0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как сделать алмаз: в лаборатории и в домашних условиях

Как сделать алмаз: в лаборатории и в домашних условиях

Алмаз — наиболее твердый кристалл, кубическая полиморфная модификация углерода, которая устойчива к воздействию высокого давления. В инертном газе или вакууме при высоких температурах он постепенно трансформируется в графит. Как происходит переход из одной формы в другую, возможно ли получение искусственного алмаза на производстве, как сделать алмаз своими руками — вопросы, которые станут интересными для многих читателей. Рассмотрим их подробнее.

Небольшой экскурс в свойства пород

Вплоть до 17 века, никто не подозревал о сходстве угля, алмаза и графита. Они никогда не соседствовали в природе. Тем более, ученые не могли помыслить о превращении одного вещества в другое. Все изменилось, когда английский химик Теннант провел свой эксперимент и выяснил их истинную природу.

Визуально, понять это не было возможности, так как породы совершенно различны. Графит не имеет прочных связей и состоит из скользящих друг по другу чешуек. Его основная сфера применения – смазка для снижения трения между поверхностями. Внешне, он похож на расплавленный металл.

Угольный состав включает в себя мелкие частицы графита, но дополняется углеводородным соединением, кислородом и азотом, что придает ему не жидко-вязкую форму, а более плотную. Алмазы же, вообще имеют одно из самых прочных соединений в природе. Внешне – это прозрачные камни, совсем несхожие со своими «собратьями».

КАК НАЗЫВАЮТСЯ ИСКУССТВЕННЫЕ БРИЛЛИАНТЫ

По сложившемуся стереотипу «искусственный» — это нечто только внешне похожее на оригинал. Но имитация не всегда значит подделка.

Так как современные выращенные алмазы идентичны природным, маркетологи предлагают заменить прижившийся термин «искусственный алмаз» на формулировки, которые отражали бы природу происхождения этого камня более точно:

  • «созданные»;
  • «выращенные в лаборатории»;
  • «созданные в лаборатории».

Искусственно выращенные «бриллианты»

Есть и другие виды искусственных камней. Они близки по структуре к алмазам, но немного не дотягивают по характеристикам твердости и показателям преломления света.

  1. Муассанит. В природе он образует мелкие бесцветные кристаллы с алмазным блеском — карбид кремния. Но природный минерал встречается крайне редко. Поэтому когда речь идет о муассаните, обычно говорят об искусственном карбокорунде. Камень очень похож на алмаз (его показатель преломления даже более высокий: 2,65 — 2,69), а твердость лишь немного ниже (8,5-9,25 по шкале Мооса). Муассанит также отличается термочувствительностью (при нагревании выше 65°С меняет цвет).
  2. Нексус. Камень создают, соединяя углерод с другими компонентами. По прочности практически не уступает алмазу.
  3. Фианит. Создан учеными Физического института Академии наук СССР (ФИАН), в честь которого и был назван. Фианиты используются для имитации алмазов, с которыми их легко перепутать из-за сходного показателя преломления (2,15-2,25).
Читать еще:  Какой сорт клубники можно выращивать на подоконнике?

При переводе на иностранные языки фианит нередко называют цирконом или цирконием, что не является верным, так как циркон — минерал с отличающимися физическими показателями, а цирконий — химический элемент.

Имитации бриллиантов

Отдельно стоят кристаллы, имитирующие лишь внешний вид алмаза. Они значительно уступают по прочности и не имеют алмазного блеска (показатель преломления — меньше 1,9).

  1. Шпинель (дегуссит) . Натуральная шпинель редка и имеет малиновый цвет. Поэтому для имитации алмазов используют искусственные камни, которым можно придать любой цвет.
  2. Хрусталь — является высококачественным стеклом.
  3. Стразы Сваровски — небольшие камни с идеально равными гранями и различными оптическими эффектами.
  4. Белый сапфир — искусственный бесцветный сапфир с высокими показателями прочности.
  5. Рутил — его показатель преломления даже выше, чем у алмаза, однако из-за высокого эффекта двупреломления тыльные грани кристалла затуманены.

Искусственный алмаз и имитация – разные вещи

Сегодня существует две группы аналогов бриллиантов:

  • искусственно выращенные камни с природной структурой и качествами (муассанит, фианит);
  • камни, за сильный блеск называемые заменителями алмазов, – бесцветный сапфир, рутил, кристаллы Сваровски, полимеры.

Вторая группа – это имитация, потому что их структура и свойства далеки от натуральных.

