Где применяют алмаз и графит

Особенности и применение алмаза и графита

«Для каких целей применяют алмаз и графит?» — этим вопросом едва ли задается кто-либо из людей, проявляющих интерес лишь к оболочке минералов. Действительно, что может связывать два таких разных по своим свойствам вещества? Алмаз — твердый минерал, залежи которого в природе встречаются редко. Графит — один из самых мягких минералов, месторождения его имеются во многих частях света. Казалось бы, между этими веществами нет никакой связи, но на самом деле это не так — понимание того факта позволяет не только понять, где и с какой целью их используют, но и то, как это делается.

Физические и химические особенности

Алмаз — прозрачный минерал, форма — кристаллическая. Встречаются алмазы, окрашенные в красный, голубой и черный цвета. Ограненный алмаз становится бриллиантом, стоимость его повышается, но на свойствах вещества это не отражается.

Минерал является аллотропной модификацией углерода. По шкале твердости Мооса он занимает 10 позицию и потому считается самым твердым из всех минералов. В этом отличие между алмазом и графитом, несмотря на то что они могут являться производными друг друга.

Алмаз лучше других минералов отражает и преломляет свет. Плотность минерала равняется 3,4-3,5 г/см3. Способность проводить тепло колеблется на уровне 2300 Вт. Коэффициент трения по металлу равняется 0,1, что объясняется наличием у алмаза пленки из адсорбированного газа. Температура плавления алмаза — 4000 градусов Цельсия, при этом он должен подвергаться давлению в 11 ГПа.

Процесс горения минерала начинается при достижении температуры воздуха в 800-1000 градусов. При участии в реакции горения чистого кислорода, алмаз воспламеняется подобно пропану. В процессе горения возникает голубое пламя.

Атомы и молекулы кристаллической решетки алмаза соединены между собой прочными объемными связями, образуя правильный тетраэдр. Каждый атом в таком тетраэдре находится в окружении других атомов, образующих верхушку тетраэдров, расположенных рядом. Таким образом, каждый из тетраэдров является частью всех тетраэдров, что обуславливает твердость и неразрушимость алмаза. Алмаз и графит имеют разное строение решетки.

В отличие от алмаза графит не является кристаллом. Минерал представляет собой набор пластинок черного с серым отливом цвета. Облик минерала напоминает сталь. Графитизация графита происходит в металлических сплавах, содержащих нестойкие карбиды углерода. При контакте с графитом ощущается наличие жира, но сам он мягкий, легко крошится, оставляя черные пятна.

Минерал является проводником тепла и электричества. Являясь полиморфной модификацией углерода, он во многом схож по своему химическому составу с алмазом. Отличительная особенность — строение молекулярной решетки. Решетка графита плоская. Все атомы графита располагаются в одной плоскости, представленной рядом шестиугольников, имеющих слабые связи между собой. Такое строение решетки делает минерал мягким и слоистым, что позволяет применять его в различных областях деятельности.

Кроме того, такое строение решетки делает возможным процесс превращения графита в алмаз. Естественно, что для такого превращения требуются условия, такие, как температура и давление воздуха. Процесс может быть обратным: переход алмаза в графит происходит в ходе термального воздействия и давления.

Области применения

Алмаз является самым твердым из всех минералов. Он режет стекло, дерево, металл, предметы, изготовленные из веществ, уступающих алмазу по твердости. Подобная способность расширяет области применения алмазов, ранее ограничивающиеся исключительно ювелирным делом.

Графит — мягкий минерал, но именно это делает его незаменимым в промышленности, архитектуре и даже искусстве.

Алмаз

Вплоть до середины прошлого столетия алмазы использовались исключительно в качестве украшения. Камни подвергались обработке, использовались в качестве замены деньгам. Необходимо отметить, что первые попытки придать алмазу форму не имели успеха. Твердость минерала не позволяла использовать для его обработки предметы, изготовленные из металла, камня, дерева. В процессе исследований удалось выяснить, что огранку алмаза нужно проводить таким же прочным веществом, то есть самим алмазом. Такого рода открытие навело на мысль о возможности применения алмазов в других областях.

На сегодняшний день алмазам находят применение в:

1. Строительстве. Создание алмазных буров упростило работу с конструкциями из бетона и стали. Алмазы являются важной деталью сверл, инструментов для резки и демонтажа. Использование минералов исключает появление трещин, что особо важно при прокладке тоннелей, подведении труб, строительстве зданий. Алмазные сверла и пилы режут бетон, сталь, гранит, мрамор, перемалывает щебень. В этой области алмаз и графит не сравнимы, но опять же взаимосвязаны.
2. Приборостроении. Многие приборы содержат в себе частичку алмазной пыли либо цельные алмазы.
3. Машиностроительных областях. При обтачивании металлических инструментов чаще всего используются алмазы.
4. Космической области. Создание точных телескопов невозможно без использования алмазных деталей.
5. Хирургии. Основным инструментом хирурга является скальпель, толщина и острота которого во многом определяет успех операции. Алмазные скальпели как нельзя лучше справляются с этой задачей. Особого внимания заслуживают разрабатываемые лазеры на кристаллах, проводящим веществом которых выступает алмаз.
6. Телекоммуникациях и электронике. Чтобы сигналы разных частот могли проходить по одному кабелю, также используются алмазы. Применение их в этой области связано со способностью выдерживать большие температуры и скачки напряжения.
7. Науке. Минерал нейтрализует воздействие агрессивной среды, потому его используют как защитный элемент. Алмаз является составной частью опытов, проводимых в таких областях, как квантовая физика, оптика, создание лазеров.
8. Добыче полезных ископаемых. Приборы, основной деталью которых является алмаз, используются при бурении шахт, добыче нефти, угля и газа.

