При какой температуре получают алмаз

О том, в какое вещество переходит алмаз при плавлении, ученые спорят до сих пор. С XVI века, момента обнаружения минерала, ведется его активное изучение. Но, до сих пор не разгаданы многие тайны. За более чем 500 лет было проведено множество экспериментов в стремлении ученых разгадать эту загадку. Но большинство свойств камня все еще остаются неизученными. Каждое открытие занимает многие годы. В нашей статье, мы приоткроем для вас одну из завес, за которой скрывается много интересного.

О базовых свойствах

От того, при какой температуре плавится алмаз, зависит возможность его применения и в ювелирной отрасли, и в промышленности. Но характеристика пока не изучена в полном объеме, так как камень имеет уникальные свойства. Его сложно сравнить с чем-либо, из известного миру.

Одно из объяснений столь необычных характеристик минерала – его внеземное происхождение. Есть теория, что алмаз попал на планету из космоса вместе с метеоритами и осел в недрах земли. Другие ученые, объясняют странное поведение камня строением его кристаллической решетки.

Атомы углерода в нем имеют сверхпрочную связь, что обуславливает уже известные свойства алмаза:

• аномальную твердость;
• устойчивость к агрессивной химической среде (щелочи и кислоты);
• хрупкость.

Парадокс алмаза в том, что, с одной стороны, это самый прочный минерал на планете. Но с другой — он очень хрупкий и его легко повредить сильным ударом. Последнее свойство ювелиры используют при огранке.

Интересные свойства, изученные в ходе экспериментов

Алмаз — самый удивительный камень. Его природа и свойства заставляют самых умных людей планеты решать наисложнейшие задачи. Его красота восхищает миллионы. Это один из лучших диэлектриков и изоляторов. В его состав входят только атомы углерода.

Любопытно, что сам углерод – крайне горючее вещество. В природе, он чаще встречается в форме графита. Это натолкнуло ученых на идею преобразования одного вещества в другое. Их интересовало, будет ли в процессе расплавления алмаз переходить в графит и наоборот. Результаты получились неоднозначными.

Выяснилось, что создать из алмаза графит возможно, нагрев кристалл до 2000 градусов и перекрыв доступ кислорода. А вот провести обратную реакцию, не изготавливая затравку, так и не удалось. Об этом вы можете прочитать в статье «Об искусственных алмазах и бриллиантах». Если же камень нагревать не в вакууме, он просто превратится в углерод.

Переход из одного состояния в другое

По температуре и среде в плавильной печи, можно спрогнозировать, в какое состояние перейдет алмаз. Если в колбе присутствует кислород, то камень полностью сгорит при температуре 850-1000 градусов Цельсия. Во время реакции будет выделяться бледно-синее пламя. По окончанию эксперимента, в капсуле останется CO2 – кислород и углерод.

Доказать это удалось еще в 1694 году итальянским ученым, Тарджони и Аверани. Они старались сплавить два небольших бриллианта в один, но только сожгли камни.

Их эксперимент провалился потому, что добиться плавного расплавления алмазов невероятно сложно: необходима капсула без кислорода, с возможностью регулирования давления внутри нее.

То, в какое вещество переходят алмазы, нагретые до 2000-3000 градусов, зависит от окружающей среды. Если перекрыть кислород и создать температуру в 1800-2000 градусов, можно получить графит. Подняв уровень тепла до 3700-4000 градусов в тех же условиях, можно получить расплавленный углерод. Но добиться от лабораторных приборов таких мощностей крайне сложно.

Ход эксперимента и его результаты

Чтобы определить, при какой температуре плавится алмаз, в 2010 году был проведен большой эксперимент. Камень размером в 1/10 карата был помещен в специальную капсулу, где создавались волновые наносекундные импульсы. В печи было достигнуто давление в 10 млн атмосфер и температура 40000 по Кельвину (39726,85 по Цельсию), после чего кристалл перешел в жидкое состояние.

На этом эксперимент не завершился. Ученые продолжили поднимать температуру и давление. Когда жар достиг 50000 Кельвинов (49726,85 Цельсия), алмаз начал затвердевать. Причем, делал это буквально кусками – на поверхности расплавленной массы образовывались твердые кристаллы.

Конструкция напоминала айсберг. Любопытно, что расплавленная масса не кипела и не изменялась, когда ученые продолжили повышать температуру. Но с понижением градусов и при сохранении давления кристаллы становились больше и срастались в один.

Феномены и научные факты

Не только плавление алмаза интересовало ученых. В ходе одного из экспериментов по превращению камня в углекислый газ, произошло интересное открытие. При воздействии на кристалл мощными ультрафиолетовыми лучами в минерале образовалась полость.

Удалось выяснить, что ультрафиолет вредит алмазу. Но у владельцев украшений с бриллиантом это не должно вызывать беспокойства. Пройдут десятки тысяч лет, прежде чем солнечные лучи смогут навредить вашим драгоценностям.

