Выращивание искусственных камней – задача, над которой многие годы бьются коллективы учёных. «Народные умельцы» тоже давно задаются вопросом о том, как вырастить алмаз в домашних условиях. Некоторые даже нашли способы его получения.
Создание искусственных алмазов
В природе алмаз образуется под воздействием высоких температур (более 1600 °С) и высокого давления (60-100 тысяч атмосфер). В естественных условиях формирование алмазов происходит сотни тысяч, а то и миллионы лет. Искусственные алмазы, по своим физическим характеристикам полностью соответствующие натуральным, можно вырастить за несколько месяцев. Для этого необходимо воссоздать естественные условия их образования.
Дома создать аппарат, поддерживающий настолько высокую температуру и нужное давление, пока ещё никому не удавалось. Но некоторые «мастера» делятся советами о том, как всё-таки можно это сделать. Например, советуют взять толстостенную трубу, графит и тротил. Затем сложить тротил и графит в трубу и заварить её. Утверждается, что если взорвать тротил, а потом суметь отыскать остатки трубы, то в них вы найдете малюсенькие алмазики. На практике же шанс покалечиться в сотни раз превышает вероятность получить таким образом алмаз.
Другие «умельцы» предлагают более безопасный метод создания алмазов. Для него понадобится только карандаш, провод, вода (лучше жидкий азот) и источник высокого напряжения (например, сварочный аппарат). Достаньте из карандаша грифель и привяжите к обоим его концам провод. Грифель с проводом положите в контейнер с водой и заморозьте (или используйте для этих целей жидкий азот). Достаньте грифель из морозильника, присоедините провода к сварочному аппарату. Считается, что как только вы пропустите через свою конструкции сильный разряд тока, грифель практически моментально превратится в алмаз. Конечно, такой метод можно опробовать в целях эксперимента, но всерьёз рассчитывать на получение искусственного алмаза не стоит.
Создание искусственных драгоценных камней
В отличие от алмазов, многие другие драгоценные камни можно вырастить дома. Для этого вам надо изготовить или купить аппарат Вернейля и запастись реагентами. Для создания искусственного рубина, например, пригодится соль двуокиси алюминия, имеющая незначительную примесь оксида хрома. Поместите её в накопитель горелки и расплавьте, наблюдая, как за несколько часов прямо на ваших глазах вырастет «рубин». Используя в качестве реагентов разные соли, вы сможете получить и другие виды драгоценных камней.
Выращивание кристаллов
Если вы рассматриваете возможность выращивания камней как интересный опыт, а не как способ обогащения, то можно пойти другим путём и вырастить не камни, а разноцветные кристаллы из соли, сахара или медного купороса.
Для выращивания солевых кристаллов сделайте насыщенный раствор, добавляя соль в стакан с тёплой дистиллированной водой до тех пор, пока она не перестанет растворяться. Для получения разноцветных кристаллов воду можно подкрашивать пищевым красителем. После этого подвесьте над стаканом на ниточке небольшой кристалл соли так, чтобы он был полностью погружён в раствор. Уже через несколько дней кристалл вырастет. Точно так же выращиваются кристаллы медного купороса.
Что может быть общего у самого дорого в мире камня - алмаза - и обычного графита? Оба являются аллотропной формой одного и того же химического элемента - углерода. На этом общность не кончается, ведь из графита в настоящее время получают синтетические алмазы. Если такое превращение можно осуществить в химической лаборатории, то возможно ли воспроизвести данный процесс в домашних условиях и получить искусственные драгоценности?
Графит и алмаз
Графит - это самородный минерал, одна из аллотропных форм углерода. Каждый его атом ковалентно связан с тремя окружающими его атомами. В природе он образуется при высокой температуре в вулканических и магматических породах. Его добывают совместно с пиритами, гранатами, шпинелью. Встречается в кварцевых жилах, метаморфических породах, каменноугольных рудниках.
Алмаз также является одним из аллотропов углерода. Однако из-за отличий в кристаллической решетке обладает совершенно другими свойствами. Атомы углерода находятся в состоянии SP3-гибридизации, каждый атом расположен в центре тетраэдра, образуемого окружающими атомами. Такая структура объясняет высокую твердость элемента.
