Кристаллическая решетка алмаза и его свойства

Формы углерода и их кристаллические решетки

Если описывать строение решетки, то можно использовать атомный и молекулярный типы вещества. Правда, такого понятия, как молекула углерода, в природе не существует, поэтому можно говорить только об атомном типе строения. Именно атом, а не молекула, лежит в основе решетки и образует соединения между остальными атомами.

Структура алмаза

А говоря о химических модификациях углерода, то ученые в конце восьмидесятых годов ХХ века вывели такое понятие, как фуллерен. Это шестидесятиатомная молекула, которая внешне напоминает строением футбольный мяч. Позже обнаружили молекулу фуллерена, которая имела еще больше атомов в своем составе. Это помогло исследовать графит, а также другие модификации углерода с использованием лазерного спектра.

Кристаллическая решетка рассматривает строение вещества с точки зрения соединения атомов элемента между собой. Существует несколько типов связи:

• ионная;
• ковалентная;
• металлическая;
• водородная.

В данном случае алмаз имеет ковалентные связи, которые образуются между одинаковыми атомами и считаются самыми прочными в химии. Алмаз является чистой кристаллической модификацией углерода, а его кристаллическая решетка имеет форму куба. Это самая плотная упаковка атомов, которая существует.

Если выражаться по-научному, то минерал кристаллизуется в кубической сингонии. Соответственно, в каждой вершине куба располагается атом углерода, а гранями куба выступают ковалентные связи. При этом в центре каждой грани размещено еще по одному атому углерода, которые также связаны между собой.

Форма кристаллической решетки изображается схематически, потому что точно неизвестно из скольких кубов состоит целостный алмаз. Но именно благодаря такому расположению атомов камень и является самым твердым минералом на планете.

Способ образования

Алмаз – один из самых дорогих драгоценных камней уже много столетий. Вопросы о генезисе до недавнего времени были спорными. Ещё в 50-х годах прошлого столетия утверждалось об их растительном происхождении, причем монография Гепперта об этом была удостоена высших наград и признаний со стороны голландского ученого сообщества. Продолжалось такое положение дел совсем недолго, а именно, открытие воронок в Африке и метеоритов с алмазными вкраплениями изменило устоявшее суждения о происхождении этого камня.

Основной тип месторождений – трубки, образованные взрывом, их еще называют диатремы. Эти диатремы в основном сложены кимберлитами – брекчиевидными изверженными породами. Кимберлиты в своем составе содержат также и древние глубинные породы – ксенолиты. Существует предположение, что именно они слагают верхнюю мантию Земли.

Глубинные породы с алмазами, вынесенные взрывом на поверхность, а также минеральные включения, указывают образование последних под действием высокого давления и температуры. Эти два показателя говорят об определенной фации глубинности (110-135 км) при давлениях 4-4,3 Гпа. Если перевести в привычные «атмосферы» или «бары», то получится приблизительно 40 тыс. атмосфер. На сегодня считается, что алмаз в трубках образовался на глубине 100-200 км при температурах 1300-1700oC и более высоких давлениях.

Несмотря на условия образования, алмаз на земной поверхности – неустойчивая стабильная углеродная модификация. По нашим представлениям он должен был преобразоваться в графит, но этого не произошло.

Источник: http://vkamen.ru/interesno/kristalicheskaya-reshetka-almaza

Молекулярная кристаллическая решетка

Как и в предыдущей группе, в этой находятся вещества с ковалентными связями между атомами. Но физические характеристики этих веществ совершенно иные — они легко плавятся, превращаются в жидкость, растворяются в воде. Почему так происходит? Все дело в том, что здесь кристаллы строятся не из атомов, а из молекул.

Молекулярная кристаллическая решетка — это структура, в узлах которой находятся не атомы, а молекулы.

Внутри молекул атомы имеют прочные ковалентные связи, но сами молекулы связаны между собой слабо. Поэтому кристаллы таких веществ непрочные и легко распадаются.

Молекулярная кристаллическая решетка характерна для воды. При комнатной температуре это жидкость, но стоит нагреть ее до температуры кипения (которая сравнительно низка), как она тут же начинает превращаться в пар, т. е. переходит в газообразное состояние.

Некоторые молекулярные вещества — например, сухой лед CO

2, способны преобразоваться в газ сразу из твердого состояния, минуя жидкое (данный процесс называется возгонкой).

Читайте также:  Как проколоть хрящ в ухе в домашних условиях и сколько он заживает при правильном уходе

Свойства молекулярных веществ:

• небольшая твердость;
• низкая прочность;
• легкоплавкость;
• летучесть;
• у некоторых — наличие запаха.

Помимо воды к веществам с молекулярной кристаллической решеткой относятся аммиак NH

3, гелий He, радон Rn, йод I, азот
N
2 и другие. Все благородные газы — молекулярные вещества. Также к этой группе принадлежит и большинство органических соединений (например, сахар).

Физические и химические свойства

Химическая формула минерала – C. Кристалл хорошо проводит тепло, но не проводит (или слабо проводит) электрический ток. Имеет хорошие преломляющие и отражающие свойства.

