синтетические камни — это только копии, а не оригиналы. Человек может изготовить их в любом количестве, любых расцветок, обычно без затраты больших средств. А то загадочное, что связано с образованием драгоценных камней в природе, все еще таит в себе большее очарование, нежели точное знание принципа действия кристаллизатора Вернейля и условий получения искусственных камней. Тем не менее и синтетические камни принадлежат к миру драгоценных камней. Каждому дано решать для себя, как он представляет себе свой мир драгоценных камней: намерен ли он удовлетвориться хорошей копией или же по-прежнему ценит лишь оригинал!» [6, с. 96].

Позиция геммолога. выражена совершенно четко — синтетический камень отнюдь не подделка, но и не оригинал. Это всего лишь хорошая копия.

С мнением Г. Банка в общем совпадает международное соглашение, принятое в 1963 г. Оно гласит:

«Синтетические камни представляют собой полученные химическими или техническими методами изделия, химические и физические свойства которых в своих существенных чертах совпадают с таковыми настоящего минерального вида, по которому они названы. Степень совпадения этих свойств не должна выходить за пределы колебаний соответствующих свойств драгоценных камней, имитированных синтетическим путем. К числу синтетических драгоценных камней можно относить также кристаллы химико-технических продуктов, обладающих ювелирными качествами» [6, с. 93].

Однако не все геммологи согласились с таким решением. Действительно, искусственные алмаз, рубин, изумруд можно считать копиями природных самоцветов. Они аналогичны по химическому составу, структуре, многим физическим свойствам. А как быть с монокристаллами ИАГа? Ведь в этом случае больше различий, чем совпадений. Действительно, в ИАГе совершенно нет оксида кремния, зато очень много оксида иттрия (который, к слову сказать, стоит недешево). По твердости, показателю преломления, дисперсии, плотности искусственные гранаты значительно превосходят гранаты природные.

Больше того, добавив в шихту оксид кобальта, ученые вырастили гранат голубого цвета [70]. Голубой карбункул! В природе не может быть голубых гранатов, это мы знаем.

.И еще не все. Ученые ВНИИСИМСа нашли добавку, которая окрашивает ИАГ в глубокий сапфирово-синий цвет. При дневном освещении ограненные камни играют ^истыми васильковыми огнями, а вечером в них появляются аметистовые искры.

Приняв во внимание все возражения, специальная комиссия геммологов в 1970 г. узаконила следующее предписание:

«Синтетические камни суть окристаллизованпые или рекрисгаллизовашгые продукты, получение которых полностью или частично является делом рук человека. Их химический состав, кристаллическая структура и (или) физические свойства в широком диапазоне совпадают с таковыми их природных прототипов» [6, с. 93—94].

Чувствуете разницу? В предписании появилось слово «прототип». (В скобках отметим, что почти все литературные персонажи имеют прототипов, но от этого оригинальность Евгения Онегина, Печорина, Базарова, Мастера и Маргариты ничуть не убывают.) Искусственные гранаты — это не копии, а вполне самостоятельные самоцветы, диалектическое развитие природных прототипов. Вы можете совершенно спокойно идти в ювелирный магазин покупать кольцо, перстень или брошь с ограненным кристаллом ИАГа, не сомневаясь в подлинности самоцвета.

Еще несколько слов о гранатах.

Писатель С. Алексеев по многочисленным книгам и документам оценил психологическое воздействие различных окрасок на человека. Вог как, по его мнению, мы воспринимаем цвета:

«Желтый — возбуждающий, оживленный, теплый, бодрый, веселый, суетливый, кокетливый, несколько дерзкий. Цвет веселия и шутки. Символ солнечного света, тепла, счастья.

Оранжевый — возбуждающий, жаркий, бодрый, веселый, пламенный, жизнерадостный. Цвет шумный, кричащий, не интимный.

Красный — возбуждающий, горячий, самый активный и энергичный, экспансивный, мужественный, страстный, кричащий, цвет доблести, силы, мощи, храбрости. Огонь, пламень, жар...

Зеленый — спокойный, умеренный и освежающий; создает впечатление мягкого, приятного и благотворного покоя... Символ весны, плодородия, юности, свежести, жизни, радости, надежды, воспоминания» [25, т. 2, с. 217].

