Все о твердости алмаза: если ли что-то прочнее и можно ли разбить бриллиант молотком
Бриллиантами люди интересовались еще с давних времен. И не странно, так как эти камни сражают своей красотой наповал: от прекрасных самоцветов нельзя отвести взгляд и хочется их носить просто постоянно.
Но помимо внешних качеств, многие обращают внимание на твердость алмаза. Эти камни обладают несравненными по качеству характеристиками, за счет чего минералы применяются во многих сферах жизни человека, начиная от ювелирного дела и заканчивая изготовлением космических кораблей.
Сегодня мы разберемся с тем, какой твердостью обладает алмаз, и бывают ли вещества или материалы тверже.
Почему алмаз имеет большую прочность чем графит
Для того чтобы разобраться в вопросе, следует копнуть немного глубже.
Алмаз – это минерал, кубической аллотропной формы углерода. При нормальных условиях материал метастабилен, другими словами, он может существовать неограниченно долго в своей твердой прозрачной форме. В вакууме или в инертном газе при повышенных температурах алмаз постепенно переходит в графит.
Алмаз считается самым твердым минералом по эталонной шкале Мооса.
Итак, из определения следует, что по своей сути алмаз – это видоизмененный при определенных условиях графит. Что же происходит при воздействии вакуума или инертных газов на камень? Книги говорят, что возникают особые процессы в кристаллической решетке.
Тут надо немного углубиться в химию школьного курса. Четыре валентных электрона позволяют углероду, составной частью обоих описываемых материалов, образовывать связи с четырьмя другими атомами углерода. Это могут быть:
- четыре прочные связи;
- три особо прочных соединения и одна слабая связь.
Если связи соединяют атомы в монослои, по которым свободно движутся электроны слабых связей, слегка скрепляя эти слои между собой, то получается графит. Причем его свободные электроны поглощают свет любой частоты, делая графит непрозрачным.
В решетке алмаза электроны зафиксированы в одинаковых прочных связях. Поэтому алмаз получается твердым прозрачным диэлектриком.
При образовании прочных связей получается алмаз. Электроны камня поглощают свет только на частотах возбуждения межатомных связей. Эти частоты не попадают в видимую часть спектра, поэтому алмаз прозрачен.
Можно ли бриллиант разбить молотком
Существует вопрос: чем можно сломать алмаз и можно ли это сделать в принципе. Тут ответ никак не может быть совершенно однозначным, так как никто не знает, о каком «убиваемом» алмазе идет речь – например, о малюсеньком камне или огромной глыбе, и каким молоточком размахивают.
Давайте рассмотрим разные случаи. Например, у вас на столе лежит малюсенький хрупкий камешек, на который вы готовите покушение. Конечно, если вы со всех сил ударите по нему молоточком, то красавец расколется. Это произойдет по той причине, что у ограненного камня есть острые ребра, которые и являются самыми слабыми местами.
Если вы машите молотком для разделения алмазов от других минералов методом выдержит удар или нет, то лучше вам посоветовать более демократический способ отбора.
Теперь рассмотрим другой случай. Вы оказались в пещере много тысячелетней давности. Вы с фонарем в шлеме при полном обмундировании. И тут в глыбе породы вы увидели что-то непонятное огромных размеров. Это предположительно алмаз килограммов на 10. Если вы по нему стукните молотком, то ничего в жизни камня не изменится. Так как для этого красавца огромного телосложения и веса ваш удар будет, как укус комарика для буйвола.
Однако и это не все. Например, вы добыли из породы один огромный неправильной формы камень. Что можно с ним сделать? Правильно, огранить. Как это делается? Огранка самых дорогих и ценных минералов до сих пор производится частично вручную. Красавца отдают мастеру, который должен полностью исследовать самородок, отделить в нем пустоты, помутнения и разбить на отдельные части. Так вот, для анализа формы может уйти до нескольких лет работы. Дело в том, что если правильно ударить огромный алмаз, он красиво раскалывается на более мелкие идеальные по твердости и прочности собратья. Раз стукнул – и алмаз рассыпался.
Вот такие вот выводы. Поэтому если вы решили махать молотком над прекрасным камнем, то спешим вас предостеречь: они могут рассыпаться.
Можно ли бриллиант поцарапать
Если вы хотите отличить царапания бриллиант от других материалов при помощи метода, то это дело действенное, однако может привести к печальному результату.
Поясним все на простом примере. Представьте себе, что вы взяли в одну руку острое стекло, а в другую пластик. Проведите стеклом по пластику. Все мы понимаем, что след останется. Почему? Да потому что стекло по твердости намного выше обычной пластмассы. Теперь проведем опыт наоборот. Вы можете царапать пластиком стекло до изнеможения, но толку не будет, так как этот материал гораздо менее твердый.