В промышленных целях используют алмазы, выращенные исключительно синтетическим образом. Настоящие камни используются крайне редко, несмотря на то, что графит и алмаз встречаются в природе.

Графит

Графит применяется во многих отраслях промышленности:

1. Металлургии. Мягкая субстанция графита позволяет изготавливать из него огнеупорные тигли, использовать в покрытии литейных форм для предотвращения отливки от пригара земли, используемой для формовки.
2. Электронике. С помощью графита производят электроды и дуговые угли.
3. Канцелярской области. Сердцевина простых и цветных карандашей создана из графита. Минерал применяется для изготовления копировальной бумаги, черной краски, типографской краски.
4. Автомобилестроении. В жидком состоянии минерал используется при необходимости объемного прессования деталей автомобилей.

Иногда графит используется в качестве смазочного вещества в случае, если применение масла невозможно. Графитом покрывают поверхность паровых котлов, что предохраняет их от образования накипи. В атомных котлах существуют специальные графитовые блоки. Кроме того, минерал используется в космической промышленности.

Важной областью применения графита является изготовление искусственных алмазов.

Технический прогресс не стоит на месте, области применения алмаза и графита с каждым годом расширяются, что повышает спрос на минералы.

Для каких целей применяют алмаз и графит, сходства и различия

Оба минерала широко известны и давно используются людьми в самых различных отраслях. Казалось бы, что между ними нет никакого сходства: физические свойства алмаза и графита преимущественно противоположны. Однако они связаны между собой и могут быть производными друг друга.

Алмаз и графит

Оба камня используют при производстве. Свойства минералов делают их незаменимыми. Алмазы также часто используют в ювелирном деле, что обосновано внешними параметрами материала. Подобные бриллианты считаются одними из самых дорогих элементов украшений.

Графит же относится к наиболее дешевым материалам, однако это не уменьшает его востребованность.

Сходства

Главной и единственной схожестью камней является тот факт, что они состоят из одного вещества – углерода. Несмотря на огромную разницу в других показателях, в плане химических свойств они отличаются только формой молекулярной решетки. Таким образом, формула обоих камней будет крайне проста – С. Также оба минерала выделяются способностью проводить тепло.

Отличия

Графит и алмаз невозможно спутать друг с другом. Их строение оказало сильное влияние на физические параметры камней.Основные отличия заключаются в следующем:

1. Прозрачность. Алмаз известен своей чистотой. Графит не является прозрачным.
2. Распространенность. Если ювелирный представитель выделяется своей редкостью, то менее привлекательный собрат встречается крайне часто.
3. Цветовая гамма. Алмаз чаще всего бесцветен, но может иметь синие, черные или красные оттенки. Второй минерал исключительно темно-серый.
4. Электропроводность. Редкий представитель является изолятором. Графит же хорошо проводит электричество.

Однако самым главным отличием камней считается их твердость. Именно она определяет назначение этих двух минералов. Алмаз является самым твердым материалом в мире. Его собрат, наоборот, отличается высокой мягкостью: он крошится при малейшем воздействии.

Характеристики алмаза и графита

Плотность драгоценного камня составляет 10 баллов по шкале Мооса (максимально возможный показатель). Это также означает, что обработать алмаз весьма сложно. Он может полностью противостоять даже воздействию сильных кислот. Плавление начинается с температуры 3700-4000°C. Форма образований исключительно кристаллическая. Образец, не прошедший огранки, обладает шероховатой поверхностью с крайне слабым блеском. Цвет может варьироваться в зависимости от наличия примесей.

Графит отличается слоистостью структуры. Он имеет волнистую форму минимальной выраженности. Его принято делить по 3 параметрам:

• вид (крупные или мелкие кристаллы);
• степень проявления (явные или скрытые формы);
• варьирование размеров кристаллов.

Природные представители чаще всего отличаются скрытностью кристаллической формы. Подобные образования выделяются довольно высокой твердостью. Однако добытый материал является более мягким, а при нагревании вовсе становится хрупким. Блеск графита металлический, степень проявления может варьироваться от почти незаметного до сильного. Его плотность по шкале Мооса составляет всего 1 балл. Плавление происходит при температуре 2500-3000°C. Цвет камня от серого до черного.