Муассанит

Самый качественный, прочный, дорогой искусственный бриллиант. Химически это карбид кремния или карборунд. Требуется минимальное вмешательство, чтобы внешне уравнять его с настоящим алмазом. Камень равнодушен к внешним агрессивным воздействиям, лишён дефектов типа шероховатости или чёрных включений, присущих натуральному минералу. Ярче алмаза, его сложнее отличить, чем фианит. Однако сильная бликовка многих раздражает и выдаёт происхождение.

Красоту подчёркивает обрамление из белого золота, платины или серебра. В отличие от бриллиантов, дополняющих вечерний наряд, Муассанит уместен для любого времени суток.

Фианит

Камень представлен во многих цветах, степенях чистоты, яркости. Бесцветный один из самых ценных. Фианит тяжелее равного по размерам алмаза. Эта характеристика служит маркером при определении происхождения кристалла.

Сияет не так ярко, как бриллиант, но лучше отбрасывает блики.

Однако легко царапается, мутнеет, впитывает масла, на солнце становится зеленовато-жёлтым. Об этом нужно помнить при ношении украшений.

Нексус

Результат соединения углерода с другими компонентами. Высокопрочен, поэтому на него даётся фактически вечная гарантия.

Стразы

Самый известный «заместитель» благородного бриллианта, первоначально хрустальный. Сегодня сырьём служит стекло или полимеры из акрила.

Название получено в честь эльзасского ювелира Георга Страсса, придумавшего наносить металлическую пудру как подложку на стекло. Сейчас покрытие создают, осаждая металл, а стразы усовершенствовались, обретя торговый бренд Swarovski.

Производятся одноимённым австрийским концерном и чешской фирмой Preciosa.

Можно ли из графита получить алмаз

300 лет назад уголь, графит и алмаз и относились к совершенно разным веществам. В 17-м веке появились первые исследования, подтверждающие родство непохожих друг на друга предметов.

В Англии Теннант, занимавшийся химией, смог сделать опыт, выявивший, что все они состоят из углерода. Действительно, внешне ни о каком сходстве не может быть и речи.

  1. Темно-серый, блестящий, ближе к пастообразному, чем к твердому, состоящий из скользящих друг по другу чешуек – таков графит. Его твердость по шкале Мооса равна 2 баллам, где за 1 принят тальк. Применяется как смазка между скользящими друг по другу поверхностями и при изготовлении карандашей. Проводит ток.
  2. Уголь черный, на изломе может блестеть. Абсолютно непрозрачен. Твердость от 2 до 5 баллов из-за примесей кислорода и азота, вступающих в реакцию с углеродом, позволяющих сделать структуру более плотной.
  3. Алмазы – это эталон твердости среди камней, 10 из 10. Они прозрачны, применяются для резки стекла. Не проводят ток.
Читать еще:  Что можно выращивать в теплице совместно с огурцами?

В 1955 году эксперимент увенчался успехом – путем воздействия температуры и давления слоистая кристаллическая решетка графита перестроилась до тетраэдрической алмазной.

Условия превращения графита в алмаз:

  • температура 1800 °С;
  • давление в 120 тысяч атмосфер.

Современные методы синтеза алмазов из графита

Искусственный алмаз можно сделать из богатых углеродом веществ (сажи, графита, сахарного угля и др.) при высоком давлении (более 50 тысяч атмосфер) и температуре выше 1200 °С с добавлением катализаторов. Кристаллы нарастают в метане.

Выпускаемые синтетические камни отличаются по прочности:

  • АСО – обычной прочности;
  • АСР – повышенной прочности;
  • АСВ – высокой прочности;
  • АСК и АСС – алмазы монокристаллические.

Сделать синтетический алмаз из графита можно путем соблюдения этапов сложного технологического процесса.

  1. Вначале в специальной камере создаются нужные условия для роста кристаллов. Каждый алмаз растет индивидуально. Одна лаборатория способна вырастить не более 200–300 алмазов в год.
  2. После выращивания камню придают цвет. Окраска лабораторного алмаза медово-желтая из-за азота. Для получения желтого, розового, зеленого, красного оттенка применяются технологии постростовой термобарической обработки (HPHT) – дополнительный отжиг минерала при высоких температурах и давлениях.

Самостоятельное получение алмаза из графита

Есть 2 основных способа, позволяющих вырастить довольно крупный алмаз в домашних условиях.

