Свойства на диамантите, с какво са известни
Уникален камък - уникални свойства
Днес в средното училище, в часовете по физика и химия, учениците научават, че такива на пръв поглед полярни и различни вещества като графит и диамант всъщност са така наречените полиморфни модификации на един и същ химичен елемент - въглерод. Полиморфните модификации или полиморфите са вещества, които имат същия химичен състав, но различна кристална структура.В диаманта въглеродните атоми са разположени много плътно, като всеки от тях е здраво свързан с четири околни атома. В структурата на графита се разграничават паралелни плоски решетки, състоящи се от шестоъгълници с въглеродни атоми във върховете. Във всяка отделна плоска мрежа (слой) връзката между въглеродните атоми е доста силна, а между слоевете е слаба. Разликата в кристалната структура обяснява разликата между свойствата на графита и диаманта. Изглежда елементарен, добре известен факт. Но за да го установи, бяха необходими усилията на такива гиганти на науката като И. Нютон, А. Лавоазие, М. В. Ломоносов, Х. Деви и много други.Наистина беше необходимо да се стигне до напълно парадоксално заключение, че диамантът е най-великото бижу, най-твърдото вещество на земята, химически напълно (ако не се вземат предвид случайните примеси) е подобно на графит, въглен и въглища, с равномерно, т.е. които са широко разпространени и далеч не са най-привлекателните във външния си вид. Нека разгледаме какви са свойствата на диамантите, съвкупността от които прави този камък уникален природен обект. Твърдост. От незапомнени времена се знае, че диамантът е най-твърдото вещество на земята. Древна санскритска поема говори за фария (всанскрит - диамант) като този:
Фаря не може да надраска нито едно бижу - драска всички скъпоценни камъни. Фариус драска фариуса.
Гръцките поети Хепсоид и Есхил пишат, че адамас (гръцкото име на диаманта) е подходящ за направата на шлема на Херкулес и веригите на Прометей, т.е. предмети, чиято неразрушимост е станала нарицателна дума. А самото име, според различни версии, идва или от гръцки (неустоим, неразрушим), или от арабски (най-твърд). Диамантите, подобно на други кристални тела, се характеризират с анизотропия на определени характеристики (т.е. вариации на тези характеристики в различни кристалографски посоки), включително анизотропия на твърдостта, която се дължи на особеностите на вътрешната структура на кристалите. Твърдостта варира не само от лице към лице, но често в рамките на едно и също лице на лице, но често в рамките на едно и също лице на кристала, което трябва да се вземе предвид при обработката на диамант и при работа с диамантени инструменти Така че, когато обработвайки един диамант с друг, те трябва да са взаимно ориентирани, така че обработката да се извършва в посока на най-малката твърдост, а износването на диамантения инструмент е в посока на най-голямата. Трябва да се подчертае, че якостта на огъване и натиск на диаманта е относително ниска, така че той е доста чуплив и може да се счупи при рязък и силен удар. Той е набоден по система от равнини, успоредни на определени кристални повърхности.В минералогията това свойство се нарича цепителност.Наличието на цепителни равнини позволява при обработката на диаманта, вместо да се шлайфа, да се отчупят парчета от кристала, които имат различни дефекти или пречат на придаването на необходимата форма на диамант или някакъв технически диамантен продукт.От друга страна, повишената крехкост на диаманта, бидейки,разбира се, диамантен инструмент, налага да го предпазите от остри неочаквани удари. Дори използването на стоманени клещи при сортиране на диаманти изисква определено умение, в противен случай лесно можете да отчупите острите ръбове на камъните. Трябва да се отбележи, че в древни времена тези две свойства на диамантите - твърдост и здравина - често не се различават, пише римският историк и природоизпитател Гай Плиний Стари. Ако самият Плиний беше извършил такъв експеримент, той щеше да е убеден, че щеше да остави чука и наковалнята, а скъпоценният камък да се превърне в прах.В древността е широко разпространено мнението за неразрушимостта на диамантите при мощни удари, което е записано в писмени документи и устни легенди от различни времена и народи.
Други физични и механични свойства. Много важен е много ниският коефициент на триене на диаманта срещу метал във въздуха - само 0,1, което се свързва с образуването на тънки филми от адсорбиран газ върху повърхността на кристала, които играят ролята на вид смазка.Когато такива филми не се образуват, коефициентът на триене се увеличава и достига 0,5-0,55. Ниският коефициент на триене обуславя изключителната износоустойчивост на диаманта, която надвишава износоустойчивостта на корунда 90 пъти, а тази на другите абразивни материали стотици и хиляди пъти. В резултат на това, например, при смилане на продукти от твърди сплави, диамантеният прах се изразходва 600-3000 пъти по-малко от всеки друг абразив. Диамантът също има най-високия (в сравнение с всички естествено срещащи се материали) модул на еластичност и най-нисък коефициент на компресия.