Плавится при температуре свыше 3700 градусов. Горит в сочетании с кислородом при температуре более 721 градуса. Устойчив к кислотам и щелочам.

Физические свойства:

1. Цвет: бесцветный, прозрачный. Возможны оттенки голубого, желтого, синего, розового, красного, бурого, черного.
2. Форма: кристалл с разным количеством граней.
3. Блеск: сильный алмазный.
4. Плотность: 3,5 г/см3.
5. Твердость: абсолютная, 10 баллов. Но при этом камень очень хрупкий.
6. Спайность: средняя.
7. Электропроводность: слабая или отсутствует.
8. Люминесцирует при ультрафиолете.
9. Под действием рентгеновского излучения снижается прочность связей.

Магические свойства алмаза

Алмаз – это символ невинности, стойкости и смелости, совершенства, воли к победе и власти. Он укрепляет своего владельца, делает его мужественным и сильным, дарит счастье и удачу, охраняет от сглаза и порчи. В целом самоцвет способствует тому, чтобы раскрылись лучшие качества его хозяина.

Считается, что алмазы не стоит покупать самостоятельно, важно получить самоцвет в подарок. Но надо учитывать, что такой подарок является залогом любви и верности. И дарящий, и принимающий камень, связывают себя прочными узами.

На Востоке принято дарить и передавать алмазы в наследство. Купленные камни носят только по истечении 7 лет. А украденные или добытые нечестным путём алмазы приносят несчастье и гибель.

Кроме того, алмазы с дефектами также могут стать источником неприятностей.

Источник: http://o-prirode.ru/almaz/

Строение кристалла

Для понимания строения сравним кристаллическую решетку алмаза с графитом, так как они имеют один и тот же химический состав, но резко отличаются по твердости. Это различие обусловлено связями атомов углерода в кристалле. В алмазе один атом углерода окружают 4 таких же атома (кубическая структура), создавая правильную 4-х угольную пирамиду. Эти связи между симметричными атомами очень прочны, что и создает такую прочность.

Графит же представлен слоистой структурой. Химические связи между атомами существуют внутри слоя и образ кристаллическая решетка алмазауют гексагональную сетку (гекса – кратно шести), связи же между слоями (межмолекулярные) слабые, слои как бы скользят относительно друг друга. На этом свойстве основаны графитовые смазки.

Тип кристаллической решетки алмаза

Вспоминая курс химии за 11 класс, мы знаем, что существуют 4 типа кристаллических решеток:

• атомная;
• металлическая;
• ионная;
• молекулярная.

Не углубляясь в определения каждого, сразу отметим, что кристаллическая решетка у алмаза атомного типа, соединенные ковалентной связью. Кстати, за рентгеноструктурное исследование отец и сын Брэгги в 1915 году были удостоены Нобелевской премии.

Химическая связь в углеродных минералах

По химическому составу алмаз – углерод в чистом виде, но из углерода состоят много других минералов, веществ на Земле, и они все совсем непохожи друг на друга. Давайте разберемся в модификациях и ответим на этот вопрос.

По мнению ученых углерод изначально содержался в газовом облаке, из которого образовывались планеты. В каждой планете присутствует этот элемент, более того, это один из 4 макроэлементов, являющийся «строительным материалом» нашего тела. Имея различные химические связи и расположения атомов относительно друг друга углерод составляет разные вещества. Это свойство называется аллотропией. Если условно назвать их модификациями углерода (аллотропными модификациями), то применительно к геологии, известны следующие:

• алмаз (самая дорогая форма);
• графит (получил широкое применение в промышленности);
• лонсдейлит (встречается в метеоритах);
• фуллерены (недавно открытые формы);
• графен;
• уголь;
• сажа.

Все эти вещества в основе своей имеют углерод, но как мы видим они отличаются друг от друга. Такое сочетание возможно благодаря химическим связям между атомами этого элемента и их расположению.

Для тех, кто заинтересовался этой темой, может быть полезен научный фильм, который легко разыскать на просторах интернета, а называется он «Углерод и его аллотропные формы – алмаз и графит» (Киевнаучфильм, 1981 год).

МОРФОЛОГИЯ

Морфология алмаза очень разнообразна. Он встречается как в виде монокристаллов, так и в виде поликристаллических срастаний (“борт”, “баллас”, “карбонадо”). Алмазы из кимберлитовых месторождений имеют только одну распространенную плоскогранную форму – октаэдр. При этом во всех месторождениях распространены алмазы с характерными кривогранными формами – ромбододекаэдроиды (кристаллы похожие на ромбододекаэдр, но с округлыми гранями), и кубоиды (кристаллы с криволинейной формой ). Как показали экспериментальные исследования и изучение природных образцов в большинстве случаев кристаллы в форме додекаэдроида возникают в результате растворения алмазов кимберлитовым расплавом. Кубоиды образуются в результате специфического волокнистого роста алмазов по нормальному механизму роста.