Где и как добывают

Графит добывается по всему миру. Примерное содержание материала на планете составляет 600 млн тонн. Алмаз же образуется при попадании метеоритов на Землю, что обосновано огромными температурами и давлением. Поэтому содержание ювелирного представителя крайне низкое, а при создании украшений чаще всего используются синтетические камни. Этот драгоценный камень встречается на следующих территориях:

• Россия;
• Австралия;
• Ангола (Африка);
• США;
• Канада.

Перечисленные зоны славятся относительно большим количеством алмазов, однако на редкость минерала влияет и сложность его добычи. Обнаруженные камни измельчают, а также сортируют для подбора пригодных образцов. Лишь малая часть сырья может быть использована для ювелирной обработки. Графит, с другой стороны, добывается во многих странах:

• Китай;
• Мексика;
• Россия;
• Чехия;
• Канада;
• Южная Корея;
• США;
• Мадагаскар.

Данный материал находится глубоко под землей, поэтому для его добычи необходимы бурильные установки. Также сырье, перед сортировкой и применением требуется раздробить. Образования этого вида сырья отличаются довольно высокой прочностью, что приводит к дополнительным затратам на обработку.

Как добыть алмаз из графита

Превращение графита в алмаз является не только возможным, но и часто используемым методом добычи. Такой драгоценный камень не будет считаться натуральным, поэтому его стоимость ниже. Однако подобное сырье более многочисленно, легче поддается огранке. Большинство бриллиантов на самом деле являются искусственными. Однако у них есть определенное преимущество – их твердость еще выше, чем у натуральных образцов.

Возможность добычи алмаза из графита была доказана в 1995 году. Обладая идентичным составом, оба представителя различаются лишь условиями образования. Для того, чтобы получить драгоценный материал из распространенного камня, повышается температура и давление. Первый показатель должен достигать 2500 °C. Второй – 120000 атмосфер. При соблюдении условий алмаз образуется за несколько месяцев. Однако сейчас существуют методы ускоренной обработки, позволяющие создать новый минерал за 2-3 недели.

Получение искусственного графита

Данный процесс проводится заметно реже, т. к. он не востребован. Для превращения алмаза в менее ценного собрата требуется наличие достаточно высокой температуры – 1500 °C. Также важным требованием является полное отсутствие воздуха. Давление может быть различным, ибо оно не считается одним из главных условий. Относясь к дополнительному воздействию, давление ускоряет процесс образования графита.

Однако существует и другой способ создания искусственного материала. Кристаллы такого образца выражены слабо, а также он отличается наличием некоторой прозрачности. Сырье представляет собой нефтяной кокс, антрацит, уголь светильного газа и различные отходы производства. Такой образец имеет одно преимущество перед натуральным аналогом – его текстура менее пористая, он легче поддается обработке.

Области применения графита и алмаза

Графит и алмаз часто используют в промышленности. Более распространенный представитель применяют для:

• изготовление грифелей карандашей;
• создание некоторых элементов оборудования, связанного с электроугольной промышленностью;
• производство смазочных материалов;
• изготовление огнеупорных деталей.

Наиболее распространенным при этом считается именно натуральное сырье. Искусственный материал используется реже. Запасы алмазов значительно ниже, соответственно использовать натуральный камень невыгодно. По этой причине основная масса подобных минералов, которые используются для промышленных целей, являются искусственными. Они применяются для:

• буровых установок;
• радиоэлектроники;
• электротехники;
• приборостроения.

Кроме того, этот ценный камень считается самым востребованным, а также популярным элементом украшения. Поэтому большая часть натуральных алмазов используется как ювелирный материал.

Как отличить алмаз от подделки

Чаще всего для создания искусственных образцов используется стекло. Графит требует больше вложений и времени, а также внешне никак не отличается от настоящего образца. Натуральный камень должен удовлетворять следующим критериям:

1. Дефекты. Даже самый чистый бриллиант с идеальной огранкой должен иметь минимальные изъяны (мелкие трещины, шероховатость). Искусственный аналог чаще всего обладает идеальной формой без каких-либо изъянов.
2. Прозрачность. Хотя алмаз отличается высокой чистотой, через него нельзя увидеть четких очертаний предметов. В противном случае изделие является подделкой из стекла.
3. Блеск. Наличие огранки усиливает изначальную степень преломления света. Настоящий минерал должен сверкать, причем весьма ярко.
4. Запотевание. Если образец подобным образом реагирует на повышенную влажность, то он является искусственным.
5. Прочность. Натуральный материал крайне сложно повредить, поэтому можно смело попробовать оцарапать его поверхность. Если на ней остаются следы, это говорит о подделке.
6. Влияние тепла. Украшение не должно быстро нагреваться. Если через короткий промежуток времени после контакта с человеческим телом оно стало теплым, значит бриллианты не являются настоящими.

На такое дорогостоящее изделие часто выдается специальный сертификат, который служит доказательством его происхождения. Также бриллиант не должен блестеть различными цветами радуги – это признак низкого качества (наличие примесей) или подделки. Блеск должен быть исключительно одного оттенка (зависит от цвета камня, чаще всего серый).

