От алмаза до бриллианта

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).

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.

Надо отметить, что в древние времена эти два свойства алмазов — твердость и прочность — зачастую не различались. Римский историк и естествоиспытатель Гай Плиний Старший писал, что «алмаз так сопротивляется ударам молота на наковальне, что молот разлетается, а сама наковальня растрескивается». Проведи Плиний сам такой опыт, он бы убедился, что как раз молот и наковальня у него бы остались, а драгоценный камень превратился бы в пыль. Мнение о несокрушимости алмазов под мощными ударами было широко распространено в древности, что зафиксировано в письменных документах и устных легендах разных времен и народов.