Алма́з (від , almās — нездоланний) — мінерал класу самородних неметалів, тверда кристалічна алотропна видозміна карбону кубічної сингонії.ДСТУ 2486-94 Алмази та інструменти алмазні. Терміни та визначення.
Загальні відомості Алмаз належить до дорогоцінних каменів і є найтвердішим з відомих мінералів (твердість 10 за шкалою Мооса за означенням). Алмази можуть бути як природними, так і синтетичними. Промислові алмази завдяки своїй надзвичайній твердості використовуються в різальному інструменті для шліфування, свердління й токарної обробки твердих металів та їхніх сплавів, буріння твердих гірських порід тощо.
Найбільші родовища алмазу розташовані в Африці (ПАР, Демократична Республіка Конго, Танзанія), Азії (Російська Федерація, Індія) та Австралії. Щорічний світовий видобуток алмазу становить приблизно 300 кг. Ограновані ювелірні алмази в Україні називають діамантами.
Починаючи з середини 1950-х років алмаз почали одержувати штучно з графіту. І алмаз, і графіт — це різні форми одного і того ж елемента — вуглецю. Синтетичні алмази також відомі під назвами HPHT-алмази та CVD-алмази, що отримали назву від двох популярних методів їх виробництва. HPHT розшифровується як високий тиск і температура (), а CVD — хімічне осадження з пари (). Ці два методи домінують у виробництві синтетичних алмазів. Третій метод, відомий як синтез з підривом, став використовуватися наприкінці 1990-х. Синтетичні та природні алмази є однаковими за фізичними властивостями й кристалографією. Станом на 2011 рік близько 97 % алмазів (за масою), що використовуються у промисловості — синтетичні.
Походження
Міжнародна група дослідників з'ясувала, що найцінніші алмази утворилися в особливих умовах: серед «ванн» з розплавлених металів. Тому вони перемішувалися з ними, що в звичайних умовах формування алмазів практично ніколи не трапляється.
Історичні відомості
Старовинна українська назва алмазу адама́нт (від — незламний, непорушний)«Алмаз» в ЕСУ.. У науковій літературі українською мовою під назвою «адамант» алмаз уперше описаний в лекції «Про камені та геми» Феофаном Прокоповичем, яка була прочитана в Києво-Могилянській академії в 1705–1709 роках.
На думку стародавніх індусів алмази утворюються з п'яти першоелементів: землі, води, неба, повітря і енергії. При цьому алмази поділялися на чотири класи (варни): брахмани (безколірні і білі, шестивершинні); кшатрії (камені з червоним відтінком); вайшьї (зеленуваті); шудри (сірі і чорні).
Легенди та повір'я пов'язані з алмазами описав Пліній Старший у «Природній історії викопних тіл».
У Середньовіччі були створені спеціальні книги про походження, магічні і цілющі властивості різних каменів — лапідарії. Алмаз вважався каменем мужності, твердості, дарував перемогу над ворогами, гостроту розуму, охороняв від журби та чаклунства, злих духів.
На ранньому періоді історії розробки алмазних родовищ в Південній Африці вважалось вигідним розводити домашню птицю. Птахи порпались у відвалах гірських виробіток і, побачивши блискучі зерна, проковтували їх. Зоб кожної зарізаної птахи уважно оглядали, сподіваючись побачити дорогоцінний кристал. Так у зобі одного голуба, вбитого на території алмазного родовища, було виявлено 23 алмази масою 5,5 карата. В Російських газетах ІІ половини XIX ст. повідомлялось про уральську курку, яка «знесла» діамант.
Підробки діамантів, які зовнішньо важко було відрізнити від справжніх каменів, виготовлялися із свинцевого скла з кін. XVIII ст. Вони відомі під назвами «стрази» і «тетовські діаманти»
Структура алмазу
Елементарна комірка просторової кристалічної ґратки алмазу є гранецентрований куб з 4 додатковими атомами, розташованими всередині куба, на 1/4 великих діагоналей. Розмір ребра елементарної комірки а0=0,357 нм (при t=25О °C і Р=1 атм). Найкоротша відстань між двома сусідніми атомами с = 0,154 нм. Атоми вуглецю в структурі алмазу утворюють міцні ковалентні зв'язки з чотирма сусідніми атомами, скеровані під кутом 109o28' відносно один одного. Алмаз — один із найтвердіших матеріалів, відомих людству.(Фулерити, або фулерони наприклад)
Морфологія алмазу Кристали мають форму октаедра, ромбододекаедра, куба і тетраедра з гладкими і пластинчато-східчастими гранями або округлими поверхнями, на яких розвинені різноманітні акцесорії. Характерні пласкі, довгасті та складні кристали простої і комбінованої форм, двійники зростання і проростання, паралельні і довільно орієнтовані зростки, піраміди росту.