Точной версии происхождения алмазов пока нет. Ученые выдвигают разные версии образования самого твердого минерала - магматическая, метеоритная, мантийная. Нередко алмазы образуются при столкновении метеоритов с земной корой. Также их находят в ассоциациях со сверхвысоким давлением.
В таблице представлены сравнительные физико-химические характеристики алмаза и графита:
Алмаз обладает высоким показателем преломления. Благодаря этому свойству, а также прозрачности и дисперсии кристалл образует уникальную игру света, что делает его самым дорогим драгоценным камнем в мире. Обычно он полностью прозрачный, однако в природе встречаются желтые, голубые и даже черные кристаллы, что объясняется присутствием примесей.
Можно ли получить алмаз из графита в домашних условиях?
Как сделать алмаз самостоятельно? Этот вопрос волнует многих начинающих любителей химии, которые узнают о том, что между графитом и алмазом есть много общего.
Если графит и алмаз - это форма одного химического элемента, значит есть возможность преобразовать один в другой. Однако как бы ни старались химики-любители, сделать это в домашних условиях невозможно. Дома нельзя создать необходимые условия для синтеза алмазов, ведь для этого потребуются высокие температуры, давление и вакуум.
Что же делать, если юному химику хочется вырастить кристалл самостоятельно? Драгоценный камень получить дома невозможно, зато можно вырастить соляной кристалл. Для этого в литре воды растворяют несколько столовых ложек соли. В раствор добавляют немного красителя, чтобы выращенный минерал был цветным. Затем в воду окунается скрепка, подвешенная на веревочке. Через несколько дней скрепка полностью скроется под слоем соли. В течение всего периода времени маленькому экспериментатору будет интересно наблюдать за оседанием кристалликов соли на металлической скрепке.
Современные методы синтеза
Первые эксперименты по синтезу искусственных алмазов начались в середине XIX в. Однако впервые в мире создать синтетический алмаз удалось только в 1953 г. шведскому ученому Балтазару Платену.
Существует несколько технологий синтеза алмазов:
Пресс для синтеза алмазов - Высокое давление и высокая температура - метод НРНТ. Это исторически первый способ искусственного получения алмазов. Затравку помещают в капсулу, которую загружают под пресс. В прессе поднимается температура до 1400°С, под воздействием температур и высокого давления изменяется кристаллическая структура углеродного элемента. Прессы бывают ленточными и кубическими, в них создается давление до 5 ГПА.
- Химическое осаждение из газовой фазы. Этот метод был открыт в 1980-х гг, и он не требует высокого давления. Рабочая камера заполняется специальными газами, которые способствуют росту алмазов.
- Детонация углеродсодержащей взрывчатки. Металлическая капсула заполняется графитовым порошком и помещается в камеру со взрывчаткой. Во время взрыва под высоким давлением и температурой получаются алмазные нанокристаллы.
- Ультразвуковая кавитация. Суспензию графита подвергают воздействию ультразвука. Это дешевый и простой способ получения алмазов, однако камни получаются невысокого качества.
Применение алмаза и графита
Где используется графит? Кроме изготовления грифелей карандашей, его применяют в следующих сферах и отраслях промышленности:
- создание электродов и нагревательных элементов;
- замедление нейтронов в ядерных реакторах;
- изготовление плавильных тиглей;
- создание деталей для атомно-силового и туннельного микроскопа;
- тепловая защита космических аппаратов;
- создание синтетических алмазов.
Натуральные алмазы подвергают обработке и получают из них прекрасные ювелирные камни - бриллианты. Бриллианты считаются самыми дорогими среди драгоценных камней.
Синтетические алмазы также имеют широкую сферу применения:
- Сверхтвердые режущие элементы. Поскольку алмазы являются самым твердым веществом, этим свойством пользуются при создании абразивных и режущих инструментов. Их даже используют для огранки натуральных, природных алмазов.
- Оптические элементы. Синтетические кристаллы применяются в лазерах и гиротронах.
- Топлопроводник. Благодаря высокой теплопроводности и низкой электропроводности алмазы используют как теплоотвод для лазерных диодов.
- Электроника. В лабораторных условиях создают транзисторы на основе искусственных камней, однако широкого коммерческого применения эта разработка пока не получила.
