Слово «алмаз» пришло из греческого языка. На русский оно переводится как « ». И действительно, чтобы повредить этот камень, нужно приложить нечеловеческие усилия. Он режет и царапает все известные нам минералы, при этом сам остается невредимым. Ему не вредит кислота. Однажды из любопытства был проведен эксперимент в кузнице: алмаз положили на наковальню и ударили по нему молотом. Железный почти раскололся надвое, а камень остался целым.
Алмаз горит красивым голубоватым цветом.
Из всех твердых тел алмаз обладает самой высокой теплопроводностью. Он устойчив к трению, даже об металл. Это самый упругий минерал, обладающий самым низким коэффициентом сжатия. Интересное свойство алмаза - люминесцировать и под воздействием искусственных лучей. Он светится всеми цветами радугами и интересно преломляет цвет. Этот камень будто напитывается солнечным цветом, а затем излучает его. Как известно, природный алмаз некрасив, истинную красоту ему придает огранка. Драгоценный камень из обработанного алмаза называется бриллиантом.
История опытов
В 17 веке в Англии по Бойль сумел сжечь алмаз, наведя на него солнечный луч через линзу. Однако во Франции опыт с прокаливанием алмазов в плавильном сосуде не дал никаких результатов. Французский ювелир, проводивший эксперимент, обнаружил лишь тонкий слой темного налета на камнях. В конце 17 века итальянские ученые Аверани и Тарджони при попытке сплавить два алмаза воедино смогли установить температуру, при которой горит алмаз - от 720 до 1000оС.
Алмаз не плавится из-за прочной структуры кристаллической решетки. Все попытки расплавить минерал заканчивались тем, что он сгорал.
Великий французский физик Антуан Лавуазье пошел дальше, решив поместить алмазы в герметичный сосуд из стекла и наполнив его кислородом. С помощью крупной линзы он нагрел камни, и они полностью сгорели. Исследовав состав воздушной среды, они выяснил, что помимо кислорода в ней присутствует диоксид углерода, представляющий собой соединение кислорода и углерода. Таким образом, был получен ответ: алмазы горят, но только при доступе кислорода, т.е. на открытом воздухе. Сгорая, алмаз превращается в углекислый газ. Вот почему в отличие от угля после сгорания алмаза не остается даже золы. Опыты ученых подтвердили еще одно свойство алмаза: при отсутствии кислорода алмаз не горит, но меняется его молекулярная структура. При температуре равной 2000оС всего в течение 15-30 минут можно получить графит.
Доброго времени суток, дорогие друзья. Алмаз невероятно стоек к разного рода воздействиям со стороны окружающего мира. Но даже при этом все равно существует температура плавления алмаза, которой можно добиться только при условии соблюдения определенных факторов.
На самом деле измерить температуру плавления алмазов не так-то просто. Все дело в том, что при этом оказывает воздействие и высокое давление. Иначе есть риск превращения камня обратно в графит.
Эксперименты с температурой плавления алмазов
В этой истории отличилась национальная Ливерморская лаборатория им. Лоуренса. Ведь ученые калифорнийского университета провели необычный эксперимент, в результате которого выяснилось, что алмаз плавится при температуре 3700-4000 градусов по Цельсию и при давлении в 11 Гпа. Опыт был проведен еще в 2010 году.
В отличие от многих обычных твердых веществ, алмаз невозможно превратить в жидкость путем обычного повышения температуры окружающего воздуха.
Такими наблюдениями в ходе эксперимента поделился Эггарт Джон, один из руководителей процесса. Также он рассказал, что для такого состояния алмаз необходимо дополнительно держать под очень большим давлением. Как вы догадываетесь, измерить температуру алмаза при этом очень нелегко.
А без давления не обойтись: на воздухе горение алмаза осуществляется при температуре, близкой к 1000 градусов по Цельсию, а в вакууме при 2000 градусов он превращается в графит (при этом в обратную сторону процесс повернуть невозможно, в лучшем случае получится синтетический алмаз, уступающий своим собратьям). Промежуточного состояния в обоих случаях нет.
Причем опыт по исследованию минерала провели еще в конце 17 века итальянские ученые, которые решили во что бы то ни стало сплавить несколько экземпляров в единое целое. В результате удалось выяснить только температуру плавления камня.
Также в свое время удалось выяснить, что ультрафиолетовыми лучами плавления также не добиться. Ведь при этом минерал попросту начинает превращаться в углекислый газ. По этой причине не получилось создать ультрафиолетовые лазеры с использованием камня – они попросту приходят в негодность. Но для обычных алмазов все не так страшно. Ведь для полного исчезновения одного микрограмма минерала потребуются долгих 10 миллиардов лет.