Украшения с алмазом

Подобные изделия обычно делаются из дорогих металлов, таких как платина или золото. При их чистке ювелиры рекомендуют избегать прикосновений рук (воздействие жира), горячей воды и щелочи. Иначе камень может потерять свою прозрачность, став мутным. Золото от этого темнеет. Домашнюю чистку необходимо осуществлять 1 раз за месяц.

Рекомендуется дополнительно проводить процедуру в ювелирном салоне (там это делают с помощью ультразвуковой ванночки). Делать это нужно 1 раз в год. Также украшения с таким элементом можно промывать с помощью спирта.

Для каких целей применяют алмаз и графит, сходства и различия

Каждое из них происходит из углерода, который, в свою очередь, является самым распространенным элементом биосферы. Он присутствует как в атмосфере, так и в воде, в биологических объектах. В земле он представлен в составе нефти, газа, торфа и так далее. Встречается и в качестве залежей графита и алмаза.

Больше всего углерода в организмах. Боле того, ни один из них не может без него обойтись. А происхождение этого минерала в остальных частях планеты как раз и объясняется нахождением когда-то там живых организмов.

Много споров сопровождает вопрос, откуда взялся графит и алмазы, ведь недостаточно, чтобы был один углерод, необходимо также, чтобы выполнялись определенные условия, при которых этот химический элемент принимал новую структуру. Считается, что происхождение графита метаморфическое, а алмазов — магматическое. Это означает, что образование алмазов на планете сопровождают сложные физические процессы, скорее всего, в глубинных слоях земли при горении и взрывах в присутствии кислорода. Ученые предполагают, что в этот процесс также замешан метан, но точно никто не знает.

Алмаз и графит

Оба камня используют при производстве. Свойства минералов делают их незаменимыми. Алмазы также часто используют в ювелирном деле, что обосновано внешними параметрами материала. Подобные бриллианты считаются одними из самых дорогих элементов украшений.

Графит же относится к наиболее дешевым материалам, однако это не уменьшает его востребованность.

Сходства

Главной и единственной схожестью камней является тот факт, что они состоят из одного вещества – углерода. Несмотря на огромную разницу в других показателях, в плане химических свойств они отличаются только формой молекулярной решетки. Таким образом, формула обоих камней будет крайне проста – С. Также оба минерала выделяются способностью проводить тепло.

ГРАФИТ

Отличия

Графит и алмаз невозможно спутать друг с другом. Их строение оказало сильное влияние на физические параметры камней.Основные отличия заключаются в следующем:

1. Прозрачность. Алмаз известен своей чистотой. Графит не является прозрачным.
2. Распространенность. Если ювелирный представитель выделяется своей редкостью, то менее привлекательный собрат встречается крайне часто.
3. Цветовая гамма. Алмаз чаще всего бесцветен, но может иметь синие, черные или красные оттенки. Второй минерал исключительно темно-серый.
4. Электропроводность. Редкий представитель является изолятором. Графит же хорошо проводит электричество.

Однако самым главным отличием камней считается их твердость. Именно она определяет назначение этих двух минералов. Алмаз является самым твердым материалом в мире. Его собрат, наоборот, отличается высокой мягкостью: он крошится при малейшем воздействии.

Углеродные нанотрубки

Представьте себе, что вы свернули небольшой кусочек графенового листа в трубку и склеили ее края. Получилась полая конструкция, состоящая из тех же самых шестиугольников атомов углерода, что и графен и графит, — углеродная нанотрубка. Этот материал во многом родственен графену — он обладает высокой механической прочностью (когда-то из углеродных нанотрубок предлагали строить лифт в космос), высокой подвижностью электронов.

Однако есть одна необычная особенность. Графеновый лист можно скручивать параллельно воображаемому краю (стороне одного из шестиугольников), а можно и под углом. Оказывается, от того, как мы скрутим углеродную нанотрубку, будут очень сильно зависеть ее электронные свойства, а именно: будет она больше похожа на полупроводник с запрещенной зоной или на металл.

Многослойная углеродная нанотрубка

Когда углеродные нанотрубки наблюдались впервые, достоверно неизвестно. В 1950–1980-х года разные группы исследователей, занимавшихся катализом реакций с участием углеводородов (например, пиролиза метана), обращали внимание на продолговатые структуры в саже, покрывавшей катализатор. Сейчас, чтобы синтезировать углеродные нанотрубки только конкретного вида (конкретной хиральности), химики предлагают использовать специальные затравки. Это небольшие молекулы в виде колец, состоящих, в свою очередь, из шестиугольных бензольных колец. Про работы по их синтезу можно почитать, например, здесь.

Как и графен, углеродные нанотрубки могут найти большое применение в микроэлектронике. Уже сейчас созданы первые транзисторы на нанотрубках, превосходящие по своим свойствам традиционные кремниевые приборы. Кроме того, нанотрубки легли в основу транзистора с самым маленьким затвором в мире.