Хімічний склад У алмазі присутні домішки Si, Al, Mg, Са, Na, Ва, Mn, Fe, Cr, Ti, В та ін. елементів. Азот є головною домішкою, що найбільше впливає на фізичні властивості алмазу. Кристали алмазу, непрозорі до УФ випромінення, називаються алмазами І типу; всі інші належать до типу II. Вміст азоту в переважній більшості кристалів алмазу, що належать до типу І, становить близько 0,25 %. Рідше зустрічаються безазотні алмази, що належать до типу II, в яких домішки азоту не перевищують 0,001 %. Азот ізоморфно входить в структуру алмазу і утворює самостійно або в сукупності із структурними дефектами (вакансіями, дислокаціями) центри, відповідальні за забарвлення, люмінесценцію, поглинання в УФ, видимій, інфрачервоній і мікрохвильовій областях, характер розсіювання рентгенівських променів та ін.
Фізичні властивості Форма зерен
Більша частина алмазів зустрічається в природі у вигляді окремих добре сформованих кристалів або їх уламків. Переважають октаедри, ромбододекаедри та куби, а також їх комбінації. Це кристали з рівними плоскими гранями. Іноді зустрічаються кривогранні, округлі кристали, в деяких родовищах вони навіть переважають. Часто кристали алмазу зростаються, або ніби проростають один в одного, утворюючи відповідно так звані двійники зростання і проростання.
Крупність зерен
Зазвичай розміри алмазних зерен — від часток міліметра до 0,5–1 см в поперечнику, але зустрічаються і дуже крупні кристали.
Густина алмазу становить 3,5-3,53 г/см3. Алмази можуть бути безбарвними або з ледве помітним відтінком, а також яскраво забарвленими в жовтий, коричневий, рожево-бузковий, зелений, блакитний, синій, молочно-білий і сірий (до чорного) кольори. При опроміненні зарядженими частинками алмаз набуває зеленого або блакитного кольору. Зворотний процес — перетворення забарвленого алмазу в безбарвний — досі не вдалося провести. Поверхня алмазів з найдавніших родовищ (вік яких перевищує 1 млрд років) має зелене забарвлення, яке зникає при механічній обробці кристалу.
Більшість природних алмазів безбарвні, але бувають камені найрізноманітніших кольорів та відтінків. Найчастіше зустрічаються алмази зі слабким жовтуватим відтінком, а також зеленкуваті. В родовищах Південної Африки трапляються бурі алмази; за рахунок значних домішок аморфного вуглецю вони можуть набувати цілковито чорного кольору. Рожеві, рубіново-червоні та сині алмази дуже рідкісні. Щодо алмазів сапфірово-синього кольору, то це — явище виняткове, і цінуються вони дуже високо.
Блиск. Заломлення світла. Люмінесценція
Для алмазу характерні сильний блиск, високий показник заломлення (n=2,417) і сильно виражений ефект дисперсії (0,063), що зумовлює різнокольорову гру світла в діамантах. Як правило, в кристалах алмаз виявляє аномальне двопроменезаломлення через напруження, яке виникає у зв'язку зі структурними дефектами і включеннями. Кристали алмазу прозорі; напівпрозорі або непрозорі в залежності від насиченості мікроскопічними включеннями графіту, інших мінералів і газово-рідких вакуолей. При освітленні УФ променями значна частина прозорих і напівпрозорих кристалів алмазу люмінесціює синім, блакитним і рідше жовтим, жовто-зеленим, оранжевим, рожевим і червоним кольорами. Кристали алмазу (за рідкісним винятком) люмінесціюють під дією рентгенівських променів. В алмазах проявляється також електро-, трибо- і термолюмінесценція.
Міцнісні властивості
Відносна твердість алмазу за шкалою Мооса складє 10. Алмаз дуже крихкий, має довершену спайність по грані (111). Модуль Юнга 0,9 ТПа.
Змочуваність
Чиста поверхня алмазу має високу гідрофобність (крайовий кут — 105—104o), але в природних умовах алмаз покривається тонкими плівками, що підвищують його гідрофільність. Алмаз з чистою поверхнею гідрофобний, тобто не змочується водою.