Синтетические алмазы используют и в ювелирной промышленности, они составляют 2% рынка. Самый большой ювелирный искусственный бриллиант весит 10,02 карат. Он был выращен в течение 300 часов. Синтетические камни стоят дешевле натуральных минералов, путем добавки различных примесей или радиоактивного воздействия им можно придать разные оттенки - голубой, желтый, розовый или зеленый.
Химики шутят: если очень сильно надавить на уголь, то получится алмаз. Эту идею в разные времена эксплуатировали авторы фантастических историй, кинорежиссеры, мультипликаторы и разработчики компьютерных игр, благодаря чему многие люди верят, что кусок угля действительно можно превратить в драгоценный алмаз. Один только Супермэн убедил в этом не одно поколение своих поклонников.
В принципе, понятно, откуда возникла данная идея. Уголь, в своей основе, и алмаз являются формами одного и того же химического элемента – углерода. И, действительно, высокое давление – это ключевой фактор как в процессе превращения разлагающихся углеродных форм жизни (например, растений) в уголь, так и в процессе формирования алмазов. Но в реальности все значительно сложнее.
Химический состав угля сильно отличается от алмаза.
Алмаз представляет собой чистый углерод в хорошо выраженной кристаллической форме. Это прозрачный и чаще всего бесцветный кристалл, хотя бывают и цветные алмазы: желтые, голубые, розовые и даже черные. Такое цветовое отступление от правила связано с особенностями природных условий формирования кристалла и с наличием в нем примесей. К примеру, присутствие в структуре алмаза атомов бора придает кристаллу желтый оттенок, а азот – голубой. Стоит отметить, что речь идет об очень малом количестве примесей – порядка одного атома на миллион.
Основой угля является углерод, однако, назвать его чистым нельзя. В угле содержится множество примесей, включая водород, азот, кислород, серу, мышьяк, селен и ртуть. Кроме того, уголь, в зависимости от своего происхождения и возраста, содержит различные органические соединения.
Чтобы стать алмазом, углероду недостаточно высокого давления. Процесс также требует очень высокой температуры (тысяч градусов). Только в таких условиях может сформироваться особая кристаллическая решетка алмаза. При одновременном воздействии температуры и давления на углерод каждый его атом связывается с четырьмя соседними атомами, образуя очень прочную структуру. Именно строению кристаллической решетки алмаз обязан своей твердостью. Каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших атома. Если бы в составе присутствовали примеси, как в угле, такая связь образоваться бы не могла.
Искусственные алмазы люди все-таки научились создавать. Производят их из графита.
Графит, как и алмаз, является аллотропной формой углерода. С виду он напоминает уголь, но отличается от него свойствами, цветом и наличием кристаллической решетки. Уголь не имеет никакой кристаллической структуры.
Структура графита совсем не похожа на структуру алмаза. Графит образован параллельными слоями, состоящими из атомов углерода, расположенных по углам правильных шестиугольников. Слои отстоят друг от друга на значительном расстоянии и к тому же сдвинуты относительно друг друга. Это строение и объясняет свойство графита расслаиваться на чешуйки, благодаря чему он применяется для изготовления карандашей и в качестве смазочного материала.
Долгие попытки получить искусственный (синтетический) алмаз увенчались успехом в середине двадцатого века. Получение искусственных алмазов из графита при современном уровне развития химии и технологии уже не является проблемой, но требует дорогостоящего оборудования.
То, что природа делает за миллионы лет, человек теперь может сделать за гораздо более короткий срок. Главное – воспроизвести условия, в которых в природе одна форма чистого углерода переходила в другую, то есть создать высокую температуру и очень высокое давление. Существует несколько способов сделать это. Правда, искусственные алмазы получаются довольно мелкими, и объем их производства относительно небольшой. К примеру, московская лаборатория может вырастить до 1 килограмма алмазов в год.
В этой статье:
Во все времена люди очень ценили украшения с бриллиантами. Как же можно не восхищаться камнем, который играет переливами, блестит, обладает магическими свойствами, красотой и прочностью? Бриллиант считается символом власти, роскоши, шарма, успеха. Как делают бриллианты?
Как сделать бриллиант?
Бриллиант - это обработанный алмаз. Алмазы добывают в Африке, Канаде, России, Австралии, Индии, Бразилии. Это углерод с примесями, который имеет большую степень твердости и теплопроводности.