Ход главного эксперимента
А вот и ход самого эксперимента, проведенного в 2010:
- Ученые взяли алмаз совсем небольшого размера (1/10 карата).
- При помощи наносекундных импульсов лазера были образованы ударные волны, создающее огромное давление.
- При достижении давления, в 40 раз превосходящего атмосферного на уровне моря, алмаз достиг жидкого состояния.
Но на этом все не кончилось. Ученые начали уменьшать давление и понижать температуру. В результате выяснилось, что алмаз начинает возвращаться в твердую форму (правда кусочками) при давлении в 11 миллионов атмосфер и 50000 Кельвинов. При этом эти кусочки плавали в оставшемся «бульоне» подобно льдинам в море. Ученые решили и дальше понижать давление, но при этом не менять температуру. И алмаз начал вести себя как обычная вода – в нем стало появляться еще больше «айсбергов», сами образования стали больше.
Необычные гипотезы
На основании подобных опытов были сделаны выводы о возможности существования подобных условий на Уране и Нептуне. Все дело в том, что обе этих планеты состоят из углерода на значительные 10%.
Есть версия, что океаны расплавленного алмаза могли бы быть основой для необычного магнитного поля для Нептуна и Урана, ведь их полюса разнесены (!). То есть полюс магнитный не совпадает с полюсом географическим.
Но пока гипотезы остаются всего лишь гипотезами. Ведь отсылать спутники к обеим планетам или пытаться моделировать их атмосферы на Земле – занятия трудные и дорогостоящие. Но однажды мы доподлинно узнаем, что же на самом деле происходит там.
Кстати, если вас заинтересовала тема космоса и этих необычных планет, то мы предлагаем вам посмотреть обучающий ролик о них.
Тайны вселенной драгоценных камней раскрыты еще не полностью. Заходите почаще и узнаете немало нового об этих удивительных минералах. До скорого!
Команда ЛюбиКамни
Это состояние, находящееся на границе кристаллической и расплавленной форм, поможет не только лучше узнать структуру и характеристики алмаза, но и раскроет тайны далеких планет.
"Алмазы можно назвать привычным для Земли химическим соединением. Однако для того чтобы его расплавить, недостаточно просто высокой температуры - необходимо также экстремально высокое давление, которое, в свою очередь, мешает регулировать нагрев", - говорит один из авторов исследования Герман Эггерт.
Ученым однажды удалось расплавить алмаз, но в ходе того эксперимента научная группа не смогла должным образом регулировать течение процесса и измерять параметры. Можно сказать, что результат того опыта получился случайно.
Алмазы - исключительно прочный материал, и одно только это превращает его плавление в сверхсложную задачу. Но, кроме того, есть еще одна особенность, которая делает процесс практически невозможным. Дело в том, что при повышении температуры алмазы не желают сохранять свою природу и меняют физические свойства, превращаясь в графит. И уже это соединение превращается в жидкость. Ученым пришлось пойти на хитрость - довести алмаз до того состояния, когда он начинает превращаться в графит, и удержать его в нем.
Газовые гиганты Уран и Нептун - один из немногих мест в известной нам части Вселенной, где сверхвысокие температуры сочетаются со сверхвысоким давлением. Чтобы воспроизвести подобные природные условия, Эггерт и его коллеги поместили натуральный алмаз весом десять карат и толщиной в полмиллиметра в лазерную установку, которая способна создавать гигантское давление.
При давлении в 40 миллионов раз выше, чем давление на Земле на уровне моря алмаз превратился в жидкую субстанцию. После этого ученые начали постепенно уменьшать давление и температуру в установке. На отметке в 11 миллионов раз превышающее нормальное давление на Земле и температуре около 50000 градусов Кельвина в алмазной жидкости начали образовываться твердые осколки. Опытным путем удалось установить, что процесс их формирования набирает обороты при понижении давления с одновременным поддержанием температуры на постоянном уровне.
Дальнейшее поведение образца поразило ученых. Алмазные крошки не слипались, а плавали в жидкой среде подобно тому, как айсберги плавают на просторах океанов.
Большинство материалов в жидкой форме обладают плотностью меньше, чем в твердой. Единственным исключением считается вода, поскольку плотность льда всегда меньше плотности воды в жидком состоянии. Расплавленный алмаз демонстрирует те же качества.
Анализ показывает, что Нептун и Уран на десять процентов состоят из углерода. Поэтому, считает Эггерт, существование на этих планетах алмазных морей вполне возможно. Мало того, подобные формирования отлично вписались бы в теорию, поскольку могут объяснить одну из интереснейших загадок этих газовых гигантов.
На Земле магнитные полюса практически совпадают с географическими полюсами. А на Уране и Нептуне ось магнитного поля резко смещена от оси вращения - разница составляет около 60 градусов. Существование алмазного океана, который способен отражать и преломлять магнитные волны, вполне могло бы дать объяснение подобному феномену.
