کانی الماس طبیعی: ساختار، خواص فیزیکی و شیمیایی

2024 نویسنده: Angel Austin | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 05:24

الماس یک ماده معدنی طبیعی است که یکی از معروف ترین و گران قیمت ترین آنهاست. حدس و گمان ها و افسانه های زیادی در اطراف او وجود دارد، به خصوص در مورد ارزش آن و تشخیص تقلبی. یک موضوع جداگانه برای مطالعه رابطه بین الماس و گرافیت است. بسیاری از مردم می دانند که این مواد معدنی مشابه هستند، اما همه نمی دانند دقیقاً چیست. و این سؤال که چگونه آنها با هم تفاوت دارند، همه نمی توانند پاسخ دهند. از ساختار الماس چه می دانیم؟ یا معیارهای داوری جواهرات؟

ساختار الماس

الماس یکی از سه کانی است که اصلاح کریستالی کربن است. دو مورد دیگر گرافیت و لونسدالیت هستند، دومی را می توان در شهاب سنگ ها یافت یا به طور مصنوعی ایجاد کرد. و اگر این سنگ ها اصلاحات شش ضلعی باشند، نوع شبکه کریستالی الماس مکعبی است. در این سیستم، اتم های کربن به این ترتیب قرار گرفته اند: یکی در هر رأس و در مرکز صورت، و چهار اتم در داخل مکعب. بنابراین، معلوم می شود کهاتم ها به شکل چهار وجهی مرتب شده اند و هر اتم در مرکز یکی از آنها قرار دارد. ذرات توسط قوی ترین پیوند کووالانسی به هم متصل می شوند که به همین دلیل الماس سختی بالایی دارد.

خواص شیمیایی

به طور کلی، الماس کربن خالص است، بنابراین، بلورهای الماس باید کاملاً شفاف باشند و تمام نور مرئی را از خود عبور دهند. اما هیچ چیز کاملی در دنیا وجود ندارد، یعنی این ماده معدنی ناخالصی نیز دارد. اعتقاد بر این است که حداکثر محتوای ناخالصی در الماس های جواهر نباید از 5٪ تجاوز کند. ترکیب الماس می تواند شامل مواد جامد و مایع و گاز باشد که رایج ترین آنها:

• نیتروژن;
• boron;
• آلومینیوم؛
• سیلیکون;
• کلسیم؛
• منیزیم.

همچنین، ترکیب ممکن است شامل کوارتز، گارنت، الیوین، سایر مواد معدنی، اکسیدهای آهن، آب و مواد دیگر باشد. اغلب این عناصر در ترکیب ماده معدنی به شکل اجزاء معدنی مکانیکی یافت می شوند، اما برخی از آنها می توانند جایگزین کربن در ساختار الماس شوند - این پدیده ایزومورفیسم نامیده می شود. در این مورد، آخال ها می توانند به طور قابل توجهی بر خواص فیزیکی کانی تأثیر بگذارند، رنگ آن، بازتاب نور، و آخال های نیتروژن به آن خاصیت درخشندگی می دهد.

خواص فیزیکی

ساختار الماس خواص فیزیکی آن را تعیین می کند، آنها بر اساس چهار معیار ارزیابی می شوند:

• سختی؛
• تراکم;
• پراکندگی و شکست نور؛
• شبکه کریستالی.

سختی مواد معدنی در مقیاس Mohs تخمین زده می شود، امتیاز آن در این سیستم 10 است، این حداکثر شاخص است. نفر بعدی در لیست کوراندوم است که نشانگر آن 9 است اما سختی آن 150 برابر کمتر است که به معنای برتری مطلق الماس در این نشانگر است.

اما سختی یک ماده معدنی به هیچ وجه به معنای استحکام آن نیست. الماس کاملا شکننده است و در صورت ضربه زدن با چکش به راحتی می شکند.

وزن مخصوص یک الماس (چگالی) در محدوده 3.42 تا 3.55 گرم بر سانتی متر تعیین می شود³. با نسبت وزن ماده معدنی به وزن آب با همان حجم تعیین می شود.

علاوه بر سختی، ضریب شکست بالایی (2.417-2.421) و پراکندگی (0.0574) نیز دارد. این ترکیب از خواص باعث می شود که الماس با ارزش ترین و ایده آل ترین سنگ جواهر باشد.

سایر خواص فیزیکی این کانی نیز مهم است، مانند رسانایی گرمایی (900-2300 W/m·K)، همچنین بالاترین در بین تمام مواد. همچنین می توانید به توانایی این ماده معدنی برای حل نشدن در اسیدها و قلیاها، خواص دی الکتریک، ضریب اصطکاک کم برای فلز در هوا و نقطه ذوب بالای 3700-4000 درجه سانتی گراد در فشار 11 گیگا پاسکال توجه کنید.