Многие загадки алмаза ученые так и не смогли разгадать. Например, в ювелирных мастерских камень легко поддается нагреванию, обработке и пайке. Правда, если в бриллианте присутствуют трещины, он разлетится на маленькие осколки.

Лава и углеродные кристаллы

Из-за того, что бриллиантовые месторождения находятся в кимберлитовых трубках – месте выхода вулканической породы на поверхность, возникают закономерные опасения. Может ли лава расплавить алмаз? Ответ однозначный  – нет.

Дело в том, что температура плавления алмаза свыше 3500 градусов. Да и давление необходимо не шуточное, более 11 гПа. Жар лавы – всего 500-1200 градусов. Простым сравнением приходим к выводу, что потоки лавы могут лишь сжечь минерал, если достигнут 1000 градусов.

Интересно, что в 2013 году алмазы были обнаружены в лаве действующего вулкана. Для ученых это стало очередной загадкой, связанной с минералами. Проведя исследования, они сошлись во мнении, что минерал образовался в результате «шоковой кристаллизации». Ее причиной стал грозовой электрический разряд.

Если вам есть что добавить по теме – пишите комментарии.

Сделайте репост, чтобы и ваши друзья узнали новые интересные факты.

Поставив лайк, вы сделаете нам приятно.

Загрузка…

Температура плавления алмаза — это одна из характеристик драгоценности, которая до сих пор не изучена в полном объеме. Камень имеет уникальные свойства, которые ценятся не только в ювелирном деле, но и в промышленности. И температура плавления не стала исключением из правил.

Некоторые минералоги и исследователи объясняют такие странные характеристики алмаза его космическим происхождением. То есть, предполагают, что материал попал на планету после падения большого количества метеоритов и остался в недрах земли.

Базовые характеристики алмаза

В качестве примера можно привести то, что алмаз обладает наивысшей твердостью по шкале Мооса, при этом камень хрупкий. Вещество является диэлектриком и изолятором. Алмаз обладает самой прочной упаковкой, то есть кристаллической решеткой. Структура состоит из одного атома углерода, который в природе является горючим и имеет аллотропные модификации. Самой известной формой элемента, помимо алмаза, является графит.

Ученые неоднократно проводили опыты, а также эксперименты, которые были связаны с модификациями углерода. В частности, во время плавления хотели добиться и посмотреть, не будет ли перехода алмаза в графит и наоборот. Одними из последних исследователей, которые занимались вопросом плавления, была группа физиков из университета в Калифорнии. Опыт проводился в 2010 году, и целью ученых был перевод алмаза в жидкое состояние.

Сложность заключалась в том, что с повышением температуры вещество превращается в графит. Поэтому, вместе с температурой, приходилось повышать и давление. Интересно, что в обратную сторону процесс провести нельзя: графит не превращается в алмаз без затравки даже под действием высоких температур.

Показатель плавления вещества

Если верить уже проведенным исследованиям, то показатели плавления алмаза находятся на таком уровне:

С доступом кислорода вещество сгорает при температуре 850-1000 градусов Цельсия. Алмаз горит синим пламенем, после чего исчезает бесследно, превратившись в углекислый газ. В этом убедились ученые из Италии Тарджони и Аверани на собственном опыте. Еще в 1694 году они решили провести эксперимент и соединить два мелких бриллианта в один крупный. Несколько попыток закончилось сгоранием драгоценностей.

• Плавного расплавления добиться очень сложно. Для этого необходимо проводить эксперименты без доступа кислорода и в устройствах с переменой давления.
• Без доступа кислорода горение алмаза происходит при повышении показателей температуры до 1800-2000 градусов Цельсия, и вещество превращается в графит.
• Плавление происходит на уровне 3700-4000 градусов Цельсия, но достичь таких температур в лабораториях получается с большим трудом.

Кривую плавления алмаза построить тяжело, она получается аномальной, учитывается и наличие кислорода в процессе. Сходства и стандартов, как у других веществ, нет. Поэтому показатель неточный и может измениться после очередных экспериментов.

Ученые взяли алмаз небольшого веса, и плавление происходило под действием ударной волны. Волну создавали наносекундные лазерные импульсы. Жидкий алмаз, то есть расплавленный материал, действительно был получен в ходе эксперимента при давлении в 40 миллионов атмосфер.

Но при постепенном повышении давления и температуры до 50 000 по Кельвину на жидкой поверхности алмаза стали появляться твердые частицы. При этом неожиданным открытием стало то, что частицы не тонут в жидкости, а плавают, как кубики льда, напоминая айсберги. Жидкость не меняется и не кипит в процессе дальнейшего нагревания. При понижении давления и сохранении температуры на том же уровне частицы становились больше и склеивались в одно целое. В дальнейшем алмаз постепенно переходил в твердое состояние. Несколько «айсбергов» склеиваются между собой, жидкость не испаряется в процессе.