Об алмазных морях и бриллиантовых берегах Урана и Нептуна рассказал сотрудник Института космических исследований доктор геолого-минералогических наук Илья Торбаев.
"С физической точки зрения предложенная модель не имеет явных изъянов. Да, мы привыкли к тому, что для Земли алмаз является уникальным минералом. Но эта уникальность обуславливается только отсутствием на нашей планете достаточных условий для формирования таких химических соединений.
Уран и Нептун, напротив, как будто бы созданы для синтеза подобных веществ. Высокое содержание углерода, экстремальное давление и высокая температура могли сделать так, что алмаз там стал так же распространен, как кремний на Земле. В то время как физико-химическая составляющая эксперимента Эггарта не вызывает никаких сомнений, астрономическая часть требует проверки и доказательств. Но их придется подождать - ближайшие экспедиции к Урану и Нептуну запланированы лишь на 2025-2030 годы".
Алмаз – это довольно редкий и дорогой камень. Рождается он в глубине земли и выходит на поверхность в виде кимберлитовой трубки. Открыт этот минерал был давно, но только в шестнадцатом веке учеными началось изучение свойств этого драгоценного камня. После многочисленных опытов физиками был дан ответ о строении и свойствах алмаза.
Но изучение этого минерала продолжается до сих пор. В настоящее время нет точного ответа на вопрос — что будет, если расплавить алмаз? Открытие строения структуры и свойств минерала, позволило использовать его не только как ювелирное украшение, но и в различных отраслях промышленности.
Структура и свойства алмаза
По структуре алмаз представляет собой кристаллическую решетку атомов углерода с очень прочной связью, которая определяет его свойства.
- Твердость алмаза. Это самый твердый из всех минералов, известных в настоящее время. Благодаря своей структуре, разрушить или повредить его поверхность другими минералами или предметами, невозможно.
- Отсутствие реакции алмаза на агрессивную химическую среду в виде щелочей и кислот.
- Хрупкость минерала.
Особенность строения кристаллической решетки минерала делает его хрупким. При сильном ударе по камню, он раскалывается на мелкие части. Это его свойство используется ювелирами при огранке алмазов.
Если основные свойства алмаза в большей степени изучены, то какими свойствами будет обладать минерал, если его попробовать расплавить? Экспериментальные опыты на тему: «как расплавить алмаз», физиками проводились и проводятся в настоящее время.
Как расплавить алмаз
Физикам удалось, вследствие эксперимента, получить жидкие капли алмаза, но измерить температуру плавления и зафиксировать новые свойства минерала в этом состоянии, не получилось. При нагревании алмаза обычным способом в воздушном пространстве до температуры в 1000 градусов по Цельсию, он сгорает, а в вакууме, при температуре 2000 градусов, превращается в графит.
Ученые, в процессе эксперимента, решили воздействовать на природный алмаз в одну десятую карата высокой температурой, 3500 градусов по Цельсию и высоким давлением ударной волны (давление достигало 11 млн атмосфер) с помощью лазерных импульсов.
При постепенном понижении температуры и давления, появились образования в виде кусочков льда, не тонущих на поверхности образовавшейся жидкости. Количество этих твердых образований при неизменной температуре и пониженном давлении все больше и больше увеличивалось.
В виду сложности условий эксперимента, изучить свойства расплавленной формы алмаза не удалось. Однако подобные проявления зафиксированы на Нептуне и Уране. Есть вероятность, что в недрах этих планет существуют моря из расплавленных алмазов.
Расплавит ли лава алмаз?
Температура лавы колеблется от 500 до 1200 градусов. Температура плавления алмаза начинается от 3500 градусов (при этом необходимо давление более 11 ГПа). Так что нет, лава алмаз расплавить не способна. Однако она способна его сжечь, т.к. при атмосферном давлении алмаз сгорает при температуре 1000 градусов.
Интересный факт . В 2013 году в лаве действующих вулканов на Камчатке были обнаружены россыпи алмазов. Как такое возможно, если они должны сгорать. После ряда исследований ученые сделали вывод, что это новообразовавшиеся алмазы с новыми свойствами. Им даже дали отдельное название — толбачинские. Как говорится в сообщении: «алмазы образовались в вулканических газах в результате шоковой кристаллизации под действием грозовых электрических разрядов».
И кипения алмаза? Существует ли минерал в расплавленном виде в естественной среде? Поиском ответа на эти и другие вопросы займемся в представленном материале.
Как сформировались алмазы в недрах Земли?
