Самородные неметаллы это минералы, простые неорганические вещества, в состав которого входят например графит С, алмаз С природная сера S.
Природные алмазы применяют в ювелирном деле, на производстве и в быту например алмазный стеклорез, алмазный диск для резания камней.
Природный графит применяется в основном для изготовления карандашей.
Сера применяется в производстве серной кислоты, спичек, минеральных удобрений, лекарств и т.д.
К классу самородных неметаллов относятся резко противоположные по своим физическим свойствам полиморфные модификации углерода — алмаз и графит и самородная сера.
По типу кристаллической структуры алмаз относится к подклассу с координационным строением, графит — к подклассу слоистых минералов, а самородная сера — к кольцевым минералам.
Алмаз
Алмаз — С. Название алмаза происходит от греч. слова ада мае — непревзойденный, непреодолимый (очевидно, из-за высокой твердости и химической стойкости).
Теоретически он состоит из одного углерода, однако сжиганием алмаза установлено наличие в нем золы, количество которой колеблется от 0,13 до 4,8%.
При этом отмечено, что бесцветные разности алмаза содержат наименьшее количество золы.
Основными составными частями золы являются Fe2О3, SiО2, CaO.
Экспериментальные исследования показывают, что алмаз является неустойчивой модификацией углерода и при нагревании до температуры около 3000 Cº без доступа кислорода переходит в графит.
Превращение графита в алмаз практически не осуществлено.
Разности алмаза
1) борт — алмазный лом, который состоит из сильно трещиноватых и переполненных включениями кристаллов;
2) баллас — агрегаты алмазов сферического, лучистого и мелкокристаллического строения;
3) карбонадо-скрытокристаллические агрегаты алмазов, преимущественно черного цвета, с повышенной твердостью по сравнению с обычными алмазами.
Первые два названия употребляются в технике.
Структурная ячейка содержит 8С. Пространственная группа — О⁷h — Fd2m.
Кристаллическая структура алмаза
Близка к кубической гранецентрированной решетке, в которой атомы углерода размещены в вершинах элементарной кубической ячейки и в центрах ее граней.
Но от обычной кубической гранецентрированной решетки структура алмаза отличается наличием четырех атомов углерода, размещенных в центрах четырех из восьми маленьких кубов элементарного куба.
Таким образом, кубики с заполненными и незаполненными центрами чередуются.
Каждый атом углерода в решетке очень прочно связан с четырьмя соседними тетраэдрически размешенными около него атомами с углами гомополярной связи .
Агрегаты и габитус
Обычными формами, которые обусловливают внешний вид кристаллов алмаза, являются октаэдр {111} ромбический додекаэдр {110}, куб {100}.
А также их комбинации. Кроме плоскогранных кристаллов, довольно часто встречаются кривогранные, природа которых достаточно еще не раскрыта.
Они соответственно называются октаэдроидами, додекаэдроидами и гексаэдроидами.
Одни ученые считают, что кривогранность есть результат роста, другие — растворения. А. Е. Ферсман и В. М.
Кристаллы роста и растворения
Кристаллы роста имеют плоские грани, ограниченные прямолинейными ребрами, кристаллы растворения — деформированные округлые грани, вследствие чего сам кристалл по форме приближается к шару.
Фигуры, которые встречаются на гранях алмаза, также могут быть разделены на фигуры роста и фигуры растворения.
Рис. 1-2. Габитус кристаллов алмаза: I. Плоскогранные кристаллы: а — октаэдр, б — ромбододекаэдр, в — гексаэдр, г — плоскогранная комбинация предыдущих форм.
II. Кривогранные кристаллы, а — октаэдроид, б — додекаэдроид, в — гексаэдроид, г — кривогранная комбинация предыдущих форм.
Так, фигуры растворения на гранях октаэдра являются треугольниками со сторонами, параллельными ребрам октаэдра, а на гранях куба — прямоугольниками со , сторонами, параллельными ребрам куба.
Фигуры роста на гранях октаэдра также являются треугольниками, но вершины их направлены к ребру октаэдра.
Фигуры роста на гранях куба — это четырехугольники со сторонами, повернутыми к ребру куба под углом 45°. Отмечаются двойники срастания по (111) и (100).
Масса алмаза измеряется метрическими каратами (карат равен 0,2 г). Средняя величина алмазов из разных алмазоносных районов равна 0,2—0,3 карата.
Наибольший алмаз «Куллинан» весил 3025,24 карата и был частью более крупного обломка кристалла.
Находки больших кристаллов алмазов очень редки.