Алмаз Куллинан разбитый на 9 частей

Синтетические кристаллы, выращенные при высоких давлениях и температурах, часто имеют грани куба и это является одни их характерных отличий от природных кристаллов. При выращивании в метастабильных условиях алмаз легко кристаллизуется в виде пленок и шестоватых агрегатов.
Размеры кристаллов варьируют от микроскопических до очень крупных, масса самого крупного алмаза “Куллинан”, найденного в 1905г. в Южной Африке 3106 карат (0,621кг).
На изучение огромного алмаза было потрачено несколько месяцев и в 1908 году он был расколот на 9 крупных частей.
Алмазы массой более 15 карат – редкость, а массой от сотни карат – уникальны и считаются раритетами. Такие камни очень редки и часто получают собственные имена, мировую известность и своё особое место в истории.

Способы применения вещества

Всевозможные пути использования алмаза обусловлены его прочностью и способностью преломлять свет. Его способностью хорошо поддаваться огранке уже давно используется в изготовлении красивейших ювелирных изделий. Основные отрасли производства, в которых используются эти кристаллы:

• Квантовые компьютеры. Используются при построении вычислительных единиц, кубитов, которые одновременно являются и оперативной памятью, и процессором таких устройств. Для использования в качестве кубита алмаз должен быть «дефектным» — содержать в своей толще атом другого вещества. Тогда хранить информацию на таком кристалле можно с использованием электронов чужеродного вещества. С помощью их спинов можно не только записывать, но и обрабатывать блоки данных. В качестве таких атомов используются, как правило, азот или кремний.
• Ядерная энергетика — отработанные в качестве замедлителей и облучённые радиоактивными изотопами графитовые стержни устаревших реакторов можно использовать в качестве вторичного топлива для более новых. Для этого стержни нагреваются, часть радиоактивных изотопов углерода высвобождается в газообразной форме и улавливается специальными датчиками. После этого такой газ прессуется в искусственные алмазы. Имея в радиоактивном состоянии некоторое значение электропроводимости, такие кристаллы впитывают ими же выпущенные гамма-лучи, являясь довольно эффективной формой топлива.
• Промышленность — кристаллы алмазов используются для изготовления режущих инструментов, причём как при заточке новых средств обработки, так и при модернизации старых путём напыления на их кромку тонкой плёнки из алмазной пыли.

Читайте также:  Кому подходит натуральный камень топаз Лондон

Самым распространённым является, конечно, применение огранённых алмазов — бриллиантов — в ювелирном деле. В зависимости от того, какой тип кристаллической решётки у алмаза, а так же от его размера и естественной формы получаются разные вариации огранки этого вещества. Тип изделия тоже накладывает свои ограничения на форму камня — например, круглая огранка применяется в кулонах, перстнях или ожерельях, тогда как фантазийная может использоваться для украшения подвесок или сережек.

При огранке исходный кусок теряет больше половины своей массы. Масса бриллиантов измеряется в каратах, равных одной пятой грамма или 200 миллиграммам. Типичный камень, поддающийся огранке, например, в Индии, очень мелкий, массой до трети карата.

Другие лидеры в сфере производства бриллиантов — Израиль, Соединённые Штаты, Россия, Украина — занимаются огранкой камней среднего и крупного размера. Всё зависит от оплаты труда специалистов этой области в конкретной стране.

ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Тип	изотропный
Показатели преломления	nα = 2.418
Максимальное двулучепреломление	δ = 2.418 – изотропный, не обладает двупреломлением
Оптический рельеф	умеренный
Дисперсия оптических осей	сильная
Плеохроизм	не плеохроирует
Люминесценция в ультрафиолетовом излучении	иногда синий или фосфоресцирующий

Аллотропные модификации камня

Если химический состав алмаза — углерод в чистом виде, то стоит выяснить, что это за элемент, а также разобраться в его модификациях и физических формах. Согласно мнению ученых, это вещество изначально входило в газовое облако, из которого постепенно образовывались планеты. Так или иначе, в составе каждой из планет Солнечной системы присутствует углерод в каком-то агрегатном состоянии.

Если говорить о земной коре, то она на 0,14% состоит из этого неметаллического элемента. А также по одной из теорий происхождения человека считается, что углерод — один из четырех макроэлементов, являющихся «стройматериалом» тела. Наиболее известные модификации одного углерода называют так:

• алмаз — наиболее дорогая форма;
• графит — известное вещество, которое используется в промышленности;
• карбин;
• лонсдейлит — содержится в метеоритах;
• фуллерены — наиболее молодые формы, которые были открыты;
• углеродные нанотрубки — применяются в каркасах к наноизделиям;
• графен;
• уголь — вещество, которое используется в качестве промышленного сырья для получения тепла;
• сажа.

Казалось бы, что общего может быть у кристально чистого алмаза с графитом или углем? А вот состав этих веществ говорит об обратном и наглядно демонстрирует важность расположения атомов в кристаллической решетке. Притом, что кроме углерода, в веществах ничего нет.