Такая же самая ситуация и с бриллиантами. Если у вас в руке обычный качественный алмаз, то чем бы вы его не царапали, следы не должны остаться. Так как прочность алмаза считается самой высокой из всех известных видов драгоценных и поделочных камней. А вот настоящий бриллиант поцарапает все что угодно.
Теперь вернемся к вашей ситуации. Например, вместо алмаза вам подсунули в украшении хрусталь или фианит. Умные книги говорят, что твердость этих красавцев находится в диапазоне от 7,0 до 9,0. Если вы поцарапаете минерал бриллиантом, то след обязательно останется. Вы будете расстроены, и камень будет испорчен. Поэтому призываем вас не проходить камни сортировкой «варварскими» методами. Лучше обратиться к специалистам.
Сравниваем. Что крепче, алмаз или...
Теперь давайте немного образуемся и выясним, а существуют ли ювелирные и другие камни тверже алмаза?
... корунд?
Корунд – это минерал, состоящий из оксид алюминия (III), кристаллического глинозема. Самородок имеет огромное количество разновидностей, о которых было известно еще в Иерусалиме и Древнем Египте, откуда корунды попали в Индию, где и приобрели настоящую славу и свору поклонников.
Разновидности корунда:
- Рубин (устаревшее название «красный яхонт») – красный, бордовый, розовый, прозрачный. Рубиновая окраска камня возникает из-за присутствия хрома. Твердость 9.
- Наждак – темный, непрозрачный, сплошной мелкозернистый (смесь корунда с магнетитом, гематитом, кварцем и др.). По шкале Мооса наждак имеет твердость от 7 до 8 единиц в зависимости от количества содержания в нем корунда и других примесей.
- Сапфир (устаревшее наименование «синий яхонт») – небесный, синий, голубой, прозрачный. Окраску придает минералу титан. Твердость 9.
- Падпараджа (восточный топаз) – желтый, прозрачный самородок. Твердость 9 из 10 по шкале Мооса.
- Ориент-аметист (еще восточный аметист) – темно-розовый, фиолетовый, прозрачный красавец. Этот минерал достаточно твердый, но минералогической шкале Мооса получил 7-ку, что чуть меньше топаза .
- Ориент-изумруд (или восточный изумруд) – яркий зеленый прозрачный камешек. Об этом красавце поговорим позже.
- Лейкосапфир – бесцветный. Твердость этого камня по шкале Мооса составляет 9-ке. Благодаря такой высокой характеристике, а также блеску, самоцвет легко и удобно гранить и полировать.
Алмаз тверже корунда по шкале Мооса, так как по эта характеристика равна 9-ке.
... гранит?
Что такое гранитный камень, знает, наверно, практически любой более или менее образованный человек. Также многие спокойно представляют, что делают из гранита. Данный материал, известный людям с незапамятных времен, в наше время используется повсеместно: для изготовления столешниц, отделки фасадов зданий, создания скульптур и прочее. Одна из самых древних пород, рожденная в земной коре и образованная в виде скал, обладает многими замечательными качествами и свойствами.
Твердость алмаза в баллах принято считать равной 10 или 100, в зависимости от шкалы измерений. 10 – это для системы Мооса, а 100 – для шкалы Роквелла.
Прочность алмаза намного выше чем у гранита. Эта характеристика по Моосу для гранита составляет от 6 до 7 единиц.
... изумруд
Изумруд – это один из самых прекрасных зеленых ювелирных камней. В живой природе очень не часто удается отыскать полностью прозрачный экземпляр. Но такие находки ценятся достаточно высоко. В основном же в этих самоцветах присутствуют трещины, пузырьки и замутненные участки. Цвета изумрудов чаще всего представлены различными оттенками зеленого.
Твердость изумруда по Моосу составляет от 7,5 до 8 единиц. Поэтому если вы захотите алмазом поцарапать изумруд, то вам это удастся.
... железо?
Железо – хорошо обрабатываемый металл, который имеет яркий серебристо-белый цвет. Материал обозначается в химии символом Fe (лат. Ferrum). Железо считается одним из самых распространенных металлов в земной коре.
В чистом виде при нормальных условиях это твердое вещество. Оно обладает ярко выраженным металлическим блеском. Твердость по шкале Мооса равна четырем.
... золото?
Нет человека, который не восторгался бы красотой золота. Ярко-желтый металл стал известен людям несколько тысяч лет. Однако в природе золото многолико. Размер его частиц колеблется от микрон до десятков сантиметров, цвет, из-за примесей, не всегда желтый. Встречается несколько минералов, похожих на золото по внешнему виду. Не зря существует поговорка «не все золото, что блестит». Чтобы успешно находить золото, ориентироваться в его ценности, не путать с похожими минералами, нужно знать свойства золота, где и как оно встречается в природе.