Оборудование для обработки алмазов
Для того чтобы придать алмазу форму, его обрабатывают, после чего он называется бриллиантом. Необработанный алмаз можно использовать в медицине, промышленности; после обработки - в ювелирном деле. Алмаз после обработки начинает переливаться, сиять, он приобретает эстетический вид, его стоимость повышается в разы, при этом он не теряет своих свойств, характеристик.
Впервые алмаз научились обрабатывать несколько тысяч лет назад, с годами мастера появились новые методы обработки, и сегодня делают настоящие шедевры.
Процесс обработки трудоемкий и сложный, он проходит несколько стадий:
- На первой стадии камень пилят на две части, одна их них больше. Делается это с помощью специальной машины. Если использовать бронзовые диски, то алмаз распиливается несколько дней. Лазерный луч это делает за два часа, но стоимость такой установки очень большая.
- На второй стадии камню придают форму. Для этого трут камень о камень. Для того чтобы придать квадратную или овальную форму, используют огранку «изумруд», в результате чего не нужно выбрасывать большую часть камня. Однако такая огранка меньше передает яркость, переливание и сияние камня. Огранка «экселлент» направляет грани под одним углом, получая при этом интересный визуальный эффект. Бриллиант в основном имеет круглую форму, а остальные формы называются по-другому: «груша», «овал», «принцесса», «сердечко».
- На третьей стадии алмазам придают сияние. Для этого наносят грани с помощью чугунной шайбы и полируют его. Для начала выполняют девять граней, постепенно увеличивают количество до семнадцати. Готовый бриллиант имеет 57 граней. Существует бриллиант, который имеет 121 или 240 граней. С помощью более сложных методов можно придать бриллианту интересную форму. Для того чтобы сделать грани одному алмазу, мастеру понадобится около четырёх часов работы.
При обработке алмаз теряет большую часть своего веса, но результат того стоит.
Цвет бриллианта оценивается строго - это важный критерий в характеристике камня. Существуют белые, серые, прозрачные бриллианты, самыми редкими являются красные или фантазийные. Кроме того, есть и другие оттенки камня. Цены на цветные бриллианты дороже, так как камни нуждаются в дополнительной технологии окрашивания. Покрытие наносят с помощью облучения нейронами или электронами, а также меняют цвет с помощью давления, высоких температур. Цвет бриллиантов зависит и оттого, какие примеси были в алмазе.
Кристаллы для лазеров для обработки алмазов
Искусственные бриллианты
Прекрасной заменой дорогих бриллиантов являются искусственные камни.
Они могут быть двух видом:
- заменители алмазов;
- синтетические камни.
Синтетические алмазы получают путем воздействия на камень давлением при разогреве до высоких температур и с помощью газовой фазы.
Первый способ улучшает характеристики камня, практически доводя их до натурального вида. Если делать искусственные бриллианты в лаборатории методом осаждения из газовой фазы, то камни получаются схожими с натуральными: имеют твердость, коэффициент преломления, вес, сияние, могут иметь включения, которые незаметны.
Искусственные бриллианты имеют желтый оттенок, так как в их составе есть азот, который поглощает голубой световой спектр.
Как много всего можно сделать из бумаги. Тысячи фигурок и интересных поделок открыты перед нами. Сегодня нам предстоит научиться чему-то новому, и мы попробуем сделать объемный алмаз из бумаги. Очень необычная и интересная поделка, но сделать его будет очень не просто, так что набираемся терпения и сил.
Как сделать алмаз из бумаги своими руками?
Для создания алмаза из бумаги потребуется макет его, ведь без него мало кто сможет нарисовать что-то подобное. И так, вот наш макет:
1. Скачиваем и распечатываем наш шаблон. Лучше его сделать на цветной, плотной бумаге, тогда он получиться красивее. Вырезаем его из листа бумаги.
2. Возьмем иголку и проводим ею по всем пунктирным линиям.
3. Следующим шагом будет подготовка сгибов, для этого используем линейку. Это нужно что бы в дальнейшем наш алмаз можно было проще сложить.
4.
Теперь можем начинать склеивать. Каждую грань, шаг за шагом, присоединяем клеем, пока не получим полноценный алмаз.
Последний шаг будет самым затруднительным, так как все нужно делать предельно аккуратно. Вот что мы получаем в итоге.