Вполне реально, что кроме этих элементов, существуют другие не открытые формы. А их исследование во многом зависит от алмазов, поскольку во время работы с этим драгоценным камнем ученые пытаются расшифровать его структуру, чтоб производить искусственно, и, вместе с тем, находят новые модификации элемента.

Исходя из структуры алмаза, можно сделать вывод, что камень абсолютно прозрачен и пропускает весь видимый спектр через себя. Но ничего идеального в природе не существует. Поэтому даже у такого кристалла могут быть примеси в решетке. Если рассматривать наиболее чистые экземпляры камня, то там содержится до 1018 атомов на 1 кубический сантиметр. И это нормальное явление, поскольку количество примесей зависит от процессов, в которых рос камень. И не факт, что посторонние вещества будут видны невооруженным глазом.

Среди примесей встречаются такие элементы, как:

• азот;
• кремний;
• кальций;
• магний;
• бор;
• алюминий.

Конечно, если их много, то от этого страдает чистота камня и, соответственно, падает стоимость. Или же такие алмазы направляют для использования в промышленность. При этом в алмазах встречаются не только твердые, но и жидкие и даже газообразные формы включений. Они могут располагаться неравномерно, а также скапливаться в центре либо на периферии камня. Все они влияют на свойства камня, на его оттенок и способность преломлять свет. Например, азот влияет на люминисцентность алмаза.

Алмазы

По спектрам поглощения в ИК- и УФ-диапазонах выделяют три типа алмазов:

• Первый тип. В них азот содержится либо в виде пар атомов и плоских встроек, либо в виде одиночных атомов, которые равномерно распределены по объему камня.
• Второй тип. В них азот, как правило, отсутствует. В подтипе IIа нет примесей, а в подтипе IIб присутствуют атомы бора.
• Третий тип может включать в себя примеси кремния.

Синтетические алмазы

Открытие аллотропных модификаций дало ученым надежду на синтетическое произведение алмазов. И у них отчасти это получилось, хотя сам процесс нельзя назвать легким. С химической точки зрения, тот же графит, например, должен получить сигма-связи. Такие условия воссоздать можно только в самых мощных лабораториях под действием больших температур и давления.

• HPHT — тип алмаза получается из растворения графита и оседания его в катализаторе на затравочном минерале. После этого вещество начинает выстраивать необходимые связи.
• CVD тип — основывается на пленочном осаждении графита с использованием паров метана.
• Метод взрывного синтеза — наиболее естественный, с использованием углерода под высоким давлением.

Пока даже эти методы осуществляются с трудом, поэтому стоимость алмазов остается высокой. Но технологии продолжают развиваться в этом направлении.

Молекулярно-кинетическая теория

Все молекулы состоят из мельчайших частиц – атомов. Все открытые на настоящий момент атомы собраны в таблице Менделеева.

Атом – это мельчайшая, химически неделимая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Атомы соединяются между собой химическими связями. Ранее мы уже рассматривали виды химических связей и их свойства. Обязательно изучите теорию по теме: Типы химических связей, перед тем, как изучать эту статью!

Теперь рассмотрим, как могут соединяться частицы в веществе.

Читайте также:  Камни и талисманы по знакам зодиака для мужчин и женщин

В зависимости от расположения частиц друг относительно друга свойства образуемых ими веществ могут очень сильно различаться. Так, если частицы расположены друг от друга далеко (расстояние между частицами намного больше размеров самих частиц), между собой практически не взаимодействуют, перемещаются в пространстве хаотично и непрерывно, то мы имеем дело с газом.

Если частицы расположены близко друг к другу, но хаотично, больше взаимодействуют между собой, совершают интенсивные колебательные движения в одном положении, но могут перескакивать в другое положение, то это модель строения жидкости.

Если же частицы расположены близко к друг другу, но более упорядоченно, и больше взаимодействуют между собой, а двигаются только в пределах одного положения равновесия, практически не перемещаясь в другие положения, то мы имеем дело с твердым веществом.

Большинство известных химических веществ и смесей могут существовать в твердом, жидком и газообразном состояниях. Самый простой пример – это вода. При нормальных условиях она жидкая, при 0 оС она замерзает – переходит из жидкого состояния в твердое, и при 100 оС закипает – переходит в газовую фазу – водяной пар. При этом многие вещества при нормальных условиях – газы, жидкости или твердые. Например, воздух – смесь азота и кислорода – это газ при нормальных условиях. Но при высоком давлении и низкой температуре азот и кислород конденсируются и переходят в жидкую фазу. Жидкий азот активно используют в промышленности. Иногда выделяют плазму, а также жидкие кристаллы, как отдельные фазы.

Очень многие свойства индивидуальных веществ и смесей объясняются взаимным расположением частиц в пространстве друг относительно друга!

Данная статья рассматривает свойства твердых тел, в зависимости от их строения. Основные физические свойства твердых веществ: температура плавления, электропроводность, теплопроводность, механическая прочность, пластичность и др.