Золото – это чрезмерно мягкий металл. Твердость желтой драгоценности составляет от 2,5…3,0 по 10-балльной шкале твердости (шкале Мооса).
В полевых условиях твердость проверяют, прежде всего, с помощью ножа. Его острием проводят по поверхности изучаемого минерала. Если нож оставляет царапину, значит твердость меньше 5.
Золото, имеющее твердость 2,5…3,0, не только легко царапается, но и при значительном усилии режется ножом. На нем можно оставить след даже сильно прикусив зубами. «На зуб» раньше пробовали золотые монеты. На поддельных монетах из меди сделать отметину зубами невозможно, а на золотой монете имея крепкие зубы отметку поставить можно. Проверка на твердость – это важный тест для отличия золота от похожих по цвету металлов или минералов.
... титан?
Титан – это химический элемент с порядковым номером таблицы 22. Или еще материал известен как легкий серебристо-белый металл. Титан сочетает в себе самые необычные характеристики: легкость, прочность, высокую коррозионную стойкость, низкий коэффициент теплового расширения, возможность работы в широком диапазоне температур. О как.
Титан значительно тверже алюминия и по этой характеристике приближается к некоторым термически обработанным легированным сталям. Твердость алмаза по шкале Мооса составляет 10, тогда как у титана этот показатель равен приблизительно 6.
... обсидиан?
Обсидиан известен со времен древнего человека. Орудия из вулканического стекла, как еще называют эту магматическую горную породу, ученые находят при раскопках на бывших стоянках древних поселений. Все дело в том, что у этого камня очень острый скол. Древние поселения майя делали из обсидиана копья, колья, а также различные украшения.
Твердость алмаза по Роквеллу составляет 100 единиц.
Современные ученые по историческим артефактам из обсидиана изучают миграционные пути и контакты древних поселений.
Обсидиан – это минерал, который образуется в результате быстрого охлаждения магматической породы. Это знакомый всем из школьного курса перлит, только с гораздо меньшим содержанием воды – всего 1%. Твердость камня составляет от 5 до 6 единиц, что приблизительно вполовину меньше, чем у алмаза.
... базальт?
Базальт – магматическая порода. Окраска темная: черная или темно-серая. Структура: плотное строение. Твердость по шкале Мооса от 5 до 7.
Образование базальтов происходит при излиянии и застывании лавы основного состава, как на поверхности континентов, так и в глубинах океанов. Базальты являются практически самой распространенной горной магматической породой на нашей планете, основная масса которых образуется именно в океанах, в срединно-океанических хребтах, формируя основание тектонических океанических плит земной коры.
Базальтовые заготовки практически не подвергаются вторичным процессам обработки после собственно образования, являясь типичной вулканической породой.
Что тверже и крепче алмаза: самое ли твердое вещество
Многие сегодня задаются вопросом: алмаз самое твердое вещество или нет и какое вещество близко по твердости алмазу? Ученые сегодня отмечают, что бриллиант уже давно не является самым твердым материалом. Натуральные алмазы имеют твердость около 150 гигапаскалей, но первое место в перечне самых твердых занят ультратвердый фуллерит с показателем от 150 до 300 ГПа.
Ультратвердыми минералами в науке называют все, что тверже алмаза, материалы мягче бриллианта, но тверже нитрида бора обозначают как сверхтвердые.
Фуллериты – это материалы, состоящие из фуллеренов, молекул углерода в виде сфер, образованных 60 атомами. Эта штука была синтезирована более двадцати лет назад, и за его открытие вручена Нобелевская премия.
Углеродные сферы в составе фуллерита могут быть по-разному упакованы, и твердость материала очень сильно зависит от того, как именно они связаны между собой.
Достоверных, и проверенных методов, позволяющих получать это перспективное вещество в промышленных масштабах, пока не существует. С практической точки зрения сверхтвердая форма углерода интересна в первую очередь специалистам по обработке металлов и других материалов, тут все просто, чем тверже режущий инструмент, тем дольше он служит и тем качественнее можно обрабатывать детали.
Т.е. получается, что уже алмаз не самый твердый из всех минералов. Да, наш прелестный камень уже обскакали.
Невозможность синтеза фуллерита сегодня в больших количествах обусловлена очень высоким давлением, которое необходимо применить для возбуждения реакции возникновения вещества. Образование трехмерного полимера начинается при давлениях от 13 ГПа или 130 тысяч атмосфер, и создать такое колоссальное давление в большом объеме современная техника пока не позволяет.
Итак, надеемся, что у вас теперь хватит образованности в сфере алмазов. Из сказанного очевидно, что алмаз – это эталон твердости, с которым сравнивают практически все материалы, начиная от камней и заканчивая такими металлами, как титан или железо. Независимо от того, что уже найдены материалы тверже алмазов, все равно этот камень на века стал частью науки и красоты.
