Слово «алиаз» происходит от греческого слова «адамас», что значит «непреодолимый»; здесь имеется в виду его высокая твердость и устойчивость к физическим и химическим агентам
Алмаз — это природный минерал, многие сорта которого относятся к драгоценным камням 1-го класса, так как они по блеску, красоте и твердости превосходят другие драгоценные камни.
Хотя алмаз состоит из углерода с незначительным количеством примесей, так же как состоят из углерода уголь и графит, но по своим свойствам он резко отличается от последних. Это в первую очередь зависит от его своеобразного кристаллического строения. Кристалл алмаза входит в кубическую синго-нию. Элементарная кубическая ячейка решетки алмаза со стороной, равной 3,56 А , содержит 18 атомов углерода, из которых вос(мь расположены в вершинах куба, шесть — в центрах граней куба и четыре —- в центрах четырех из восьми кубов, образованных делением элементарной кубической ячейки тремя взаимно-перпендикулярными плоскостями (фиг. I). Самое короткое расстояние между атомами составляет 1,542 А.
Алмаз хрупок, но обладает высокой твердостью, значительно превышапщей твердость всех других минералов и материалов (табл. 2). Эта исключительная твердость алмаза объясняется прочностью связи атомов углерода в кристаллической решетке, которые, как указывалось выше, близко расположены друг от друга.
Алмаз обладает совершенной спайностью по плоскости. Перпендикулярно этой плоскости расстояние между атомами в решетке наибольшее, поэтому спайность параллельно граням куба и ромбододекаэдра Heci (вершенная, и алмаз свободно раскалывается по этим плоскостям. Наименьшая удельная поверхностная энергия плоскостей спайности, которая характеризует способность раскалываться. для грани октаэдра алмаза составляет 11 400 эрг/см6 и для грани куба 39 44^ эрг}см2.
Твердость граней кристаллов алмаза неодинакова, что видно из поведения их при шлифовании. Легче шлифуются граня куба, труднее — грани ромбододекаэдра ч еще труднее — грани октаэдра. Но и в этих трех видах кристаллов имеются направления в гранях,
легче и труднее поддающиеся шлифованию. На фиг. 2 сплошными линиями показаны направления легко шлифуемые, а пунктирными — трудно шлифуемые. Из фигуры видно, что в кубе шлифование идет легче по направлениям, параллельным ребрам, и хуже по диагоналям На гранях рембододекаэдра и октаэдра также легче шлифуются направления, параллельные ребрам куба.
Объяснение этому дают схемы расположения атс мов углерода, приведенные на фиг. 2 сверху. Они показывают, что в направлениях, где в плоских сетках кристаллов атомы расположены редко, т. е. где связь между атомами слаоее, шлифование производить легче, чем в напргвлениях с более частым расположением атомов, обеспечивающим повышенную валентную связь.
Ребра куба отклонены на сравнительно большие углы от направления валентных связей, поэтому кристаллы куба шлифуются легче, чем октаэдра, у которого сетка образует равнонаклонные углы со всеми реорамк куба
Рассматривая расположение атомоз углерода в решетпе кристалла, можно заранее определить направления, легко и трудно шлифуемые для каждой формы кристалла алмаза так, как это сделано, например, для кристалла, представляющего комбинацию октаэдра, ромбододекаэдра и куба (фиг. 3).
Удельный вес алмаза по средним измерениям, произведенным над наиболее ч.илыми и хорошо образованными кристаллами, составляет 3,5 (+0,01). Эта величина подтверждается теоретическим расчетом, который исходит из объема и веса атомов углерода, входящих в кристаллическую решетку алмаза. Практически удельный вес алмаза в зависимости от строения алмаза, характера включений и количества последних в алмазе колеблется в пределах от 3,47 до 3,56.
» Включения в алмазе бывают местные, когда инородное тело вклинено в алмаз в какой-либо его части, и общие, рассеянные в его массе в виде тонкодисперсных частиц.
Местные включения состоят из графита (чаще всего), магнетита, ильменита, рутила и других минералов. Реже бывают жидкие включения — вода и углекислота и еще реже — газообразные.
Общие включения обусловливают разнооо-разную красивую окраску алмазов. Совершенно ._чистые_ алмазы бесцветны, не встречаются они довольно редко «Большинство алмазов окрашено в коричневый, желтый, серый и реже в черный, оранжевый, синий и лиловый цвета.
При сжигании алмаза примеси, находящиеся в нем, дают золу, количество которой для бесцветных алмазов составляет 0,02— 0,05% и доходит до 6% для некоторых разновидностей алмазов, окрашенных или с местными включениями. В составе золы могут присутствовать Si02 — до 45%, Fe203 — до 25%, MgO — до 30%, А120з — до 20%, СаО — до 15% и в меньшем количестве другие окислы.