Температура плавления – это такая температура, при которой вещество переходит из твердой фазы в жидкую, и наоборот.

Пластичность – это способность вещества деформироваться без разрушения.

Электропроводность – это способность вещества проводить ток.

Ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. Таким образом, ток могут проводить только такие вещества, в которых присутствуют подвижные заряженные частицы. По способности проводить ток вещества делят на проводники и диэлектрики. Проводники – это вещества, которые могут проводить ток (т.е. содержат подвижные заряженные частицы). Диэлектрики – это вещества, которые практически не проводят ток.

В твердом веществе частицы вещества могут располагаться хаотично, либо более упорядоченно. Если частицы твердого вещества расположены в пространстве хаотично, вещество называют аморфным. Примеры аморфных веществ – уголь, слюдяное стекло.

Читайте также:  Добыча сапфиров: свойства, особенности, технология добычи

Аморфный бор

Если частицы твердого вещества расположены в пространстве упорядоченно, т.е. образуют повторяющиеся трехмерные геометрические структуры, такое вещество называют кристаллом, а саму структуру – кристаллической решеткой. Большинство известных нам веществ – кристаллы. Сами частицы при этом расположены в узлах кристаллической решетки.

Кристаллические вещества различают, в частности, по типу химической связи между частицами в кристалле – атомные, молекулярные, металлические, ионные; по геометрической форме простейшей ячейки кристаллической решетки – кубическая, гексагональная и др.

В зависимости от типа частиц, образующих кристаллическую решетку, различают атомную, молекулярную, ионную и металлическую кристаллическую структуру.

Строение и агрегатное состояние веществ

Выделяют три агрегатных состояния: твердое тело, жидкость и газ. Каждое из них предполагает определенное расположение частиц. Ниже мы расскажем подробнее, как связаны в химии кристаллическая решетка и агрегатное состояние вещества, а пока осветим общие закономерности.

• Если частицы хаотично движутся, а расстояние между ними многократно превышает их собственные размеры — это газ. За счет большой удаленности друг от друга молекулы и атомы в таком веществе слабо взаимодействуют между собой.
• Если частицы расположены все так же беспорядочно, но на небольшом расстоянии друг от друга — это жидкость. В жидком состоянии вещества его молекулы и атомы имеют более прочные связи, которые сложнее разорвать.
• Если частицы собраны близко друг к другу и в определенном порядке — это твердое тело. В таком состоянии связи между ними наиболее прочны. Частицы могут двигаться только в пределах своего расположения и почти не перемещаются в пространстве.

Большинство веществ могут находиться и в твердом, и в жидком, и газообразном состоянии, а в зависимости от давления и температуры легко переходить из одного в другое. Типичный пример — вода, которая при нагревании превращается в пар, а при остывании становится твердым льдом.

КЛАССИФИКАЦИЯ

Strunz (8-ое издание)	1/B.02-40
Dana (7-ое издание)	1.3.5.1
Dana (8-ое издание)	1.3.6.1
Hey’s CIM Ref.	1.24

Источник: http://mining-portal.ru/topics/mineralogiya/almaz–opisanie–svoystva–proishojdenie-i-primenenie-kamnya/

Лечебные свойства

Алмаз и бриллиант оказывают общее оздоровительное действие на организм.

Они помогают при многих болезнях, но применяя их с этой целью, не следует пренебрегать лечением, которое назначено врачом.

Положительно воздействует этот камень на состояние при многих болезнях, например:

• при заболеваниях желудка и печени;
• проблемах с сердцем;
• болезнях нижних дыхательных органов.

Кроме того, он производит седативный эффект.

Украшения с алмазом способствуют ясности ума, хорошему самочувствию.

Считается, что синий или зелёный бриллиант полезен для беременных женщин.

Источник: http://volshebnye-kamni.ru/almaz/

Металлическая кристаллическая решетка

И, наконец, металлы характеризуются особым видом пространственной структуры – металлической кристаллической решеткой, которая обусловлена металлической химической связью. Атомы металлов довольно слабо удерживают валентные электроны. В кристалле, образованном металлом, происходят одновременно следующие процессы: часть атомов отдает электроны и становится положительно заряженными ионами; эти электроны хаотично перемещаются в кристалле; часть электронов притягивается к ионам. Эти процессы происходят одновременно и хаотично. Таким образом, возникают ионы, как при образовании ионной связи, и образуются общие электроны, как при образовании ковалентной связи. Свободные электроны перемещаются хаотично и непрерывно по всему объему кристалла, как газ. Поэтому иногда их называют «электронным газом». Из-за наличия большого числа подвижных заряженных частиц металлы проводят ток, тепло. Температура плавления металлов сильно варьируется. Металлы также характеризуются своеобразным металлическим блеском, ковкостью, т.е. способностью изменять форму без разрушения при сильном механическом воздействии, т.к. химические связи при этом не разрушаются.

Связь между частицами: металлическая химическая связь.

В узлах кристалла с металлической решеткой расположены ионы металлов и атомы.