Характеристики алмаза и графита

Плотность драгоценного камня составляет 10 баллов по шкале Мооса (максимально возможный показатель). Это также означает, что обработать алмаз весьма сложно. Он может полностью противостоять даже воздействию сильных кислот. Плавление начинается с температуры 3700-4000°C. Форма образований исключительно кристаллическая. Образец, не прошедший огранки, обладает шероховатой поверхностью с крайне слабым блеском. Цвет может варьироваться в зависимости от наличия примесей.

Графит отличается слоистостью структуры. Он имеет волнистую форму минимальной выраженности. Его принято делить по 3 параметрам:

• вид (крупные или мелкие кристаллы);
• степень проявления (явные или скрытые формы);
• варьирование размеров кристаллов.

Природные представители чаще всего отличаются скрытностью кристаллической формы. Подобные образования выделяются довольно высокой твердостью. Однако добытый материал является более мягким, а при нагревании вовсе становится хрупким. Блеск графита металлический, степень проявления может варьироваться от почти незаметного до сильного. Его плотность по шкале Мооса составляет всего 1 балл. Плавление происходит при температуре 2500-3000°C. Цвет камня от серого до черного.

Q-углерод

Среди недавно открытых форм углерода можно отметить так называемый Q-углерод. Впервые он был синтезирован американскими материаловедами из Университета Северной Каролины в 2015 году. Ученые облучали аморфный углерод с помощью мощного лазера, локально разогревая материал до 4000 градусов Цельсия. В результате примерно четверть всех атомов углерода в веществе принимала sp2-гибридизацию, то есть то же электронное состояние, что и в графите. Остальные атомы Q-углерода сохраняли гибридизацию, характерную для алмаза.

В отличие от алмаза, графита и других форм углерода, Q-углерод оказался ферромагнетиком, таким как магнетит или железо. При этом его температура Кюри составила около 220 градусов Цельсия — только при таком нагреве материал терял свои магнитные свойства. А при допировании Q-углерода бором физики получили еще один углеродный сверхпроводник, с температурой перехода уже около 58 кельвинов.

Где и как добывают

Графит добывается по всему миру. Примерное содержание материала на планете составляет 600 млн тонн. Алмаз же образуется при попадании метеоритов на Землю, что обосновано огромными температурами и давлением. Поэтому содержание ювелирного представителя крайне низкое, а при создании украшений чаще всего используются синтетические камни. Этот драгоценный камень встречается на следующих территориях:

• Россия;
• Австралия;
• Ангола (Африка);
• США;
• Канада.

Перечисленные зоны славятся относительно большим количеством алмазов, однако на редкость минерала влияет и сложность его добычи. Обнаруженные камни измельчают, а также сортируют для подбора пригодных образцов. Лишь малая часть сырья может быть использована для ювелирной обработки. Графит, с другой стороны, добывается во многих странах:

• Китай;
• Мексика;
• Россия;
• Чехия;
• Канада;
• Южная Корея;
• США;
• Мадагаскар.

Данный материал находится глубоко под землей, поэтому для его добычи необходимы бурильные установки. Также сырье, перед сортировкой и применением требуется раздробить. Образования этого вида сырья отличаются довольно высокой прочностью, что приводит к дополнительным затратам на обработку.

Как добыть алмаз из графита

Превращение графита в алмаз является не только возможным, но и часто используемым методом добычи. Такой драгоценный камень не будет считаться натуральным, поэтому его стоимость ниже. Однако подобное сырье более многочисленно, легче поддается огранке. Большинство бриллиантов на самом деле являются искусственными. Однако у них есть определенное преимущество – их твердость еще выше, чем у натуральных образцов.

Возможность добычи алмаза из графита была доказана в 1995 году. Обладая идентичным составом, оба представителя различаются лишь условиями образования. Для того, чтобы получить драгоценный материал из распространенного камня, повышается температура и давление. Первый показатель должен достигать 2500 °C. Второй – 120000 атмосфер. При соблюдении условий алмаз образуется за несколько месяцев. Однако сейчас существуют методы ускоренной обработки, позволяющие создать новый минерал за 2-3 недели.

Получение искусственного графита

Данный процесс проводится заметно реже, т. к. он не востребован. Для превращения алмаза в менее ценного собрата требуется наличие достаточно высокой температуры – 1500 °C. Также важным требованием является полное отсутствие воздуха. Давление может быть различным, ибо оно не считается одним из главных условий. Относясь к дополнительному воздействию, давление ускоряет процесс образования графита.

Однако существует и другой способ создания искусственного материала. Кристаллы такого образца выражены слабо, а также он отличается наличием некоторой прозрачности. Сырье представляет собой нефтяной кокс, антрацит, уголь светильного газа и различные отходы производства. Такой образец имеет одно преимущество перед натуральным аналогом – его текстура менее пористая, он легче поддается обработке.

Месторождения минералов

Алмазы зарождаются на глубине 100 км и при температуре 1300 градусов. Кимберлитовая магма, которая образует кимберлитовые трубки, вступает в действие в результате взрывов. Именно такие трубки и представляют собой коренные месторождения алмазов. Впервые подобная трубка была открыта в африканской провинции Кимберли, откуда и пошло ее название.

