Алмаз

Наибольшей популярностью среди всех драгоценных камней уже многие столетия пользуется алмаз, особенно после того, как стала известна бриллиантовая огранка алмаза, при которой наиболее ярко проявляются его оптические свойства. Прекрасны игра цветов и блеск алмаза, но все-таки наиболее замечательное его свойство — твердость и стойкость. Относительная твердость минералов обычно определяется по шкале Мооса, в основу которой положена способность минералов царапать друг друга. Шкала имеет градацию от 1 до 10 в соответствии с твердостью 10 минералов, которые приняты в качестве стандартов. В порядке возрастания твердости это: тальк (1), гипс (2), кальцит (3), флюорит (4), апатит (5), полевой шпат (6), кварц (7), топаз (8), корунд (9), алмаз (10). Например, если камень царапается кварцем, но сам царапает полевой шпат, то его твердость 6,5. Стекло обычно относится к числу твердых материалов, однако его твердость всего лишь 5, а твердость медной монеты вообще только 3. Стекло легко царапается кварцем, так что если читатель сумел сделать царапину на окне, то это вовсе не значит, что в его руке алмаз. Однако в шкале Мооса не находит отражения уникальная твердость алмаза. По другой шкале, шкале Кноопа, алмаз более чем в 5 раз тверже сапфира (твердость 9), а сапфир только на 30% тверже топаза (твердость 8). Можно сказать, что алмаз в той же мере тверже стали, в какой сталь тверже масла.

Трудно себе представить, что алмаз, обладающий столь высокой твердостью, является одной из форм углерода, другая форма которого— графит. Все-таки удивительно, что графит и алмаз имеют один и тот же химический состав, хотя алмаз наиболее твердый из всех природных материалов, а графит используется для изготовления Карандашей. Еще более поразительно сопоставление алмаза и верфных (некристаллических) форм углерода: древесного угля, кокса в сажи. Громадная разница в свойствах графита и алмаза обусловлена Различным пространственным расположением атомов углерода в этих ДвУх минералах. В алмазе, имеющем кубическую кристаллическую ^Уктуру, каждый атом углерода окружен четырьмя такими же атомами, образующими правильную четырехгранную пирамиду. Очень пРочньге химические связи между симметрично расположенными домами объясняют высокую твердость алмаза. Графит же имеет слоистую структуру, где наиболее прочные связи между атомами *глерОда существуют внутри слоя, в котором атомы образуют Гексагональную сетку. Связь же между отдельными слоями очень с'1абая, поэтому соседние слои могут легко скользить относительно друг друга. Это свойство графита позволяет использовать его в качестве смазки.

Еще в XVII в. Роберт Бойль показал, что на алмаз воздействует пламя, а Г. Аверани и К. А. Тарджионо из Флорентийской академии в Италии в 1694 г. продемонстрировали с помощью зажигательного стекла, что алмаз горит, если его нагреть до достаточно высоких температур. В 1772 г. Антуан Лавуазье установил, что при сгорании углерода образуется его двуокись (СО г). Доказательство же того, что алмаз — одна из форм углерода, принадлежит английскому химик}' . Смитсону Теннанту. Решающий эксперимент был выполнен в 1797 г-когда Теннант сжег алмаз в закрытом золотом сосуде и установил, что вес образовавшейся двуокиси углерода точно такой, каким он и должен быть, если алмаз состоит из чистого углерода. При сжиганий равных количеств (по весу) алмаза, графита или сажи образуется одинаковое количество двуокиси углерода.

После этого открытия ученые постепенно пришли к мысли, что алмаз такая форма углерода, которая образуется при высоких давлениях, т. е. для того, чтобы превратить дешевый графит в самый твердый и наиболее очаровательный продукт природы, необходим0 атомы углерода теснее прижать друг к другу. До сих пор продолжают' ся дискуссии о происхождении алмаза в природе. Сейчас уЖ£ установлено, что высокие давления и температуры, необходимые ДЛ* образования алмаза в естественных условиях, существуют лить на глубинах более 100 км ниже поверхности Земли. Некоторые учеиь* весьма неохотно допускают, что алмазы могут уцелеть в путешествии из таких больших глубин, и выдвигают теории об образовании их я» сравнительно высоких горизонтах. Наиболее правдоподобное объясни ние заключается в том, что алмазы образуются на больших глубина* в мантии Земли, возможно, в расплавленных перидотитах — порода

которые по сравнению со средним составом земной коры содержат дольше окислов железа и магния и меньше окислов алюминия, кремния, натрия и калия. Условия для роста алмазов могут сохраняться длительное время до тех пор, пока нарастающее давление газообразной двуокиси углерода не выбрасывает алмазы на более высокие уровни. В большинстве случаев алмазы не сразу достигают поверхности, а остаются в области высоких температур, где имеет место их частичное растворение. Когда же, наконец, алмазы попадают на земную поверхность, они или остаются на месте, в породе, или под действием ветра и дождя извлекаются из нее и накапливаются в :1ллювиальных отложениях, иногда очень далеко от места выхода .шмазсодержащей породы. Алмазы, которые обнаружены не в аллювии, встречаются в трубках, сложенных голубоватой породой, называемой кимберлитом. Ясно, что кимберлит не застывшая лава, так как при температуре лавы в отсутствие высоких давлений алмаз должен сгореть. Состав кимберлита, конечно же, не тот, что у первоначального алмазсодержащего расплава, так как последний изменялся при подъеме к поверхности и затвердевании, которое произошло более 100 млн. лет назад . Кимберлитовые трубки, известные главным образом в Южной Африке, не столь уж редки, и высокая цена на алмаз до недавнего времени поддерживалась только тщательным контролем над добычей и торговлей.