Температура плавлення алмазу становить 3700...4000 °C за тиску 11 ГПар, Т-Діаграма плавлення алмазу та графіту з врахуванням аномальності високотемпературної теплоємності // . На повітрі алмаз згорає при 850—1000 °C, а у струмені чистого кисню горить блідо-блакитним полум'ям при 720—800 °C, з утворенням вуглекислого газу. При нагріванні до 2000 °C без доступу повітря алмаз спонтанно за 15...30 хвилин переходить у графіт й вибухоподібно руйнується на дрібні частинки.Спонтанная графитизация и термодеструкция алмаза при Т > 2000 K // . За температур понад 2000 K зміна термодинамічних характеристик алмазу (теплоємність, ентальпія) зі зростанням температури набуває аномального характеруАномальная термодинамика алмазной решетки // .
Використання
Використовують алмази для виготовлення абразивних та різальних інструментів, при бурінні, в ювелірній справі (див. діамант). Вагу алмазів вимірюють каратами.
Алмази в Україні
За останніми дослідженнями в Україні виявлені дві перспективні ділянки щодо знаходження алмазоносних кімберлітів, які розташовані у Східному Приазов'ї (Донеччина, Тельманівський район та ін.) і на Волині (Рівненщина, с. Кухітська Воля).
На Вінниччині виявлені алмази в Тиврівському районі, в алювії Дністра, в пісках на території Оратівського та деяких інших районів. Це зерна розміром від 0,1 до 1-2 мм, принесені древніми потоками з корінних джерел, місце розташування яких досі невідомо. Значна кількість знахідок алмазів і їх мінералів-супутників свідчать про цілком реальну можливість виявлення корінних родовищ. На сьогодні достовірно відома тільки природа алмазів, що зустрічаються поблизу Липовця. Вони утворилися саме тут десятки або сотні мільйонів років тому в результаті падіння величезного метеорита.
Різновиди алмазів та найвідоміші діаманти
Відомі такі діаманти:
алансонський (кварц димчастий); «Альєнде» (125 каратів, знайдено в Якутії 1973 року); арканзаський (дрібні, прозорі з сильним блиском кристали гірського кришталю з родовищ штату Арканзас, США); богемський (1. Дрібні, прозорі з сильним блиском кристали гірського кришталю з Чеського масиву. 2. Торговельна назва кришталю гірського з Чехії); бріансонський (дрібні, прозорі з сильним блиском кристали гірського кришталю з околиць м. Бріансона, Франція); бристольський (дрібні, прозорі з сильним блиском кристали гірського кришталю з англійських родовищ); «Валентина Терешкова» (прозорий з незначним жовтим відтінком, 51,66 карата, знайдено 1963 року в Якутії, названо на честь першої жінки космонавта Валентини Терешкової); «Варгас» (726,6 карата, з Бразилії); «Великий герцог Тоскани» (те саме, що алмаз «Флорентієць»); «Великий Могол» (первісна назва алмазу «Орлов»); «Гірник» (44,62 карата, знайдений у 1966 у Якутії); «Гоппе» (густо-синього кольору з Індії вагою 44 карати); «Де-Бірс» (з жовтуватим відтінком, 428,5 карата, знайдено 1888 року на копальні «Де-Бірс», Південна Африка); «Джонкер» (726 каратів, знайдено 1934 року на копальні «Прем'єр» у Південній Африці); «Дютойтспан» (великий алмаз вагою 253,7 карата з Південної Африки). «Ексцельсіор» (995,3 карата, знайдено 1893 року на копальні «Ягерсфонтейн» у Південній Африці); жовтуватий (те саме, що алмаз капський); «Зірка Африки» (те саме, що алмаз «Кулінан»); «Зірка Півдня» (те саме, що алмаз «Південна зірка»); «Імператор» (457 каратів, з Південної Африки); «Каєнський» (дрібні, прозорі з сильним блиском кристали гірського кришталю з родовища Кайєнн, Швейцарія); капський (з Капської області, Південна Африка); кілікранський (безбарвний топаз із Тасманії); «Коїнур» (те саме, що алмаз «Кохінур»); Конго (алмазний порох) корнуольський (алмази з околиць Корнула, Індія); «Кохінур» (з Індії, відомий з 1304 року, 793,5 карата; після першої огранки мав 186,1 карата, після другої — 106,1 карата);