Наиболее известные месторождения находятся в Индии, России и Южной Африке. На коренные месторождения приходится 80 % всех добываемых алмазов.

Чтобы найти алмаз в природе, используют рентген. Большинство из камней, которые находят, непригодны для ювелирного производства, так как обладают значительным количеством дефектов, в том числе трещинами, включениями, посторонними оттенками флуоресценцией и так далее. Поэтому их применение техническое. Такие камни делят на три категории:

• борт — камни с зональной структурой;
• баллас — камни, которые обладают круглой или грушевидной формой;
• карбонадо — черный алмаз.

Алмазы большого размера с выдающимися характеристиками, как правило, получают свое название. Кроме того, высокая стоимость камня делает его желанным для многих, что гарантирует «кровавую историю».

Графит образуется в результате изменения осадочных пород. В Мексике и на Мадагаскаре можно встретить руду с графитом низкого качества. Наиболее известные месторождения — в Краснодаре и на Украине.

Области применения графита и алмаза

Графит и алмаз часто используют в промышленности. Более распространенный представитель применяют для:

• изготовление грифелей карандашей;
• создание некоторых элементов оборудования, связанного с электроугольной промышленностью;
• производство смазочных материалов;
• изготовление огнеупорных деталей.

Наиболее распространенным при этом считается именно натуральное сырье. Искусственный материал используется реже. Запасы алмазов значительно ниже, соответственно использовать натуральный камень невыгодно. По этой причине основная масса подобных минералов, которые используются для промышленных целей, являются искусственными. Они применяются для:

• буровых установок;
• радиоэлектроники;
• электротехники;
• приборостроения.

Кроме того, этот ценный камень считается самым востребованным, а также популярным элементом украшения. Поэтому большая часть натуральных алмазов используется как ювелирный материал.

Фуллерены

Хотя шестиугольник — одна из самых стабильных конфигураций, которые могут образовывать атомы углерода, есть целый класс компактных объектов, где встречается правильный пятиугольник из углерода. Эти объекты называются фуллеренами.

В 1985 году Гарольд Крото, Роберт Кёрл и Ричард Смолли исследовали пары углерода и то, в какие фрагменты слипаются атомы углерода при охлаждении. Оказалось, что в газовой фазе есть два класса объектов. Первый — кластеры, состоящие из 2–25 атомов: цепочки, кольца и другие простые структуры. Второй — кластеры, состоящие из 40–150 атомов, не наблюдавшиеся ранее. За следующие пять лет химикам удалось доказать, что этот второй класс представляет собой полые каркасы из атомов углерода, наиболее устойчивый из которых состоит из 60 атомов и повторяет по форме футбольный мяч. C60, или бакминстерфуллерен, состоял из двадцати шестиугольных секций и 12 пятиугольных, скрепленных между собой в сферу.

Открытие фуллеренов вызвало большой интерес химиков. Впоследствии был синтезирован необычный класс эндофуллеренов — фуллеренов, в полости которых находился какой-либо посторонний атом или небольшая молекула. К примеру, всего лишь год назад в фуллерен впервые поместили молекулу плавиковой кислоты, что позволило очень точно определить ее электронные свойства.

Фуллериты — кристаллы фуллеренов

В 1991 году оказалось, что фуллериды — кристаллы фуллеренов, в которых часть полостей между соседними многогранниками занимают металлы, — это молекулярные сверхпроводники с рекордно высокой температурой перехода для этого класса, а именно 18 кельвин (для K3C60). Позднее нашлись фуллериды и с еще большей температурой перехода — 33 кельвина, Cs2RbC60. Такие свойства оказались напрямую связаны с электронной структурой вещества.

Как отличить алмаз от подделки

Чаще всего для создания искусственных образцов используется стекло. Графит требует больше вложений и времени, а также внешне никак не отличается от настоящего образца. Натуральный камень должен удовлетворять следующим критериям:

1. Дефекты. Даже самый чистый бриллиант с идеальной огранкой должен иметь минимальные изъяны (мелкие трещины, шероховатость). Искусственный аналог чаще всего обладает идеальной формой без каких-либо изъянов.
2. Прозрачность. Хотя алмаз отличается высокой чистотой, через него нельзя увидеть четких очертаний предметов. В противном случае изделие является подделкой из стекла.
3. Блеск. Наличие огранки усиливает изначальную степень преломления света. Настоящий минерал должен сверкать, причем весьма ярко.
4. Запотевание. Если образец подобным образом реагирует на повышенную влажность, то он является искусственным.
5. Прочность. Натуральный материал крайне сложно повредить, поэтому можно смело попробовать оцарапать его поверхность. Если на ней остаются следы, это говорит о подделке.
6. Влияние тепла. Украшение не должно быстро нагреваться. Если через короткий промежуток времени после контакта с человеческим телом оно стало теплым, значит бриллианты не являются настоящими.

ИСКУССТВЕННЫЙ АЛМАЗ
На такое дорогостоящее изделие часто выдается специальный сертификат, который служит доказательством его происхождения. Также бриллиант не должен блестеть различными цветами радуги – это признак низкого качества (наличие примесей) или подделки. Блеск должен быть исключительно одного оттенка (зависит от цвета камня, чаще всего серый).