В обычных условиях на земле такого состояния углерода добиться нельзя. Но исследователи думают, что в недрах таких планет, как Нептун и Уран, углерод содержится именно в таком кипящем состоянии. Там есть целые океаны кипящих алмазов.

Подтверждения или материалов на эту тему нет, но большинство ученых согласно с гипотезой. А также это предположение объясняет странное действие магнитных полей планет. Эти небесные тела являются единственными в Солнечной системе, у кого нет четких географических полюсов, они все время перемещаются. Тщательнее исследовать планеты не получается, поскольку моделирование ситуации на земле или отправление экспедиций к этим планетам — дорогостоящий и трудоемкий процесс.

А вот еще один эксперимент был посвящен превращению алмаза в углекислый газ. Для этого ученые воздействовали на алмаз мощными ультрафиолетовыми лучами, после чего в камне образовывались углубления в месте воздействия. Камень выгорает и переходит в газообразное агрегатное состояние.

Производство лазеров на основе алмазов — изобретение, не имеющее смысла. Такие приборы ломаются и становятся непригодными к использованию. Но, конечно, не стоит переживать о том, можно ли носить камень летом под действием солнца — обычный ультрафиолет не повредит алмазу. Чтоб удалить один микрограмм минерала, нужно выдерживать камень под ультрафиолетом почти 10 миллиардов лет.

Интересен и тот феномен, что во время пайки изделий с бриллиантами в ювелирных магазинах, камень поддается нагреванию и обработке. Часто ювелиры паяют изделия с бриллиантами. Но такие действия могут закончиться помутнением камня, и владельцу придется отдавать его на переогранку. Опасно находиться над горелкой бриллиантам с микротрещинами или другими повреждениями — хрупкий камень рассыплется на части.

Каждый эксперимент внес свой вклад в исследование вещества под названием алмаз. К сожалению, до конца феномен плавления алмаза объяснить не удается. Зато новым ученым есть к чему стремиться, поле для исследований готово и человечество ждет открытий. Характеристика алмаза пригодится в производстве и в искусственном выращивании вещества. А также она поможет в исследовании космоса.

Вопрос, как сделать алмаз своими руками, минуя многовековые природные процессы, приходил в голову тысячам людей. Первым ответ нашел советский физик, положивший начало процессу. Есть способы получения камня дома.

Первые искусственные алмазы

Выращивание алмазов осуществляется с 1953 г. Первой производство синтетических кристаллов наладила Швеция. В СССР разработки велись с 1938 г. ученым Лейпунским, внесшим основной вклад в определение нужных условий, чтобы сделать из графита дорогой самоцвет.

Первый советский лабораторный камень был получен в 1961-м.

Далее много стран (Бельгия, США, Англия, Япония и др.) наладили производство искусственных алмазов. Для этого использовались иные методы:

• осаждение из газовой среды (ацетилен, метан, т. е. углеводороды);
• детонация взрывчатки;
• высокое давление, высокая температура (HPHT);
• ультразвуковая кавитация.

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.

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 угля получить алмаз

Вырастить бриллиант в домашних условиях из угля вполне реально. Для этого будут нужны:

• термостойкая колба или стакан на 2–3 литра;
• колба поменьше;
• пестик и ступка;
• древесный уголь, можно магазинный;
• затравка в виде натурального кристалла алмаза;
• бумажные фильтры.

Для отслеживания процесса пригодится микроскоп, но и без него осуществится рост самоцвета. Этапы выращивания:

1. Измельчение древесного угля в ступке при помощи пестика. Подойдут мелкие кусочки размером 3–5 мм.
2. Полученная масса засыпается в термостойкую емкость, заливается дистиллированной водой так, чтобы полностью скрыться. Целиком заполнять тару нельзя – жидкость убежит при нагревании.
3. Емкость ставится на очень медленный огонь. По мере выкипания вода подливается. Этот этап может занимать от нескольких часов до нескольких дней.
4. Получаемый желтый, насыщенный углеродом раствор пропускается через бумажные фильтры, наливается в маленькую пробирку и снова выпаривается. Это повторяется 3–4 раза. Цвет жидкости становится густо-желтым.
5. Через 2–3 дня маленькая пробирка с полученным раствором ставится в теплое место. В нее опускается маленький кристалл алмаза, на котором начинается рост углеродных решеток. При испарении нужно подливать новый раствор – будущий бриллиант не должен контактировать с воздухом.

Процесс идет очень медленно – за год нарастает 0,01 карата. Поэтому чем больше кристалл для затравки, тем скорее пойдет рост.

В дополнение к теме видео, как происходит процесс изготовления алмаза из стекла:

Сделать алмаз своими руками и без существенных затрат – это реально. Полученные камни можно использовать для создания декора, украшения интерьера. Главное, что нужно при выращивании самоцвета, – это терпение.

Хотите сделать алмаз сами? Имеете опыт выращивания? Расскажите в комментариях. Поделитесь информацией с друзьями и знакомыми – она будет им интересна.