Существуют по крайней мере три варианта наблюдения игры световых лучей в гранатах.

Эффектнее всего самоцветы смотрятся при сильном солнечном или электрическом освещении. Небольшой поворот или покачивание камня высекают яркие красные, желтые, зеленые, голубые вспышки, слепящие глаз. Именно один глаз, потому что отраженные лучики очень тонки и попадают то в левый, то в правый зрачок. Это создает какое-то странное, необычное, необъяснимое словами ощущение. Живописны огоньки, загорающиеся на самой кромке камня — будто пылает огненная росинка. Небольшой поворот — и по росинке пробегают все цвета радуги. Особепио восхитительны огненно-красные росинки на уголке зеленого или голубого граната или огненно-голубые на кромке золотисто-желтого граната. Впрочем, голубые огни на голубом карбункуле, или зеленые на зеленом, или желтые на желтом тоже прекрасны. Любование вспыхивающими и гаснущими искрами никогда не надоедает.

Здесь надо сказать, что ИАГ с добавкой оксида эрбпя под лучами солнца имеет розовый цвет, а при электрическом освещении становится желто-розовым. В кристаллах ИАГ с добавкой оксида хрома при очень сильном освещении наблюдаются кроваво-красные участки, производящие сильное впечатление. Будто капли крови в зеленой траве!

Теперь повернитесь спиной к сильному источнику света. Все искры, колющие глаз, немедленно погаснут. Камень как бы изнутри засияет мягким, нежным, спокойным светом. Это сияние, голубое, зеленое или желтое в зависимости от цвета камня, действует успокаивающе, умиротворяюще.

Наконец, ограненные гранаты хорошо рассматривать при рассеянном освещении (густая облачность, ранние сумерки). В этом случае пестрая игра и внутреннее сияние отсутствуют. Полированные грани камня становятся маленькими зеркалами, многократно отражающими свет. Создается впечатление беспредельной глубины самоцвета, светлой бездны, уводящей взгляд. Словно открывается маленькое окошко, глазок в какое-то иное пространственное измерение. В рассеянном свете лучше всего видна собственная окраска камня, которую в других случаях забивают слепящие искры или сияние.

Три различных способа освещения как бы выявляют триединый характер граната. То он по-детски ярок, шумлив, непоседлив; то его переполняет зрелая сила, стремление дать больше, чем взято; наконец, он выявляет мудрую глубину, свойственную преклонному возрасту.

Естественно, все эти качества надо научиться видеть. Кроме того, за камнем надо ухаживать, время от времени мыть его мыльным или содовым раствором (чтобы убрать жировые пятна), насухо вытирать.

Гранат чрезвычайно стоек. Если не царапать грани алмазом, не бить по камню молотком, не нагревать до 800 К и не бросать затем в воду, то он проживет века. Он будет украшать и бабушку, и маму, и дочку, и внучку. Фамильная драгоценность!

Вот что такое иттриево-алюминиевый гранат, подаренный людям X. С. Йодером, М. JL Кейтом, X. С. Багдасаровым и многими-многими тысячами ученых и производственников.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ КНИГИ:  ИСКУССТВЕННЫЕ КРИСТАЛЛЫ ГРАНАТА

 

Смотрите также:

 

Гранаты

Большинство хорошо известных гранатов имеют красновато-коричневую окраску, хотя они также бывают привлекательного зеленого цвета (демантоид).

 

Природные камни. Хризоберилловый кошачий глаз

Одно время гранаты были очень модны, и цены на них были сопоставимы с ценами на более дорогие камни.
Однако в природе встречаются разновидности и других цветов: светло-и...

 

ГРАНАТ - растения в народной медицине

Цветки граната имеют вяжущие и хорошие противовоспалительные свойства.
плодника (кожуры) плодов или цвет. ков граната отварить в 1 стакане.

 

Художественные стили. Искусство русского узорочья

Мотивы ажурного узора запон, украшенных камнями и эмалью, напоминают цветки граната, тюльпанов и других незнакомых на севере растений.

 

ЭЛЕКТРОТЕРАПИЯ - ЦВЕТОПРОЦЕДУРЫ лечение цветом. Энциклопедия...

Красный цвет — знак огня, он усиливает активность. Минералами красного цвета являются гранат, красный коралл, красный турмалин, лал, рубин, сердолик.