Украшения с алмазом

Подобные изделия обычно делаются из дорогих металлов, таких как платина или золото. При их чистке ювелиры рекомендуют избегать прикосновений рук (воздействие жира), горячей воды и щелочи. Иначе камень может потерять свою прозрачность, став мутным. Золото от этого темнеет. Домашнюю чистку необходимо осуществлять 1 раз за месяц.

Рекомендуется дополнительно проводить процедуру в ювелирном салоне (там это делают с помощью ультразвуковой ванночки). Делать это нужно 1 раз в год. Также украшения с таким элементом можно промывать с помощью спирта.

Понятие об аллотропии

Формула графита показывает, что в состав этого вещества входит только углерод в свободном виде. Хотя в природе он часто встречается и в виде соединений. Такими примерами являются углекислый и угарный газ, известняк, мел, мрамор.

Дело в том, что формула графита в химии такая же, как и у алмаза. Возможно ли это? Получается, что вещества с одинаковым составом имеют абсолютно разные свойства. Такое явление называется аллотропией. Она может быть обусловлена количеством атомов в молекуле вещества или их пространственным расположением. Примером первого случая является кислород. Если в молекуле два атома этого химического элемента, образуется кислород, а если три — озон.

Применение алмаза: для каких целей применяются бриллианты

С определенной стороны алмаз – это очень загадочный камень. Если мы говорим о бриллиантах, то сразу же вспоминается большое красивое кольцо с дорогим сверкающим на солнце камнем. Но немногие знают, что область применения алмазов очень широка и разнообразна. И все это благодаря тому, что кристаллы обладают огромнейшей твердостью. По шкале Мооса твердость бриллианта равна 10 – выше уже некуда. Для сравнения твердость обычного бетона составляет всего лишь 4…5 единиц. Для обычного человека удивительно, что технические алмазы имеют больший рынок сбыта, чем рынок бриллиантов ювелирного качества, однако мы сегодня с легкостью подтвердим эти слова.

Алмазный инструмент

Твердость кристаллов делает их просто идеальными для использования в режущих, полировочных и шлифовальных инструментах. Так алмаз применяется для обработки:

• искусственных и натуральных камней различной твердости. Алмазные диски для резки и полировки, фигурные ролики и пр.
• стекла – резка выполняется специальными алмазными резцами, которые доступны даже в быту.
• бетона. Отверстие от такого наконечника для бура получается очень аккуратный, а инструмент изнашивается медленно
• металлов (шлифование и другие виды обработки)

Также алмазный инструмент используется для нанесение рисунков на различные твердые поверхности.

Использование алмазов человеком в воздухе и космосе

Алмазы применяются даже для сверхзвуковых самолетов, космических кораблей и даже в боеголовках ракет. Как? Объяснение – в высокой теплопроводности материала, которая дает возможность максимально быстро отвести тепло от кока (передней части) самолета и от передней части крыльев. Но ведь там, наверху – холодно, не так ли? Все верно, холодно, даже минус, однако сверхзвуковые самолеты живут по своим законам и они вместо охлаждения активно нагреваются. А “остудить их пыл” как помогают покрытия, содержащие алмазную крошку.

Также алмазы используются для космических кораблей. Хорошим примером является станция Pioneer, запущенная в 1978 году с целью изучения Венеры. Только представьте: аппарат с алмазной поверхностью. Правда, алмаз синтетический и не для для украшения, а исключительно для отведения экстремальных температур, которые возникают в космосе. Кстати, именно благодаря такому инженерному решению корабль выдержал все испытания и успешно выполнил свою миссию.

Искусственный алмаз востребован даже в сфере телекоммуникаций. Кристаллы даже самого малого размера позволяют пропускание нескольких разночастотных сигналов через один кабель. При этом провод очень устойчив к перепадам температур и скачкам напряжения.

А что насчет графита?

Твердый, переливающийся на свету алмаз и непрозрачный крошащийся графит можно смело назвать родными братьями. Как же так получается? А это потому, что в составе и одного, и другого минерала лежит углерод. Так, почему же, имея общее происхождение, эти братья настолько различаются? Один – сверхтвердый материал, а второй – крошится от любого прикосновения.

Дело в том, что для материала важен не только состав, а и форма кристаллической решетки:

1. Связь между атомами алмаза невероятно прочная, что обусловлено их расположением относительно друг друга. Ячейки вещества – кубической формы, а частицы расположены в углах этих ячеек, на гранях и внутри. Такой тип называется тетраэдрическим. Подобная геометрия атомов обеспечивает их максимально плотное расположение, благодаря которому материал становится чрезмерно твердым и плохо поддается деформации.
2. У графита же иная структура. На атомном уровне он состоит из пластов, которые, в свою очередь, собираются из “атомных” шестиугольников, подобно сотам в улье. Связь между атомами внутри этих шестиугольников – очень крепкая, но в разных слоях (чешуйках) притяжение практически отсутствует, поэтому они как бы независимы друг от друга. След от карандаша (наиболее популярное применение графита) – это ни что иное, как легко отделяемые слои графита. Из-за особенностей своего строения графит имеет темную окраску и легко поглощает свет.