Фазовое состояние металлов при обычных условиях: как правило, твердые вещества (исключение — ртуть, жидкость при обычных условиях).

Химические вещества с металлической кристаллической решеткой — простые вещества-металлы.

Физические свойства веществ с металлической кристаллической решеткой:

— высокая тепло- и электропроводность;

— ковкость и пластичность;

— металлический блеск;

— металлы, как правило, нерастворимы в растворителях;

— большинство металлов – твердые вещества при нормальных условиях.

Применение в промышленности

Алмаз не царапается ни одним из существующих элементов на Земле. Это замечательное свойство получило широкое распространение в области народного хозяйства. Два аллотропных состояния одного химического элемента углерода – графит и алмаз, а имеют столь разное применение. Графит наименьшей твердостью используется в качестве сухой смазки в механизмах трения, тогда как алмаз с наивысшей твердостью по шкале Мооса, применяется в качестве абразивного материала. Буровые коронки с алмазным напылением, шлифовальные круги – это малая часть орудий производства по обработке материалов.

Алмаз нашел своё применение и в изучении космоса в качестве теплоотводящего материала при экстремальных температурах.

Cтанция «Пионер», запущенная к Венере в 1978 году, была покрыта материалом из алмазной крошки.

Широкое применение технических образцов (искусственно полученных) известно в радиоэлектронике, оптических приборах, при производстве медицинских инструментов. Для нужд техники производится 500 млн карат искусственных алмазов, это 100 тонн ежегодно.

Ионная кристаллическая решетка

Как известно, в ходе ионной химической связи один атом отдает другому ионы и приобретает положительный заряд, в то время как принимающий атом заряжается отрицательно. В итоге появляются разноименно заряженные ионы, из которых и состоит структура кристалла.

Ионная решетка — это кристаллическая структура, в узловых точках которой находятся ионы, связанные взаимным притяжением.

Ионную кристаллическую решетку имеют практически все соли, типичным представителем можно считать поваренную соль NaCl. О ней стоит вспомнить, если нужно перечислить физические характеристики этой группы. Также ионную решетку имеют щелочи и оксиды активных металлов.

Свойства веществ с ионной структурой:

• твердость;
• хрупкость;
• тугоплавкость;
• нелетучесть;
• электропроводность;
• способность растворяться в воде.

Примеры веществ с ионной кристаллической решеткой: оксид кальция CaO, оксид магния MgO, хлорид аммония NH

4
Cl
, хлорид магния Mg
Cl
2, оксид лития
Li
2
O
и другие.

Месторождения

Про­яв­ле­ния А. из­вест­ны в 43 стра­нах, пром. ме­сто­ро­ж­де­ния вы­яв­ле­ны в 26. Об­щие за­па­сы А., ус­та­нов­лен­ные в 25 стра­нах (без Рос­сии), со­став­ля­ют 991 млн. кар (табл. 2), в т. ч. в Аф­ри­ке (54,5%), Ав­ст­ра­лии (9,6%), Юж. и Сев. Аме­ри­ке (34,8), Азии (0,6%). Наи­бо­лее круп­ные за­па­сы А. (за­ру­беж­ные) со­сре­до­то­че­ны в Юж­но-Аф­ри­кан­ской, Цент­раль­но­аф­ри­кан­ской, Ка­над­ской, За­пад­но-Аф­ри­кан­ской, За­пад­но-Ав­стра­лий­ской и Юж­но-Аме­ри­кан­ской ал­ма­зо­нос­ных про­вин­ци­ях. Ок. 85% из­вест­ных за­па­сов А. со­сре­до­то­че­но в ко­рен­ных ме­сто­ро­ж­де­ни­ях, ос­таль­ные – в рос­сы­пях. Ко­рен­ные ме­сто­ро­ж­де­ния вы­яв­ле­ны: в маг­ма­тич. по­ро­дах – ким­бер­ли­тах (в труб­ках, дай­ках, сил­лах; напр., Бот­сва­на, Рос­сия, ЮАР, Ка­на­да, Ан­го­ла, Сьер­ра-Ле­о­не); лам­прои­тах (труб­ках, дай­ках; Ав­ст­ра­лия, Ин­дия), в их древ­них ме­та­мор­фи­зо­ван­ных раз­но­вид­но­стях – «фил­ли­тах» и таль­ко­вых слан­цах (Бра­зи­лия, Га­на, Гай­а­на); им­пак­ти­тах (По­пи­гай­ская ас­т­роб­ле­ма, Якутия, Рос­сия); ме­та­мор­фич. по­ро­дах – эк­ло­ги­тах, кар­бо­нат­ных ме­та­со­ма­ти­тах, гней­сах (Ка­зах­стан). Пром. ме­сто­ро­ж­де­ния А. в ко­рен­ных по­ро­дах по­ка из­вест­ны толь­ко в ким­бер­ли­тах (поч­ти все) и оли­ви­но­вых лам­прои­тах (круп­ней­шее в ми­ре по за­па­сам ме­сто­ро­ж­де­ние Ар­гайл, Ав­ст­ра­лия). Един­ст­вен­ное ме­та­мор­фо­ген­ное ме­сто­ро­ж­де­ние А. – Кум­ды­коль­ское (Ка­зах­стан) и шок-ме­та­мор­фич. ме­сто­ро­ж­де­ния в По­пи­гай­ской ас­троб­ле­ме (наи­бо­лее круп­ные – Скаль­ное и Удар­ное зна­чи­тель­но пре­вос­хо­дят по за­па­сам из­вест­ные ме­сто­рож­де­ния тра­ди­ци­он­ных ге­не­тич. ти­пов) по­ка не пред­став­ля­ют пром. ин­те­ре­са, т. к. со­дер­жат мел­кие и труд­но­из­вле­кае­мые А. спе­ци­фич. мор­фо­ло­гии и струк­ту­ры. В ми­ре вы­яв­ле­но св. 6500 ким­бер­ли­то­вых тел, но про­мыш­лен­но ал­ма­зонос­ны из них неск. де­сят­ков. Со­держа­ние А. в ко­рен­ных ме­сто­ро­ж­де­ни­ях ко­леб­лет­ся в ши­ро­ких пре­де­лах от 0,1–7 кар/т (ред­ко боль­ше). В боль­шин­ст­ве ко­рен­ных ме­сто­ро­ж­де­ний наи­бо­лее цен­ные юве­лир­ные раз­но­вид­но­сти А. по чис­лу кри­стал­лов со­став­ля­ют 5–15%, по мас­се 40–70% и по стои­мо­сти 97,5–98%. По со­дер­жа­нию А. круп­ней­шей яв­ля­ет­ся уни­каль­ная якут. труб­ка «Ин­тер­на­цио­наль­ная» (до 17 кар/т), по стои­мо­сти 1 т ру­ды – якут. труб­ка «Име­ни XXIII парт­съез­да» – до 700 долл./т, по об­щей стои­мо­сти до­бы­тых А. – ме­сто­ро­ж­де­ние Джва­ненг (Бот­сва­на). Наи­бо­лее круп­ные пром. ко­рен­ные ме­сто­ро­ж­де­ния А. рас­по­ло­же­ны в Бот­сва­не, Рос­сии (Яку­тия, Ар­хан­гель­ская обл.), ЮАР, Ав­ст­ра­лии, Ка­на­де, Ан­го­ле, Де­мо­кра­тич. Рес­пуб­ли­ке Кон­го.

Таблица 2. Наиболее крупные ресурсы и запасы природных алмазов, в т. ч. ювелирных по странам и суммарные мировые (без России; оценка к нач. 2004), млн. кар

СтранаРесурсы природных алмазовОбщие  запасы  природных  алмазовЗапасы  ювелирных  алмазовАзияАфрикаАмерикаАвстралия

Индия	10	1	1
Китай	35	5	2
Ангола	730	92	80
Ботсвана	950	185	140
Гана	15	5	2
Гвинея	30	1	0,8
Демократия.  Республика  Конго	350	65	6
Зимбабве	50	35	20
Лесото	30	8	4
Намибия	930	10	9,5
Сьерра-Леоне	50	12	8
ЦАР	22	2	1,5
ЮАР	450	125	55
Бразилия	40	3	2,5
Венесуэла	90	67	30
Канада	800	275	64
Австралия	500	95	28
Прочие страны	118	5	4
Всего в мире	5200	991	458,3

Рос­сып­ные ме­сто­ро­ж­де­ния свя­за­ны с ал­лю­ви­аль­ны­ми об­ра­зо­ва­ния­ми ру­сел, пойм, тер­рас со­вре­мен­ных и древ­них реч­ных до­лин, а так­же мор­ских на­зем­ных и под­вод­ных тер­рас и па­лео­до­лин рек. Пром. зна­че­ние име­ют так­же элю­ви­аль­ные, де­лю­ви­аль­ные и кар­сто­вые рос­сы­пи. Со­дер­жа­ние А. в рос­сы­пях 0,001–5 кар/м3 (ино­гда дос­ти­га­ет де­сят­ков ка­рат на м3). Ка­че­ст­во (а так­же раз­мер и со­от­вет­ст­вен­но це­на) ал­мазов в рос­сы­пях су­ще­ст­вен­но вы­ше, чем в ко­рен­ных ме­сто­ро­ж­де­ни­ях: в не­ко­торых рос­сы­пях ЮАР она пре­вы­ша­ет 1200 долл./кар, в якут­ских – ок. 60–80, в ураль­ских – до 350 долл./кар. Круп­ней­шие рос­сып­ные ме­сто­ро­ж­де­ния вы­яв­ле­ны в Де­мо­кра­тич. Рес­пуб­ли­ке Конго, На­ми­бии, ЮАР, Ан­го­ле, Га­не, Бра­зи­лии и др. Осн. за­па­сы юве­лир­но­го сы­рья со­сре­до­то­че­ны в Бот­сва­не, Рос­сии, Ан­го­ле, Ка­на­де, ЮАР, Ве­не­суэ­ле, Ав­стра­лии; тех­нич. А. – в Ка­на­де, Рос­сии, ЮАР, Ав­стра­лии, Де­мо­кра­тич. Рес­пуб­ли­ке Кон­го, Бот­сва­не, Ве­не­суэ­ле.

Рос­сия за­ни­ма­ет ве­ду­щее ме­сто в ми­ре как по раз­ве­дан­ным за­па­сам А., так и по про­гноз­ным ре­сур­сам. Раз­ве­дан­ные за­па­сы со­сре­до­то­че­ны в ко­рен­ных ме­сто­ро­ж­де­ни­ях (94,6%, ким­бер­ли­ты) и рос­сы­пях (5,4%). Пер­вые А. в стра­не бы­ли об­на­ру­же­ны в Ураль­ской ал­ма­зо­нос­ной про­вин­ции в 1829 в зо­ло­тонос­ных ал­лю­ви­аль­ных рос­сы­пях на Ср. Ура­ле (в бас­сей­не р. Кой­ва). Рос­сы­пи Ура­ла ха­рак­те­ри­зу­ют­ся вы­со­ким вы­ходом юве­лир­ных кам­ней (ср. мас­са 0,15–1,0 кар), од­на­ко их за­па­сы ог­ра­ни­че­ны (ок. 0,1% об­ще­рос­сий­ских); ко­рен­ные ис­точ­ни­ки по­ка не об­на­ру­же­ны. Осн. часть ме­сто­ро­ж­де­ний на­хо­дит­ся в Якут­ской ал­ма­зо­нос­ной про­вин­ции и Ар­хан­гель­ском ал­ма­зо­нос­ном рай­оне. В 1970-е гг. вы­яв­ле­на вы­со­кая ал­ма­зо­нос­ность им­пак­ти­тов По­пи­гай­ской ас­т­роб­ле­мы, ко­торая свя­за­на с про­дук­та­ми пе­ре­плав­ле­ния по­род «ми­ше­ни» (та­га­ми­ты) или их взрыв­но­го раз­ру­ше­ния (зю­ви­ты). В боль­шин­ст­ве слу­ча­ев ал­ма­зо­нос­ные те­ла та­га­ми­тов и зю­ви­тов име­ют пла­сто­об­раз­ную фор­му, суб­го­ри­зон­таль­ное за­ле­га­ние и ха­рак­те­ри­зу­ют­ся ус­той­чи­вым со­дер­жа­ни­ем А. по про­сти­ра­нию и на глу­би­ну. А. из­ред­ка на­хо­дят в Кар­ской, Пу­чеж-Ка­тунь­ской и др. ас­т­роб­ле­мах Рос­сии.

Источник: http://bigenc.ru/geology/text/1814113

ПРОИСХОЖДЕНИЕ

Хотя при нормальных условиях алмаз метастабилен, он в силу устойчивости своей кристаллической структуры может существовать неопределенно долго, не превращаясь в устойчивую модификацию углерода – графит. Алмазы, которые вынесены на поверхность кимберилитами или лампроитами кристаллизуется в мантии на глубине 200 км. и более при давлении более 4 Гпа и температуре 1000 – 1300° С. В некоторых меторождениях встречаются и более глубинные алмазы, вынесенные из переходной зоны или из нижней мантии. Наряду с этим, они выносятся к поверхности Земли в результате взрывных процессов, сопровождающих формирование кимберлитовых трубок, 15-20% которых содержит алмаз.

Алмазы встречаются также в метаморфических комплексах сверхвысоких давлений. Они ассоциируют с эклогитами и глубокометаморфизованными гранатовыми гнейсами. Мелкие алмазы в значительных количествах обнаружены в метеоритах. Они имеют очень древнее, досолнечное происхождение. Также они образуются в крупных астроблемах – гигантских метеоритных кратерах, где переплавленные породы содержат значительные количества мелкокристаллического алмаза. Известным месторождением такого типа является Попигайская астроблема на севере Сибири.

Алмазы

Алмазы редкий, но вместе с тем довольно широко распространённый минерал. Промышленные месторождения алмазов известны всех континентах, кроме Антарктиды. Известно несколько видов месторождений алмазов. Уже несколько тысяч лет алмазы добывались из россыпных месторождений. Только к концу XIX века, когда впервые были открыты алмазоносные кимберлитовая трубка, стало ясно, что алмазы не образуются в речных отложениях. Кроме этого алмазы были найдены в коровых породах в ассоциациях метаморфизма сверхвысоких давлений, например в Кокчетавском массиве в Казахстане.

И импактные, и метаморфические алмазы иногда образуют весьма масштабные месторождения, с большими запасами и высокой концентрацией. Но в этих типах месторождений алмазы настолько мелкие, что не имеют промышленной ценности. Промышленные месторождения алмазов связаны с кимберлитовыми и лампроитовыми трубками, приуроченными к древним кратонам. Основные месторождения этого типа известны в Африке, России, Австралии и Канаде.