Кристаллы в природе и в лаборатории

Если вы когда-либо были в музее минералогии или на выставке минералов (если нет — не упустите при случае такой возможности!), вы не могли не восхититься изяществом и красотой форм, которые принимают «неживые» творения природы.

Наука о кристаллах началась с изучения горного хрусталя. Его блестящие бесцветные кристаллы впервые были найдены еше в древ-ности среди вечных снегов в Швейцарских Альпах. Некоторые кристаллы были настолько большими, что их с трудом могли поднять несколько силачей (рис. 5.2).

Горный хрусталь — это чистый кристаллический кварц, соединение атомов кремния и кислорода. Но не менее красивы кристаллы кварца, окрашенные в различные цвета благодаря присутствию в них некоторых примесей: фиолетовые а метис- Рцс и Большой крист;ил горного ты, желтые цитрины, коричневатый хрусталя

дымчатый кварц. переливающиеся всеми цветами радуги опал и яшма. В Оружейной палате Московского Кремля можно увидеть одежду и короны русских нарей, сплошь усыпанные кристаллами-самоцветами. Особенно много среди них аметиста (рис. 5.3). Огромными аметистами густого фиолетового цвета была украшена корона русской царицы Ирины Годуновой. В церквях аметистами нередко украшали иконы, алтари, кресты, панаши.

Самые знаменитые кристаллы - алмазы, которые после огранки превращаются в бриллианты (рис. 5.4), В течение многих веков люди пытались разгадать тайну этих драгоценных камней. Когда же было наконец установлено, что алмаз — одна из разновидностей углерода,

Рис.

в это поверили не сразу! Действительно, алмаз — символ не только богатства, но и необыкновенной твердости. Если же взять другую, наиболее распространенную в природе кристаллическую разновидность углерода - графит, то на память прежде всего приходят грифели карандашей - черные, жирные на ошупь и очень мягкие. Оказалось, что сверкающие кристаллы, с которыми связано столько романтиче- скихіи кровавых) истории. и невзрач - пый черный графит состоят из одних и тех же атомов углерода. Решающий опыт провел в 1772 году знаменитый французский химик А. Л. Лавуазье. Он обнаружил, что прн сжигании алмаза и обычного угля получается одно и го же вещество — углекислый газ.

Блестящие кристаллы алмаза находили на территории современной Индии еше 7 тысячелетий тому назад. Людей поражали их блеск, прозрачность (до изобретения стекла было еще далеко) и необычайная твердость. Алмаз унаследовал свое название от греческого слова

«адамае», что означает нерушимый, Рис. 5.4. Большая императорская ко- .. ..

непреодолимый. Не удивительно, рона российских парен, украшенная 1 1

жемчугом и множеством бриллиантов что в древности этому камню при- 116 писывали чудесные свойства, он был предметом поклонения. Самые большие и красивые образцы вставляли в глазницы гигантских статуй Будды.

Приписывали алмазу и самые невероятные свойства. Не избежал фантастических вымыслов и римский ученый Гай Плиний Старший, давший первое подробное описание алмаза. В своей работе «Естественная история ископаемых тел» он пишет, что если поместить крис-таллик алмаза между молотом и наковальней, то скорее они разлетятся вдребезги, чем повредится «царь камней». На самом деле алмаз о'Л.мть хрупок и совершенно не выдерживает ударов.

Чаше всего крупные алмазы находят в виде неправильной глыбы, мало отличающейся по форме от обычного булыжника. Именно таким был и самый большой из найденных когда-либо алмазов — «Куллинан».

Кстати, массу алмазов и бриллиантов выражают не в граммах, а в каратах; 1 карат = 0,2 г. И мало кто знает, что алмаз характеризуется необычайно высокой для неметаллов теплопроводностью; поэтому крупные алмазы на ошупь всегда холодные - как куски металла.

Геологам всегда было интересно, какдавно в недрах Земли образовались алмазы. Но как это определить? Недавно в руки геологов попали южноафриканские алмазы, содержавшие включения граната в виде красивых мелких кристалликов, в которых оказались небольшие примеси самария. Этот редкоземельный элемент имеет разновидность (изотоп), который очень медленно распадается (период полураспада составляет 106 миллиардов лет). При этом он превращается в другой редкоземельный элемент — неодим. По количеству этого неодима, зная скорость его образования, можно определить возраст алмаза, т. е. время, когда в него попал самарий. Как показали расчеты, самарий попал в гранат 3,2—3,4 миллиарда лет назад.

И алмаз, и графит — кристаллы. Почему же их свойства так разительно отличаются? Это объясняется разным способом соединения атомов углерода друг с другом. В алмазе все связи между атомами углерода одинаковые и прочные, твердым получается и сам кристалл. Кристалл же графита имеет слоистое строение, в нем атомы углерода прочно связаны друг с другом только в одном слое. Такой кристалл похож на пачку бумаги, которую очень трудно разрезать пополам, но легко рассылать на отдельные листочки.

Алмазы образуются в недрах Земли в условиях очень высоких температур и давлений. Спустя почти два столетия после опыта Лавуазье ученые смогли создать в лабораторії и условия, при которых из графита можно получить алмаз. В настоящее время производство искусственных алмазов исчисляется десятками тонн! Есть среди них и ювелирные, но основная масса искусственных алмазов идет на изготовление разнообразных инструментов.

Искусственным путем люди научились получать очень многие драгоценные камни. Например, подшипники для часов и других точных приборов уже давно делают из искусственных рубинов. Получают искусственно и прекрасные кристаллы, которые в природе вообше не существуют. Например, многие слышат о фианитах (их название происходит от сокращения ФИАН — Физический институт Академии наук, где их впервые получили). Бесцветные фианиты на глаз трудно отличить от алмаза — так красиво они «играют» на свету.