Кстати, алмаз метастабилен, то есть в обычных условиях он может неограниченно долго существовать в неизменном виде, если извне на него ничего не будет воздействовать.

А если поместить алмаз в специфические условия, к примеру, в вакуумную камеру, и подогреть, то при температуре 3600°С он превратится в графит.

Где применяют графит?

• грифели карандашей;
• смазочные материалы (да-да, так называемая твердая смазка);
• в технике приборостроения – для изготовления оптических поглотителей света.;
• в ядерных установках как щит для замедления нейтронов;
• как сырье для получения синтетических алмазов;
• изготовление электродов нагревательных элементов.

Чем обрабатывают алмазы

Изготавливая бриллианты, алмазы режут теми же самыми алмазами. Другого варианта нет. Кстати, распиливать камни научились только в XVII веке. Первые пилы имели форму железной проволоки, поверхность которой была обработана алмазным порошком для повышения ее твердости. Ранее обработка крупных алмазов длилось невероятно долго.

Сегодня в промышленности, конечно, никто не делает ничего вручную. Нынче обработкой твердых поверхностей занимаются специальные станки. На инструмент устанавливают быстро вращающиеся бронзовые режущие диски толщиной 0,05−0,07 мм. В процессе резки на диск подается специальный алмазный порошок-суспензия (паста), которая активно помогает дискам резать материал. Также широко используются электроэрозионные, ультразвуковые, лазерные и другие современные технологии.

Вероятно, у вас сложилось впечатление, что алмаз – это безупречный камень без каких-либо недостатков? Это не так. Минерал химически активен с железом и никелем. При воздействии высоких температур алмаз входит в реакцию с этими видами металлов, поэтому обрабатывать сталь этим камнем, особенно на высоких скоростях резания, просто не получится. Нагреваясь в процессе резания, железо начинает постепенно растворяет углерод и постепенно как бы «съедает» материал камня.

Однако любой недостаток человек легко превращает в достоинство. Благодаря этому свойству алмазов их начали обрабатывать с помощью раскаленных резцов, чтобы придавать камням соответствующую форму.

Именно по этой причине доводка камня (окончательная полировка) производится именно при помощи чисто алмазных инструментов.

Алмазы в ювелирном деле

А вы знаете чем бриллианты отличаются от алмазов? Мы вам раскроем тайну: алмаз – это необработанный камень, а бриллиант – это уже окончательно ограненный кристалл, который используют в украшениях.

Несмотря на большое количество технологий и активное развитие прогресса, обработка алмазов для ювелирных изделий – до сих пор чрезвычайно трудоемкая задача.

Чтобы автоматизировать подобный сложный процесс, многие заводы-изготовители ювелирных украшений стараются привлечь максимум современной техники для огранки камней. Такой подход вполне оправдан для искусственных алмазов, которые изготавливают изначально с идеальными «внешними данными». Однако с алмазами природного происхождения этот трюк не проходит. Как вы знаете, в настоящих камнях всегда встречаются включения, трещины и другие дефекты, которые нужно или скрыть, или аккуратно обойти. Сделать это правильно и грамотно можно только вручную, и только имея “ювелирный” опыт.

Другие сферы использования алмазов

Как вы уже поняли, про алмазы можно говорит очень много. Вот, например, вы задумывались, зачем бриллианты в часах? Имеются в виду не те камни, которые гордо украшают циферблат и корпус снаружи, а те кристаллы, которые являются частью механизма.

Для каких целей в часовой механизм ставят алмазы

Любой образованный часовщик легко ответит, что камни в часах нужны для того, чтобы снизить коэффициент трения между деталями, что увеличивает износостойкость всего механизма. Еще в начале XVIII века стало понятно, что, снижая коэффициент трения между деталями часов, можно значительно повысить их долговечность. И если в качестве такого камня взять алмаз, часы от этого только выиграют.

Из алмазов делают компьютеры

Разобраться в специфике работы этих перспективных суперкомпьютеров очень сложно. При объяснении ученые, как всегда, начинают переходят к высшим материям, на которых обычный человеческий мозг уже не работает. Но суть сказанного понятна: сегодня и российские, и заграничные ученые планируют сверхмощные суперскоростные (еще и миниатюрные) компьютеры, которые будут работать именно на алмазах.

Помощь хирургам и больным

В медицине алмаз используется для изготовления инструментов для внутриполостных операций. Высокоточные скальпели хирургов покрывают тончайшей алмазной пылью, что позволяет максимально точно проводить разрезы, а сами инструменты долгое время не тупятся. Особенно эти инструменты необходим в особо точных нейрохирургических операциях.

Другими словами, изготовление синтетических алмазов сегодня востребовано, как никогда. Ведь все, что мы перечислили в статье – это далеко не полный перечень применения алмазов. Благодаря своим выдающимся свойствам алмазы становятся просто незаменимыми во многих отраслях.