Строение алмаза

рис. 1

Еще в конце XVIII века стало известно, что алмаз состоит из атомов

углерода. Однако полностью структура алмаза была расшифрована значительно позже, в 1913 г., с помощью рентгеновских лучей.

Элементарная кубическая ячейка структуры алмаза представлена

на рис. 1. В вершинах куба расположено по атому (для наглядности

на рисунке атомы представлены в виде шариков). По одному атому находится также в центре каждой грани. Еще четыре атома размещаются

внутри куба. Для этого куб мыслится разделенным по объему на восемь

равных частей, и эти четыре атома расположены в центрах таких восьмушек. Однако они занимают не все восемь центров, а только четыре из них, так что восьмушки с заполненными центрами чередуются с незаполненными. Большое количество таких кубиков, уложенных вплотную друг к другу, так что они заполняют некоторое пространство без промежутков, образуют пространственную решетку структуры алмаза. Постоянная решетки (ребро куба элементарной ячейки) равна 3,57. Простой расчет показывает, что на каждую элементарную кубическую ячейку приходится по 8 атомов, а в 1 см3 алмаза содержится 1,76.10м атомов. Легко установить, что структура

алмаза состоит из двух взаимопроникающих идентичных гранецентрированных кубических решеток, смещенных одна относительно другой вдоль пространственной диагонали куба на расстоянии четверти длины этой диагонали, образующих одну гранецентрированную решетку с базисом, содержащим два атома с координатами (0, 0, 0) и (1/4, 1/4, 1/4) 3. Четырехвалентные атомы углерода в структуре алмаза связаны

с четырьмя ближайшими соседними атомами, расположенными по тетраэдру.

По одному валентному электрону от каждого атома осуществляют

связь в каждом из четырех направлений. Такие пары электронов, обладающих анти параллельными спинами, формируют гомеополярную или ковалентную связь. Не останавливаясь подробно на природе гомеополярных сил, заметим, что гомеополярная связь обладает направленностью. Поэтому силы, связывающие атомы углерода, ориентированы вдоль кристаллографических направлений.

Гомеополярные силы обеспечивают очень прочную связь атомов кристалла. Этим объясняется, в частности, уникальная твердость алмаза. Распределение электронной плотности и зарядов в решетке алмаза было предметом многочисленных экспериментальных и теоретических исследовании 4~1 0 '12δ. Установлено, что большая часть валентных электронов локализована в направлении связей между ближайшими соседями(1,2 электрона на связь4). При этом плотность электронов в центре связи примерно вдвое большая, чем в средней точке между связями. Такого рода ≪открытый≫ характер решетки алмаза способствует внедрению в нее атомов других элементов в процессе роста кристалла.

Разновидности алмазов в природе

С минералогической точки зрения представляет интерес классификация алмазов по разновидностям форм их кристаллизации, выделяемым по присущим им типоморфным особенностям, свидетельствующим о некотором отличии условий их роста. Очевидно, что монокристаллы образуются в других условиях кристаллизации, чем поликристаллические агрегаты, поэтому те и другие должны выделяться в две самостоятельные генетические группы. Среди монокристаллов могут выделяться разновидности по существенному отличию кристаллографических форм их роста, характеру примесных дефектов и другим особенностям, приобретенным в процессе кристаллизации. Среди поликристаллических агрегатов могут выделяться разновидности по отличию их строения (яснозернистое, радиально-лучистое, скрытокристаллическое), которое определяется условиями их роста.

Описание разновидностей алмаза в курсах минералогии и минералогических справочниках