Характерно, что зола алмаза сохраняет форму исходного тела, что указывает «а евчзиую сетчатую структуру образующих золу примесей.
Алмаз оптически изотропен, это объясняется высокой симметричностью. распсложения е го атомов в пространстве. Род связи атомов углерода в аТшазе и чрезвычайно плотная их упаковка придают алмазам высокий показатель преломления, который доходит до 2,42, а полная дисперсия составляет 0,05741. Поэтому лучи, падающие на грани ювелирных алмазов под углами более 24°50′, отражаются от внешних плоскостей, а остальные лучи входят внутрь кристалла и отражаются от внутренних поверхностей противоположных граней, разлагаются в спектр и выходят наружу в виде цветных пучков, что м создает красивый блеск и игру лУчей. Это происходит под] действием естественного и обычного искусст-12
Тепловое расширение алмаза оставляет 80% теплового расширения стали (типа инвар), обладающей наименьшим тепловым расширением из всех известных металлов. Это свойство алмаза очень зажно при вставке его в оправу из других материа нов, ;( 1и в процессе использования его он подвергается нагревадию. Цля этой дели обычно применяются вольфрам или титановые карбиды на кобальтовой связке, обладающие низким коэффициентом теплового расширения.
Коэффициент объемного сжатия алмаза в интервале давления от 4001 до 10 000 ат составляет 0,16- Ю-6 на 1 ат, модуль объемного сжатчя равен 6,3 • 1012 дин/см2.
Температуры плавления и кипения алмаза неизвестл! i о при быстром нагревании до высокой температуры алмаз превращается в коксообразное тело, что указывает на способность его плавиться.
При высоких температурах алмаз постепенно превращается в графит; это превращение становится заметным при 1500°, но при дальнейшем повышении температуьы оно идет медленно и не
венного света. Катодные, ультрафиолетовые и рентгеновы лучи вызывают свечение (люминесценцию) алмазов голубым, зеленым и желтоватым счетом.
Однако исследованиями индусского ученого Романчандрана[61] установлено, что алмазы с тетраэдрической структурой ниже 3000 А для ультрафиолетовых лучей непрозрачны В них наблкь даются тонкие пластинки, параллельные октаэдрическим плоскостям.
Алмаз обладает сравнительно умеренна ei 1Лопрпводностью, которая составляет 0,33 — пВ пределах от —200 до
см • сск,• с рею.
+100″ ^плопроводность от температуры не зависит, а ниже —200° убывает.
всегда доходит до конца. Вначале темнеют вершины двугранных , углов, затем графит в тонкодисперсной форме обволакивает всю поверхность кристалла алмаза.
В неокисллющейся атмосфере (водорода, азота и др.) алмаз можно нагревать без изменения его до температуры свыше 1000°. Например, его можно добавлять в расплавленную сталь (1300— 1500″; В атмосфере кислорода алмаз сгорает полностью при температуре ~ 900″ до двуокиси углерода. Находясь в порошке, алмаз, положена лй на л лет платины, может быть сожжен даже с помощью горелки Бунзена [55].
Теплота горения алмаза 7870 + 20 кал,’г, а теплота сублимации 200 кал/г-атом.
В решетке алмаза нет «свободных» электронов, как у металлов, ..osTDMy удельное электрическое сопротивление его очень велико (5 • 1014 ом • см).
Алмаз диамагнитен, удельная магнитная проницаемость его, отнесенная к единице массы, имеет отрицательную величину.
Алмаз по своим свойствам отнесен к металлоидам, он прозрачен для видимых лучей и „диэлектрик. При трении о шерсть ин заряжается положительным электричестром.
Химически алмаз чрезвычайно инертен и только при повышении гмпературы приобретает незначительную химическую активность. Он не поддается действию кислот и щелочей, за исключением смеси серной кислоты с двухромовокислым калием, которая окис-ляе тонкий алмазный порошок непосредственно в углекислоту.
Расплавленные карбонаты щелочей при 1000—1200 окисляют алмаз в окись углерода. Сера слабо реагирует с алмазом при температуре выше 600 . Заметное окисление алмаза в струе кислорода начинается при 600″.
Очень высокая химическая инертность и необычайная физическая прочность алмаза, с точки .зрения законов квантовой механики, в данной структуре обусловливается непрерывной осцилляцией, зыражающейся в превращении отрицательных в данный момент ионов в положительные в следующий момент, и наоборот.