Согласно мнению ученых, алмазы могли появиться при образовании ядра планеты в результате воздействия на расплавленную магму огромного давления. К поверхностным участкам земной коры драгоценные камни продвинулись благодаря процессам газообразования в глубинных породах. В результате образовались так называемые алмазные трубки, что представляют собой пустоты в каменистой почве с крупными залежами минерала.
Свойства материала
Прежде чем выяснить, какова температура плавления алмаза, давайте рассмотрим свойства минерала:
- Алмазы обладают наивысшим показателем твердости среди всех существующих ископаемых. По этой причине ни один материал не способен разрушить либо оцарапать его поверхность. Сам же он может повредить любой физический объект.
- Алмаз представляет собой высокоэффективный изолятор. Он устойчив к воздействию кислот и прочих агрессивных химических сред.
- Алмаз обладает самой высокой теплопроводностью среди всех твердых ископаемых. Драгоценный камень можно сколько угодно удерживать зажатым в ладони. При этом его температура останется неизменной.
- Алмаз имеет уникальную люминесценцию. Световые лучи любого происхождения при прохождении через минерал заставляют его ярко светиться и переливаться всеми цветами радуги.
Структура
По сути, алмаз состоит из атомов углерода. Однако каждый из них располагается в центральной части тетраэдра - многогранника, что сформирован из четырех плоскостей треугольника. Таким образом обеспечивается чрезвычайно прочная связь атомов. Этим и объясняется высочайшая твердость, а также внушительная температура плавления алмаза.
Условия плавления алмазов
В 2010 году в ходе опытов физики лаборатории Калифорнийского университета, расположенного в Беркли, определили уровень температурного воздействия на алмаз, который приводит к его плавлению. Ученые установили, что преобразовать материал в жидкую форму в обычных условиях невозможно, независимо от уровня нагревания. Достичь указанной цели можно лишь при воздействии на алмаз не только температурой, но и высочайшим давлением. Повышать давление необходимо, чтобы минерал не превращался в графит. Таким образом, переход алмаза в жидкую форму является крайне затруднительным процессом.
Какова температура плавления и температура кипения алмаза?
Согласно данным, полученным в ходе исследования свойств материала, его плавление в воздушном пространстве под высоким давлением происходит при нагревании до 850-1000 о С. До кипения алмаз можно довести, воздействуя на него температурой от 1800 до 2000 о С в вакууме. В обоих случаях при остывании минерал преобразуется в графит.
Устанавливая, какова температура плавления алмаза, ученые проводили опыты с использованием небольшого природного минерала, масса которого составляла 1/10 доли карата. Закипание поверхностей материала происходило под воздействием ударной волны, создаваемой благодаря кратковременным лазерным импульсам.
Установить, какому показателю равняется температура плавления алмаза (в градусах), исследователям удалось лишь при создании давления, которое в 40 млн раз превышало нормальное давление атмосферы на уровне моря. При понижении давления до 11 млн атмосфер на поверхности кипящего минерала стали образовываться твердые частицы, которые не тонут, а плавают подобно льду в воде.
Где встречаются алмазы в земной коре?
Эти минералы чрезвычайно редкие. Впрочем, промышленные месторождения сегодня разрабатываются практически на всех континентах земного шара. Исключением является лишь Антарктида.
До средины 19 века считалось, что минералы формируются в речных отложениях. Позже были открыты первые алмазоносные полости в каменистой горной почве на глубине в несколько сотен метров.
Согласно данным ученых, возраст некоторых алмазов составляет от 100 млн до 2,5 млрд лет. Исследователям удалось раздобыть более «старые» минералы неземного происхождения. Последние занесены на планету вместе с метеоритами, которые образовались в космическом пространстве еще до формирования Солнечной системы.
Существуют ли алмазы в расплавленном виде в естественных условиях?
Температура плавления алмаза настолько высока, что на Земле минерал больше не может существовать в кипящем виде. Однако как обстоят дела с космическими объектами? Согласно мнению ученых, температура плавления алмаза по сей день поддерживается в недрах таких планет, как Нептун и Уран. Примечательно, что последние на 10 % сформированы из углерода, который является структурной основой этого минерала.
Как утверждают многие ученые, на вышеуказанных планетах имеются целые океаны алмазов в жидкой, кипящей форме. Такая гипотеза объясняет, почему магнитное поле этих небесных тел ведет себя настолько странно. Ведь Нептун и Уран являются единственными планетами в Солнечной системе, у которых географические полюса не имеют четкого положения и буквально разнесены в пространстве. Для подтверждения интересной гипотезы остается лишь смоделировать аналогичные условия на Земле экспериментальным путем. Однако такое решение на данный момент остается чрезвычайно дорогим и трудоемким. Поэтому пока нет возможности определить наверняка, действительно ли на близлежащих планетах имеются целые океаны алмазов в расплавленном виде.