شباهت ها و تفاوت های بین الماس و گرافیت

کربن یکی از رایج ترین عناصر روی زمین است که در بسیاری از مواد به ویژه در موجودات زنده یافت می شود. گرافیت مانند الماس از کربن تشکیل شده است، اما ساختار الماس و گرافیت بسیار متفاوت است. الماس می تواند تحت تاثیر دمای بالا و بدون دسترسی به اکسیژن به گرافیت تبدیل شود، اما در شرایط عادی تا مدت نامحدودی قادر است.بدون تغییر باقی می ماند، به این متاستابی می گویند، علاوه بر این، نوع شبکه کریستالی الماس مکعبی است. اما گرافیت یک کانی لایه لایه است، ساختار آن مانند یک سری لایه است که در صفحات مختلف قرار گرفته اند. این لایه ها از شش ضلعی تشکیل شده اند که یک سیستم لانه زنبوری را تشکیل می دهند. پیوندهای قوی فقط بین این شش ضلعی ها ایجاد می شود، اما بین لایه ها بسیار ضعیف هستند و این باعث لایه بندی کانی می شود. گرافیت علاوه بر سختی کم، نور را جذب می کند و درخشندگی فلزی دارد که با الماس نیز بسیار متفاوت است.

این کانی ها بارزترین نمونه آلوتروپی هستند - پدیده ای که در آن مواد دارای خواص فیزیکی متفاوتی هستند، اگرچه از یک عنصر شیمیایی تشکیل شده اند.

منشا الماس

در مورد نحوه تشکیل الماس در طبیعت نظری واضح وجود ندارد، نظریه های ماگمایی، گوشته، شهاب سنگ و سایر نظریه ها وجود دارد. با این حال، رایج ترین آنها ماگمایی است. اعتقاد بر این است که الماس ها در عمق حدود 200 کیلومتری تحت فشار 50000 اتمسفر تشکیل می شوند و سپس همراه با ماگما در طول تشکیل لوله های کیمبرلیت به سطح می آیند. سن الماس ها از 100 میلیون تا 2.5 میلیارد سال متغیر است. همچنین از نظر علمی ثابت شده است که هنگام برخورد یک شهاب سنگ با سطح زمین، الماس می تواند تشکیل شود و همچنین در خود سنگ شهاب سنگ نیز یافت شود. با این حال، کریستال هایی با این منشاء بسیار کوچک هستند و به ندرت برای پردازش مناسب هستند.

ذخایر الماس

اولین سپرده هایی که بودندالماس ها در هند کشف و استخراج شدند، اما در پایان قرن نوزدهم به شدت تحلیل رفتند. با این حال، در آنجا بود که معروف ترین، بزرگ ترین و گران ترین نمونه ها استخراج شد. و در قرن 17 و 19، ذخایر معدنی در برزیل و آفریقای جنوبی کشف شد. تاریخ مملو از افسانه ها و حقایق در مورد عجله الماس است که به طور خاص با معادن آفریقای جنوبی مرتبط است. آخرین ذخایر الماس کشف شده در کانادا است، توسعه آنها تنها در دهه آخر قرن بیستم آغاز شد.

معادن نامیبیا بسیار جالب هستند، اگرچه استخراج الماس در آنجا تجارت دشوار و خطرناکی است. رسوبات کریستال ها در زیر لایه ای از خاک متمرکز شده اند که اگرچه کار را پیچیده می کند اما از کیفیت بالای مواد معدنی صحبت می کند. الماس هایی که با اصطکاک دائمی در برابر سنگ های دیگر چندین صد کیلومتر به سطح سفر کرده اند، کریستال هایی با عیار بالا و با کیفیت پایین تر هستند که به سادگی نمی توانند چنین سفری را تحمل کنند و بنابراین 95 درصد از سنگ های استخراج شده دارای کیفیت گوهر هستند. همچنین لوله های کیمبرلیت شناخته شده و غنی از مواد معدنی در روسیه، بوتسوانا، آنگولا، گینه، لیبریا، تانزانیا و سایر کشورها وجود دارد.

فرآوری الماس

فرآوری الماس به تجربه، دانش و مهارت زیادی نیاز دارد. قبل از شروع کار، لازم است سنگ را به طور کامل مطالعه کنید تا متعاقباً وزن آن را تا حد امکان حفظ کنید و از شر آخال ها خلاص شوید. رایج ترین نوع تراش الماس گرد است، به سنگ اجازه می دهد تا با تمام رنگ ها درخشیده و نور را تا حد ممکن منعکس کند. اما این کار نیز سخت ترین است:یک الماس گرد دارای 57 صفحه است و هنگام تراش آن رعایت دقیق ترین نسبت ها مهم است. همچنین انواع محبوب برش عبارتند از: بیضی، قطره اشکی، قلب، مارکیز، زمرد و غیره. چند مرحله فرآوری مواد معدنی وجود دارد:

• نشانه گذاری;
• شکاف؛
• اره;
• گردش؛
• cut.

هنوز اعتقاد بر این است که پس از پردازش، الماس حدود نیمی از وزن خود را از دست می دهد.

معیارهای ارزیابی الماس

وقتی الماس استخراج می شود، تنها 60 درصد از مواد معدنی برای فرآوری مناسب هستند، به آنها جواهرات می گویند. طبیعتا هزینه سنگ های خشن بسیار کمتر از قیمت الماس است (بیش از دو برابر). الماس ها بر اساس سیستم 4C ارزش گذاری می شوند:

1. قیراط (وزن قیراط) - 1 قیراط برابر با 0.2 گرم است.
2. رنگ (رنگ) - الماسهای سفید خالص تقریباً هرگز یافت نمی شوند، بیشتر مواد معدنی سایه خاصی دارند. ارزش آن تا حد زیادی به رنگ الماس بستگی دارد، بیشتر سنگ هایی که در طبیعت یافت می شوند دارای رنگ زرد یا قهوه ای هستند، سنگ های صورتی، آبی و سبز را کمتر می توان یافت. کمیاب ترین، زیباترین و در نتیجه گران ترین مواد معدنی رنگ های اشباع است که به آنها فانتزی می گویند. نادرترین آنها سبز، بنفش و سیاه هستند.
3. شفافیت (شفافیت) نیز شاخص مهمی است که وجود عیوب در سنگ را تعیین می کند و به طور قابل توجهی بر ارزش آن تأثیر می گذارد.
4. برش (برش) - ظاهر یک الماس تا حد زیادی به برش بستگی دارد. انکسار و بازتاب نورنوعی درخشش "درخشنده" این سنگ را بسیار ارزشمند می کند و شکل یا نسبت اشتباه در هنگام پردازش می تواند آن را کاملاً خراب کند.

ساخت الماس مصنوعی

در حال حاضر فناوری به شما امکان می دهد الماس هایی را که تقریباً از الماس های طبیعی متمایز نیستند، "پرورش دهید". چندین راه برای سنتز وجود دارد:

1. ایجاد HPHT-الماس نزدیکترین روش به شرایط طبیعی است. مواد معدنی از گرافیت و دانه الماس در دمای 1400 درجه سانتیگراد تحت فشار 50000 اتمسفر ایجاد می شود. این روش به شما امکان می دهد سنگ هایی با کیفیت جواهری را سنتز کنید.
2. ایجاد CVD-الماس (سنتز فیلم) - ساخت سنگ در شرایط خلاء با استفاده از دانه و گازهای متان و هیدروژن. این روش سنتز خالص ترین مواد معدنی را ممکن می کند، اما اندازه آنها بسیار کوچک است، بنابراین عمدتاً برای مصارف صنعتی استفاده می شود.
3. همجوشی انفجاری روشی است که با انفجار مواد منفجره و سپس خنک کردن آنها، کریستال های کوچک الماس تولید می کند.

چگونه یک اصل را از تقلبی تشخیص دهیم

صحبت از روش های تعیین اصالت الماس، ارزش تمایز بین تأیید اصالت الماس و الماس راف است. یک فرد بی تجربه می تواند الماس را با کوارتز، کریستال، سایر مواد معدنی شفاف و حتی شیشه اشتباه بگیرد. با این حال، خواص فیزیکی و شیمیایی استثنایی یک الماس، تشخیص تقلبی را آسان می کند.

Bاول از همه، ارزش یادآوری سختی را دارد. این سنگ قادر است هر سطحی را خراش دهد، اما تنها الماس دیگری می تواند روی آن ردی از خود به جای بگذارد. همچنین اگر روی کریستال طبیعی نفس بکشید، تعریق روی آن باقی نمی ماند. روی یک سنگ خیس، اگر آلومینیوم را روی آن بکشید، علامتی مانند مداد وجود خواهد داشت. می توانید آن را با اشعه ایکس بررسی کنید: یک سنگ طبیعی تحت تابش رنگ سبز پررنگی دارد. یا از طریق آن به متن نگاه کنید: تشخیص آن از طریق یک الماس طبیعی غیرممکن خواهد بود. به طور جداگانه، شایان ذکر است که طبیعی بودن سنگ را می توان برای شکست نور بررسی کرد: با آوردن اصل به منبع نور، می توانید فقط یک نقطه درخشان در مرکز ببینید.