топлинни свойства. Точката на топене на диаманта е 3700-4000 C. Във въздуха диамантът гори при 850-1000 C, а в поток от чист кислород той гори със слаб син пламък при 720-800 CС, като в крайна сметка напълно се превръща във въглероден диоксид.При нагряване до 2000-3000 С без достъп на въздух диамантът се превръща в графит. Разглежданият минерал има изключително висока топлопроводимост, което води до бързо отвеждане на топлината, която възниква при обработката на детайли с инструмент, изработен от него. В допълнение, диамантът се характеризира с нисък температурен коефициент на линейно разширение (по-нисък от този на твърдите сплави и стоманата). Това свойство на диаманта се взема предвид, когато той се поставя в рамка, изработена от различни метали и други материали. Оптични свойства. Средният индекс на пречупване на безцветни диамантени кристали в жълто е приблизително 2,417, а за различните цветове на спектъра варира от 2,402 (за червено) до 2,465 (за виолетово). Способността на кристалите да разлагат белия цвят на отделни компоненти се нарича дисперсия. За диаманта дисперсията е 0,063. Както коефициентът на пречупване, така и дисперсията на диаманта далеч надхвърлят тези на всички други естествени прозрачни вещества, което в комбинация с твърдостта определя ненадминатите качества на диамантите като скъпоценни камъни. Високото пречупване, комбинирано с изключително силна дисперсия, причинява характерния блясък на полиран диамант, наречен диамант. Едно от най-важните свойства на диамантите е луминесценцията. Под действието на видимата светлина и особено на катодните, ултравиолетовите и рентгеновите лъчи, диамантите започват да луминесцират - светят в различни цветове. Рентгеновата луминесценция се използва широко в практиката за извличане на диаманти от природата. Електрически и магнитни свойства. Диамантът е изолатор: неговото електрическо съпротивление е много високо. Някои кристали обаче имат ниско съпротивление и имат свойстваполупроводници. Тези диаманти обикновено са сини на цвят. Много високо ценен и изключително рядък. Диамантът принадлежи към немагнитните минерали, но някои от техните разновидности имат слаби парамагнитни свойства, които се свързват главно с наличието на азотни примеси. Понякога магнитните свойства се придават на диамантите чрез механични включвания в тях на магнитни минерали - магнетит и илменит. Това трябва да се вземе предвид при извличането на диаманти от скалата, тъй като по време на магнитното разделяне диамантите ще попаднат в магнитната фракция и могат да бъдат пропуснати.
Оцветяване Повечето естествени диаманти са безцветни, но такива камъни с голямо разнообразие от цветове и нюанси не са рядкост. Най-често срещаните са диаманти с лек жълтеникав оттенък, както и зеленикави. Кафяви диаманти често се срещат в находищата на Южна Африка; поради значителни примеси на аморфен въглерод, те могат да придобият напълно черен цвят. Но розово, рубинено червено, лилаво и синьо са много редки. Що се отнася до сапфирено-сините диаманти, това, както вече беше отбелязано, е изключително явление и съответно се оценяват много високо. Повърхността на диамантите от най-древните находища (чиято възраст надхвърля 1 милиард години) има зелен цвят, който обаче изчезва при механична обработка на кристала. Учените обясняват появата на зелено върху диамантите с продължително излагане на естествено радиоактивно облъчване. Сега това явление се възпроизвежда експериментално. В САЩ, Великобритания и редица други страни изкуственото оцветяване на естествени диаманти се извършва в лабораторни условия. Ако диамантът се изложи на електрони с енергия от 1 MeV и след това се охлади с определена скорост, тогава той придобива синкав цвят. Ако енергията на облъчване достигне 1,5 MeV, тогава диамантът ставасиньозелено. Оттенъкът на цвета зависи от продължителността на излъчването. За съжаление, изкуствено оцветените сини диаманти, за разлика от естествените сини, не придобиват полупроводникови свойства. При облъчване с неутрони диамантът става зелен, чиято плътност също се определя от продължителността на излъчването. Гама-лъчите придават на диаманта равномерен синкаво-зелен цвят.