Валерий Ваганов
Богдан Прокопчук
ОТ АЛМАЗА ДО БРИЛЛИАНТА

Изображение к книге От алмаза до бриллианта
ВВЕДЕНИЕ

Трудно точно сказать, где и когда был найден первый алмаз, когда человек впервые использовал его в качестве украшения или магического амулета. Многие исследователи, основываясь на древних легендах, полагают, что этот редчайший минерал был найден в Индии примерно в V–III тысячелетии до нашей эры. Знали и ценили алмаз и древние греки. В Британском музее находится древнегреческая бронзовая статуэтка женщины с глазами из двух неотшлифованных алмазов. В Древнем Риме драгоценные камни, в том числе и алмазы, служили знаком отличия патрициев.

Исключительная редкость и уникальные свойства этого драгоценного камня привели к тому, что ему стали приписывать магические свойства. На Древнем Востоке считалось, что алмазы способны приносить счастье, силу, удачу в любви; наиболее крупные камни, принадлежавшие владыкам, рассматривались как залог несокрушимости и процветания их государств. В Европе в средние века было распространено поверье, что алмаз как самое твердое вещество на земле придает его владельцу смелость и мужество, поэтому воины использовали алмазы для украшения оружия. Алмазы ценились очень дорого, были доступны только богатым людям, и неудивительно, что они быстро превратились в привилегию имущих классов. Например, в Англии до 1363 г., а в Испании до 1380 г. простолюдинам даже не разрешалось носить алмазы.

Позднее алмаз теряет славу магического амулета и приобретает значение твердой валюты, показателя и символа богатства. Но лишь представители знати, а позднее крупной буржуазии имели возможность покупать и даже коллекционировать бриллианты. Известно, например, что французский король Людовик XIV во время парадных приемов надевал одежду, украшенную бриллиантами стоимостью 12 млн. франков.

Широкую популярность получили алмазы и среди правителей на Руси. Так, трон Бориса Годунова украшали 876 алмазов. Особенно модными были бриллианты в царствование Екатерины II. Граф Орлов получил в подарок от императрицы костюм, украшенный бриллиантами стоимостью 1 млн. рублей. Шляпа князя Потемкина была до такой степени унизана алмазами, что ее из-за тяжести невозможно было носить. Алмазами украшались одежда, обувь, кубки, оружие, скипетры. Как украшение алмазы не утеряли своего значения и в наши дни.

Широко использовались алмазы и при изготовлении знаков отличия, применяются они с этой целью и сейчас. За выдающиеся заслуги во время Великой Отечественной войны ряд крупнейших советских полководцев был награжден орденом «Победа». Орден представляет собой рубиновую звезду с лучами из платины, усыпанными бриллиантами общей массой 16 карат.

С конца XIX века алмазы выступают в новом качестве — они начинают широко применяться на производстве. В настоящее время легче назвать те отрасли промышленности, где алмазы не используются, чем перечислить все сферы их применения. Некоторые современные отрасли, можно сказать, созданы алмазами. Экономический потенциал наиболее развитых государств в значительной мере определяется тем, насколько используются в их экономике алмазы. Например, по оценкам западных экспертов, промышленный потенциал США в случае отказа от алмазов может упасть почти в 2 раза.

И в наши дни алмазы вызывают к себе неизменный интерес. Для ученого — это уникальное природное образование, возникшее при грандиозных давлениях в глубоких недрах Земли, для ювелира — непревзойденное украшение, для инженера — уникальный рабочий инструмент.

Алмаз по праву считается «камнем № 1» среди всех драгоценных камней. В нем как бы сконцентрировано все лучшее, что ценится в самоцветах: большая редкость, исключительно высокая твердость, сильное лучепреломление и большое светорассеяние, яркий блеск и чудесная игра света. Это объясняется уникальными физическими свойствами алмаза.

У алмаза знаменитое прошлое, яркое настоящее и блестящее будущее. Мы попробуем раскрыть некоторые страницы его интереснейшей биографии.