Литературный источник	Описание разновидностей
ВЕРНАДСКИЙ В. И. (1912-1922)	Борт - окрашенные разности алмаза, которые представ­ляют собой слабые твердые растворы ближе не извест­ных, очень стойких веществ. Эти разности облада­ют особыми условиями генезиса и отличными от бес­цветного алмаза физическими свойствами Карбонадо - проявляется чрезвычайно редко в ясных кристаллических полиэдрах: для него описаны лишь плохо выраженные кубы, октаэдры, ромбические доде­каэдры правильной системы. Это вещество черное, очень твердое, малопрозрачное, являющееся большей частью в неправильных пористых стяжениях и древовидных сро­стках мельчайших октаэдров, иногда принимающих фор­му более или менее правильных шаровых конкреций
БЕТЕХТИН А. Г., БОЛДЫРЕВ А. К. и др. (1936)	Разновидности: 1. Собственно алмаз, чаще в отдельных кристаллах, ре­же в кристаллических группах 2. Борт представляет собой шаровидные агрегаты радиально-лучистого строения, иногда заключающие в себе отдельные крупные кристаллы 3. Карбонадо обычно в виде плотных тонкозернистых иногда пористых агрегатов сероватого или буровато-чер­ного цвета
ТРОФИМОВ В. С. (1947)	Борт (синоним борте). К этому сорту алмазов относятся неправильные кристаллы, сростки и шарообразные лу­чистые агрегаты, по тем или иным причинам непригод­ные как ювелирное сырье. Большей частью они бывают окрашены в желтый, коричневый и серый цвета, но мо­гут быть и бесцветными. В зависимости от внешней формы, цвета, трещиноватости и места добычи они разделяются на много классов. Так, различают более твер­дые бразильские борты, менее твердые капские, добы­ваемые в Юго-Западной Африке, и австралийские, занимающие промежуточное положение Балласы, являющиеся до известной степени разновидностью борта, имеют шарообразную форму и структуру ядра, покрытого оболочкой. Обычно центральная часть их обладает более крупнокристаллической структурой а оболочка - мелкозернистым строением и большей твердостыо. Балласы тверже и прочнее обыкновенных кабонадо, но встречаются значительно реже последних Капские балласы по своей твердости ниже бразильских Карбонадо (иначе черные алмазы) представляют собой тонкозернистые непрозрачные пористые агрегаты оваль­ной формы без видимой спайности; окрашены они в темные цвета (серый, черный и реже зеленый). Согласно рентгенометрическим исследованиям (W. Gerlach) карбонадо являются агрегатом микроскопических зерен алмаза, сцементированных аморфным углеродом или графитом; поверхность их зерен обычно гладкая, блестящая, со смолистым и полуметаллическим блеском. Различают следующие разновидности карбонадо: с разноцветной и плотной эмалевидной наружной оболочкой (твердые); черные матовые, напоминающие внешним видом кокс (слабые); темно-серые куполовидные с внутренними мелкими пустотами (слабые); округлые, блестящие, слабопористые, темно-зеленые, средней твердости
БЕТЕХТИН А. Г. (1950)	Борт - неправильной формы сростки и шаровидные лучистые агрегаты Карбонадо - тонкозернистые пористые агрегаты, окрашенные аморфным графитом и посторонними примесям в буровато-черный цвет
ДЭНА Дж. Д. и др. (1951)	Борт - зернистый скрытокристаллический алмаз; серы до черного, цвет зависит от загрязнений и включений без ясной спайности; сюда же относятся алмазы с пло­хой окраской или трещиноватые, не представляющие ценности как драгоценные камни
ДЭНА Дж. Д. и др. (1950)	Дробеобразный борт - разновидность борта с меньшим количеством примесей; молочно-белый до стально-серого, сферические образования с радиальной структурой. Такие образования отличаются большой прочностью (ма­лой хрупкостью) Градообразный борт - серый или серо-черный, в округ­лых формах; по виду похож на цемент; состоит из кон­центрических мутных алмазных корок и цементоподобного материала; твердость меньше, чем у обычного бор­та; при сгорании дает 1-3,5% золы Фрамезит - подобен обычному борту, но более трудно поддается шлифовке, часто содержит мелкие блестящие точки очевидно, связанные с включениями алмазов; дает 4,5-6,5% золы Стевартит - магнитный борт, дающий 3-19,5% золы, частично состоящий из окислов железа Карбонадо - черный или серо-черный, плотный иногда зернистый до сплошного, твердость такая же, как у кристаллов, или превосходит твердость кристаллов и, менее хрупок; удельный вес меньше, чем у алмаза, в связи с наличием пористости
БОНШТЕТ- КУПЛЕТСКАЯ Э. М. (1960)	Борт - зернистые и непрозрачные сростки, преимущест­венно серые и черные. В технике различают: разновид­ности борта (дробеобразный - shot bort, градообразный борт - hailstone bort, фрамезит, черный алмаз, стевар­тит), алмазную крошку, конго и др. Баллас - очень мелкие и шаровидные агрегаты большей частью лучистого строения Карбонадо - тонкозернистые плотные или пористого сло­жения агрегаты сероватого и черного цвета

Если проанализировать с этой точки зрения имеющиеся в лите­ратуре описания разновидностей, то становится очевидным, что к собственно алмазам относят монокристаллы; в разновидности вы­деляются поликристаллические образования, отличающиеся вну­тренним строением. В большинстве случаев яснозернистые сростки называются бортом, сферолиты, имеющие радиально-лучистое строение, - балласом и специфические пористые или плотные срост­ки субмикроскопических зерен алмаза - карбонадо. При классифи­кации, создаваемой по генетическому принципу, согласно которо­му монокристаллические и поликристаллические образования долж­ны выделяться в разные группы, к борту не следует относить иска­женные или интенсивно окрашенные кристаллы, а к карбонадо - черные алмазы, имеющие форму правильных многогранников или яснозернистое строение.