Особенно знамениты, кроме «Кулинана», такие алмазы: «Орлов»— 194 карата, «Кохинур»— 106 каратов, «Регент»— 137 каратов, «Флорентиец»— 133 карата, «Южная звезда»—125,5 карата, «Звезда Южной Африки»— 46,5 карата.
Физические свойства
Окраска алмазов разнообразная. Чаще алмазы бесцветны. Известны алмазы черного, красного, желтого, синего, голубого и зеленого цветов.
Распределение окраски в пределах отдельных кристаллов часто неравномерное. Иногда отмечается зависимость между внешним видом кристалла и его окраской.
На некоторых рудниках было установлено, что кристаллы ромбо додекаэдрического габитуса преимущественно желтые, тогда как кристаллы октаэдрического габитуса бесцветны.
Природа окраски алмаза еще в достаточной мере не изучена, но считают, что она вызывается примесями железа и, возможно, хрома и титана.
Алмаз имеет высокий показатель преломления (2,40—2,46) и дисперсию, которые обусловливают сильный блеск.
При одинаковой форме и размерах блеск бывает разным и зависит от огранки (наклона граней одной к другой).
Огранка создает светорассеяние (большое количество призм разлагает белый свет на составные части).
Большинство алмазов оптически слабо анизотропные. Обладают полупроводниковыми свойствами.
Плотность алмазов колеблется от 3,4701 до 3,5585 (средняя плотность 3,50—3,52).
Исследования показали, что между плотностью и окраской алмазов существует определенная зависимость.
Плотность алмаза от цвета
1. Бесцветные (также желтые) 3,521,
2. Зеленые 3,523,
3. Голубые 3,525,
4. Розовые 3,531,
5. Оранжевые 3,550.
Как определить алмаз
Диагностические признаки. Для алмаза характерны высокая твердость и высокий показатель преломления, кривогранность кристаллов.
А также люминесценция в ультрафиолетовых лучах (голубовато-синий иногда зеленые и желтые цвета).
Главные линии на рентгенограммах : 1,26, 0,721.
Искусственное получение. Мелкие кристаллики алмазы были получены путем реакции щелочных металлов, керосина и костяною масла в закрытых стальных «бомбах» при высокой температуре и давлении.
Американская фирма «Дженерал электрик» алмазы получает из графита при температуре порядка 2800—3000° С и давлении до 1 000 000 кг/см2.
Время перехода графита в алмаз в этих условиях — несколько минут.
Образование и месторождения
Месторождения алмазов делят на коренные (первичные) и россыпные (вторичные).
Алмазы, которые идут на мировой рынок, добываются в основном из россыпных месторождений, коренные же месторождения разрабатываются только в Южной Африке, Бразилии, а в России — в Якутии.
Коренные месторождения алмазов связаны с ультраосновными породами, в которых алмазы являются продуктом нормальной магматической сегрегации.
Кристаллизация алмазов происходит на больших глубинах при высоком давлении и значительной температуре.
Вследствие взрыва магма, вмещающая алмазы, поднимается и застывает в трубках взрыва (диатремах), образуя породы, получившие название кимберлитов.
К этому типу относятся месторождения Южной Африки и Западной Якутии. В Южной Африке алмазоносные кимберлиты вместе с обломочными породами заполняют громадные по размеру диатремы, имеющие от 20 до 350 м в диаметре.
В Южной Африке известно свыше 250 таких трубок. Кимберлиты, заполняющие трубки,— это в различной степени серпентинизированные оливиновые породы, переходящие кверху в так называемую «синюю землю», которая в свою очередь возле поверхности переходит в «желтую землю».
И «синяя» и «желтая» земли представляют собой полностью разложенный кимберлит. «Желтая» и отчасти «синяя» земли — наиболее богатые алмазами части трубок взрыва.
Содержание алмазов в них достигает 0,000036—0,00009% всей массы породы.
Применение
Алмаз применяется в ювелирном деле как драгоценный камень первого класса, однако наибольшее практическое значение он имеет как технический камень.
В соответствии с этим обычно различают два вида алмазного сырья: ювелирные алмазы и технические, или индустриальные, алмазы.
К ювелирным алмазам относятся камни наиболее высокого качества, с совершенной формой, исключительной прозрачностью, красивой и равномерной окраской, без трещин и включений.
По степени прозрачности, блеска и игры красок различают камни первой, второй и третьей воды. Ювелирные алмазы поддаются огранке.
Технические алмазы составляют 75—85% их общей добычи. Они используются главным образом в алмазном бурении, при изготовлении различных инструментов, а также как абразивный, режущий и шлифовальный материал.