Изображение к книге От алмаза до бриллианта
УНИКАЛЬНЫЙ КАМЕНЬ — УНИКАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА

В наши дни в средней школе на уроках физики и химии учащиеся узнают, что такие, казалось бы, полярные по своим свойствам и непохожие друг на друга вещества, как графит и алмаз, на самом деле являются так называемыми полиморфными модификациями одного и того же химического элемента — углерода. Полиморфные модификации, или полиморфы, — это вещества, которые имеют одинаковый химический состав, но различную кристаллическую структуру. В алмазе атомы углерода размещаются очень плотно, причем каждый из них прочно связан с четырьмя окружающими его атомами. В структуре же графита выделяются параллельные плоские сетки, состоящие из шестиугольников с атомами углерода в вершинах. В каждой отдельно взятой плоской сетке (слое) связь между атомами углерода довольно прочная, а между слоями — слабая. Разницей в кристаллической структуре и объясняется разительная несхожесть свойств графита и алмаза.

Казалось бы, элементарный, всем известный факт. Но чтобы его установить, потребовались усилия таких гигантов науки, как И. Ньютон, А. Лавуазье, М. В. Ломоносов, X. Дэви, X. Брегг, и многих других. Действительно, ведь надо было прийти к совершенно парадоксальному умозаключению, что алмаз — эта величайшая драгоценность, твердейшее на земле вещество — в химическом отношении полностью (если не учитывать случайных примесей) аналогичен графиту, древесному и каменному углю, саже, т. е. веществам, широко распространенным и далеко не самым привлекательным по своему внешнему облику.

Рассмотрим, каковы же свойства алмазов, совокупность которых делает этот камень уникальным природным объектом.

Твердость. То, что алмаз твердейшее вещество на земле, было известно с незапамятных времен. В древнем санскритском стихотворении говорится о фарии (по-санскритски «фария» — алмаз) так:

Фария не может царапать никакой
Драгоценный камень —
Он царапает все камни.
Фарий царапает фария…

Греческие поэты Гесиод и Эсхил писали, что адамас (греческое название алмаза) годится для изготовления шлема Геракла и цепей Прометея, т. е. предметов, несокрушимость которых стала нарицательной. Да и само название «алмаз», по разным версиям, происходит либо от греческого «адамас» (непреодолимый, несокрушимый), либо от арабского «ал-мас» (твердейший).

В 1812 г. немецкий ученый Фридрих Моос ввел ставшую впоследствии широко применяемой десятибалльную шкалу относительной твердости минералов (табл. 1).


Изображение к книге От алмаза до бриллианта

Эта шкала указывает, какой минерал тверже, но ничего не говорит о том, насколько тверже. Определяется твердость минералов по шкале Мооса с помощью санскритского рецепта «кто кого царапает».

Однако в наше время необходимы и количественные, точные определения твердости. С этой целью используются различные микротвердометры, главной деталью которых является четырехгранная алмазная пирамидка. Пирамидка под строго определенной нагрузкой вдавливается в испытуемый материал и оставляет в нем отпечаток, неразличимый невооруженным глазом, но хорошо видимый под микроскопом. Твердость выражается в условных единицах. Из табл. 1 видно, что алмаз тверже талька, стоящего в начале шкалы Мооса, почти в 5000 раз, в 7–8 раз тверже кварца и топаза, занимающих высокие места в шкале, и почти в 5 раз тверже своего главного конкурента — корунда. Что же касается искусственных материалов, то по микротвердости алмаз превышает твердые сплавы впятеро, а быстрорежущую сталь — в 10 раз.

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 и при работе с алмазным инструментом. Так, при обработке одного алмаза другим их следует так взаимно ориентировать, чтобы обработка производилась в направлении наименьшей твердости, а износ алмазного инструмента — в направлении наибольшей.

Необходимо подчеркнуть, что предел прочности на изгиб и на сжатие у алмаза сравнительно низок, поэтому он достаточно хрупок и при резком и сильном ударе может расколоться. Колется он по системе плоскостей, параллельных определенным граням кристалла. В минералогии такое свойство называется спайностью. Наличие плоскостей спайности позволяет при обработке алмаза вместо сошлифовки откалывать кусочки кристалла, которые имеют различные дефекты или мешают приданию требуемой формы бриллианту или какому-нибудь техническому изделию из алмаза. С другой стороны, повышенная хрупкость алмаза являясь, безусловно, «слабым местом» алмазного инструмента, обусловливает необходимость его оберегания от резких неожиданных ударов. Даже использование стальных щипцов при сортировке бриллиантов требует определенного навыка, иначе можно легко обломать острые края камней.