1-й способ

Чтобы своими руками быстро сделать алмаз из графита, потребуется:

  • источник тока, к примеру, сварочный аппарат;
  • графит из карандаша;
  • провод;
  • холодная вода или жидкий азот.

Суть процесса такова:

  • графит нужно соединить с проводом и опустить в емкость;
  • конструкцию нужно сильно охладить, сделать это можно жидким азотом либо путем замораживания в морозильной камере;
  • после охлаждения подать ток к проводу.

После прохождения электрического заряда графит преобразуется в алмаз. Нужно соблюдать меры предосторожности при работе с электроприборами. При пропускании тока емкость может представлять опасность.

По теме видеоролик:

2-й способ

Настоящий алмаз можно сделать из графита более безопасным способом. Для него необходимы:

  • дистиллированная вода (40 мл);
  • поваренная соль (100 гр.);
  • грифель из карандаша (12 гр.);
  • прочная нить.

Вначале нужно смешать сухие компоненты, затем залить дистиллятом и оставить на сутки. Далее образовавшийся раствор сливается в другую емкость, лучше – с узким горлом, но не выливается совсем, он еще пригодится.

На дне тары обнаруживаются кристаллы – основа будущего камня. Самый крупный привязывается к одному концу нити и опускается в слитый раствор. Второй конец привязывается на зубочистку, карандаш или любую деревянную палочку, расположенную сверху посуды с раствором.

При испарении воды на кристаллической основе будут оседать новые составляющие будущего камня. Если раствора много, то можно сделать несколько точек наращивания самоцвета одновременно. Для получения крупного камня раствор готовится повторно. Новая порция подливается по мере испарения предыдущей.

Для повторного получения жидкости можно растворить в теплой воде маленькие кристаллы, образовавшиеся на дне тары.

Чтобы сделать минерал успешно, нужно соблюдать условия:

  • в комнате не должно быть перепадов температур;
  • следить за уровнем жидкости – растущий камень не должен оказаться на воздухе.

Смотрите как на практике можно самому вырастить кристалл:

Можно ли из графита получить алмаз?

Конечно, натуральные алмазы зачастую ценятся куда выше, чем созданные искусственным образом. При этом добытчики алмазов получают немалые прибыли. Однако, в погоне за собственным любопытством и иногда жаждой наживы, многие стремятся узнать, возможно ли получить этот драгоценный минерал искусственным образом?

Читать еще:  Какие аквариумные растения можно выращивать в гравии?

Эти сомнения подстегиваются еще и тем, что состав графита и алмаза практически идентичен.

И в какой-то степени сомневающиеся правы – алмаз действительно можно получить путем некоторых манипуляций из простого графита. Это было доказано еще в 1955 году. Но для такого события понадобилось создать температуру в 1800 градусов по Цельсию и давление в 120 000 атмосфер. Можно ли сделать это проще?

Обходной путь

С 1960-х годов в мире идет разработка еще одного метода синтеза алмазов — CVD (Chemical Vapor Deposition, осаждение из газовой фазы). В нем алмазы осаждаются на подогреваемую подложку из углеводородного газа, который ионизируется с помощью СВЧ-излучения или разогревается до высокой температуры. Именно на этот метод синтеза в начале 2000-х стали возлагать большие надежды и небольшие стартапы, и крупные компании типа Element Six, входящей в группу De Beers.

До последнего времени метод HPHT оставался сильно недооцененным. «Когда мы несколько лет назад покупали оборудование, нам все в одни голос говорили, что промышленные прессы пригодны разве что для синтеза алмазных порошков», — говорит Николай Хихинашвили. Все ресурсы выделялись на разработку CVD, а технология HPHT считалась нишевой, никто из специалистов не верил, что с ее помощью можно выращивать достаточно крупные кристаллы. Однако, по словам Николая, специалистам компании удалось разработать собственную технологию синтеза, которая буквально произвела в отрасли эффект разорвавшейся бомбы. Несколько лет назад в отчете одной из геммологических лабораторий так и было написано: «Вес данного бриллианта составляет 2,30 карата! Подобная величина бриллианта еще до недавнего времени была гарантом его природного происхождения».

Можно ли из графита получить алмаз?

Конечно, натуральные алмазы зачастую ценятся куда выше, чем созданные искусственным образом. При этом добытчики алмазов получают немалые прибыли. Однако, в погоне за собственным любопытством и иногда жаждой наживы, многие стремятся узнать, возможно ли получить этот драгоценный минерал искусственным образом?

Эти сомнения подстегиваются еще и тем, что состав графита и алмаза практически идентичен.

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.

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.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector