Символом апреля является алмаз. Можно относиться по разному к этому камню, но ни…
Символом апреля является алмаз. Можно относиться по разному к этому камню, но никто не будет отрицать, что он является признанным «королем» среди «дрогоценного царства».
Алма́з (от пратюрк. «almaz», букв. «неподдающийся», через араб. «ألماس [’almās]» из др.-греч. «ἀδάμας» «несокрушимый») — минерал, кубическая аллотропная форма углерода.
Характерный химический состав, физические свойства и кристаллическая структура алмаза делают его уникальным не только среди драгоценных камней, но и среди всех известных материалов.
Алмаз — единственный драгоценный камень, состоящий из одного элемента: обычно он примерно на 99,95% состоит из углерода. Остальные 0,05% могут включать один или несколько микроэлементов — атомов, не входящих в основной химический состав алмаза. Некоторые микроэлементы могут влиять на его цвет или форму кристалла.
При описании свойств алмаза не раз повторяешь «самый, самый»:
• Будучи самым твердым из известных природных материалов (10 по шкале Мооса), алмаз обладает высокой устойчивостью к царапинам, его твердость составляет 10000кг/см2. Секрет твёрдости — каждый атом углерода связан с четырьмя соседними атомами, образуя жёсткую трёхмерную сеть.
• Алмазам, как и другим кристаллическим телам, свойственна анизотропия некоторых характеристик (т.е. вариации этих характеристик в различных кристаллографических направлениях), в том числе и анизотропия твердости, что обусловлено особенностями внутреннего строения кристаллов. Твердость меняется не только от грани к грани, но и нередко в пределах одной и той же грани кристалла, что необходимо учитывать при обработке алмаза или при работе с алмазным инструментом.
• Алмаз обладает самой высокой теплопроводностью среди всех материалов (900–2300 Вт/(м•К)). Это свойство делает алмаз незаменимым в высокотехнологичной электронике: алмазные пластины помогают отводить тепло от мощных процессоров и лазеров, не давая им перегреваться.
• Алмазы обладают высоким показателем преломления (2.417-2.419). Характерный блеск огранённых и отполированных алмазов (бриллиантов) обусловлен этим свойством. Из-за высокой дисперсии (0.044) свет разлагается в алмазе на цвета, как в призме. Высокое преломление в совокупности с чрезвычайно сильной дисперсией вызывает характерный и неповторимый блеск, названный алмазным.
• Алмаз прозрачен в широком диапазоне электромагнитных волн. Это свойство связано с кристаллической структурой алмаза, которая позволяет пропускать через себя электромагнитные волны светового диапазона, которые воспринимает глаз человека.
Прозрачность алмаза также зависит от его показателя преломления: средний показатель преломления бесцветных кристаллов алмаза в жёлтом цвете — примерно 2,417, а для различных цветов спектра он варьируется от 2,402 (для красного) до 2,465 (для фиолетового).
• Алмазы являются гидрофобными (отталкивают воду) и липофильными (притягивают жир/масло). Даже при комнатной температуре на алмазе формируется тончайший нано слой воды, который по своим свойствам напоминает лёд. Это обеспечивается ненасыщенными связями — электронными узлами на поверхности алмаза, выступающими в роли реактивных точек адсорбции.
• Низкий коэффициент трения по металлу на воздухе — всего 0,1, что связано с образованием на поверхности кристалла тонких плёнок адсорбированного газа, играющих роль своеобразной смазки. Когда такие пленки не образуется, коэффициент трения возрастает и достигает 0,5-0,55. Низкий коэффициент трения обусловливает исключительную износостойкость алмаза на истирание , которая превышает износостойкость корунда в 90 раз , а других абразивных материалов - в сотни и тысячи раз. В результате, например, при шлифовании изделий из твердых сплавов алмазного порошка расходуется в 600-3000 раз меньше, чем любого другого абразива.
• Для алмаза также характерны самый высокий (по сравнению со всеми известными в природе материалами) модуль упругости и самый низкий коэффициент сжатия.
• Алмаз окисляется на воздухе при нагревании свыше 700 °C, при отсутствии кислородной среды, например, в потоке высокочистого аргона, может нагреваться до 1700 °C. Нагревание алмаза без доступа воздуха приводит к его частичной графитизации при температурах выше 1500°С (обычно в интервале 1600–1800°С). При нагреве до 2000 °C без доступа воздуха алмаз спонтанно за 15–30 минут переходит в графит и взрывообразно разрушается на мелкие части.
• Алмаз нерастворим в плавиковой, соляной и азотной кислотах при различных концентрациях и нагревании. Смеси кислот не действуют на алмаз.
• Алмаз растворяется только в расплавленных натриевой и калиевой селитрах и соде.
• Алмаз относится к изоляторам: его удельное электрическое сопротивление очень велико. Некоторые кристаллы, однако, имеют низкое удельное сопротивление и обладают свойствами полупроводников. Эти алмазы, как правило, голубого цвета. Очень высоко ценятся и исключительно редки. Алмаз относится к немагнитным минералам, но некоторые их разновидности имеют слабые парамагнитные свойства, которые в основном связаны с присутствием примеси азота. Иногда магнитные свойства придают алмазам и механические включения в них магнитных минералов- магнетита и ильменита.
• Под действием солнечного света и особенно катодных, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей алмазы начинают люминесцировать — светиться различными цветами. Под действием катодного и рентгеновского излучения светятся все разновидности алмазов, а под действием ультрафиолетового — только некоторые.
• Облучение алмазов нейтронами, электронами высокой энергии или α-частицами создаёт в алмазе радиационные дефекты (вакансии и межузельные атомы), которые поглощают свет в видимом диапазоне. Это приводит к изменению цвета кристалла алмаза от сине-зелёного до коричневого,
• Алмаз считается «прозрачным» для рентгеновского излучения, но в лабораторных условиях рентгеновское излучение редко применяется для наведения радиационных дефектов в алмазе, потому что его сечение поглощения мало и для достижения заметной концентрации дефектов необходима длительная экспозиция.
• Полупроводниковые алмазы, содержащие примесь бора, являются фотопроводящими под воздействием гамма(γ)-излучения. Это свойство используется в качестве рабочего элемента детекторов излучения в средах, в которых требуется использование прочного коррозионно-стойкого сенсорного материала (например, радиационные датчики, размещаемые в реакционной зоне ядерных реакторов).