Кристаллы и их свойства
Выпадение
кремнезема в порах и пустотах вулканических пород связано с понижением
температуры кремнистого геля до 100 —1500 С. Месторождения благородного
опала встречаются также в древних корах выветривания. Предполагают, что в
результате испарения грунтовых вод под действием сухого климата происходило
увеличивание концентрации кремнезема и выпадения его почти на поверхности
Земли. К этому типу относятся основные месторождения благородного опала в
Австралии.
Еще совсем недавно, мы ничего не знали об искусственном опале. Но вот
пришло сообщение, что французский химик Гилсон синтезировал и выпустил на
международный рынок белые и черные драгоценные синтетические опалы, которые
обладают всеми внешними признаками, свойственными природным благородным
опалам и, в первую очередь, ирризацией. Даже специалисты по драгоценным
камням затрудняются отличать полученные синтетические опалы oт природных.
Технология производства искусственных опалов пока остается тайной
изобретателя.
Список драгоценных камней, которые получают искусственно, все время
растет.
Российские ученые разгадали еще один секрет природы – получение аметиста
– горного хрусталя густо фиолетового цвета. Аметисты выращивают так же, как
и кристаллы кварца. Затем кристаллы облучают (-лучами в реакторах. Под
воздействием облучения в кристалле возникают разные дефекты, которые и
обуславливают его фиолетовый цвет. В данном случае окраска аметиста не
обусловлена примесью каких либо других элементов, а имеет другие причины.
Можно не сомневаться, что пройдет еще несколько лет, и любые кристаллы
драгоценных камней и других замечательных минералов могут быть получены
искусственным путем.
Мы рассмотрели естественные и искусственные условия образования
драгоценных камней. Однако существует еще одна группа минералов о которых
мы не можем сказать ни слова: они не существуют в природе. Это минералы
созданные человеком в лабораторных условиях. Несколько лет назад в
ювелирных магазинах появились изделия с прекрасными прозрачными камнями
различного цвета. По красоте они не уступают бриллиантам. Эти искусственные
камни были названы фианитами в честь места их рождения Физического
института Академии наук имени П.Н. Лебедева (ФИАН). По составу феаниты
представляют собой смесь оксидов циркония и гафния. Фианиты изготовляются
для различных отраслей народного хозяйства: оптики, электроники,
производства лазеров, ювелирных изделий. Другой известный искусственный
минерал, широко используемый в ювелирном деле, - гранатит – алюминиево-
иттриевый гранат. Новые минералы окрашивают в различные цвета с помощью
хромофор, и они великолепно имитируют драгоценные камни.
Круг искусственных драгоценных камней, применяемых в ювелирном деле
(гемологии), постоянно расширяется. Современная гемология использует
многочисленные синтетические минералы: изумруды, шпинели, гранаты, рубины,
сапфиры, имитацию жада и многие другие.
Многие века и даже тысячелетия употреблялись замечательные минералы в
качестве украшений, и люди даже не подозревали, какие огромные скрытые
возможности таятся, к примеру, в бриллиантовом колье на шее у светской дамы
или в рубиновом перстне на пальце вельможи. Но шли годы, бурное развитие
науки и техники вовлекало в сферу производства все новые и новые материалы,
и многие из тех свойств, которые определили драгоценность минералов,
оказались совершенно необходимыми в технике. Выяснилось, например, что с
помощью рубинового лазера можно с большой точностью измерить расстояние от
Земли до Луны. Самый ценный камень — алмаз — в настоящее время является
больше техническим камнем, чем камнем красоты. Алмазы используют для
шлифовки, резки, с помощью специальных приспособлений — буровых коронок,
усаженных алмазами, сверлят Землю в поисках полезных ископаемых. Образно
говоря, прошли времена алмазных корон — настали времена алмазных коронок.
Электротехника, оптика, радиотехника, военное дело, точная механика и
многие другие отрасли народного хозяйства претендуют на драгоценные камни
вовсе не из-за их красоты, а именно из-за их эамечательных свойств.
Использование минералов для технических целей началось уже давно, может
быть раньше, чем их применение в качестве украшений. Когда первобытный
человек взял в руку обломок нефрита и стал рубить им дерево — это и было
первое техническое применение камня. Позже человек усовершенствовал свой
инструмент: привязав обломок нефрита к палке, он получил каменный топор.
Разумеется, современнее применение минералов в технике намного сложнее.
Какие же свойства определили широкое применение минералов в современной
технике?
Твердость. Твердость минералов — это комплексное физическое свойство,
зависящее от внутренней структуры, значений межатомных расстояний,
валентности ионов и атомов, слагающих минерал, и т. д. В практической
минералогии для определения твердости пользуются произвольной нелинейной
шкалой Мооса. Все минералы по этой шкале делятся на десять групп с
твердостью от 1 до 10. Более точные количественные значения твердости
определяют с помощью специальных приборов — склерометров. Алмазную или
стальную пирамидку вдавливают в пришлифованную поверхность минерала, а
затем изменяют длину диагонали образовавшейся ямки. Затем эти значения
рассчитываются а килограммах на 1 мм.
Первым в ряду стоит алмаз, имеющий максимальную твердость, равную 10.
Недаром его название произошло от греческого слова адамас, что означает
«непобедимый». Такая «непобедимость» алмаза определила его широкое
применение для изготовления режущих инструментов. Самым простым из них
является известный всем стеклорез. Это наиболее древнее техническое
применение алмаза, которое мы знаем. Алмазы употребляют в
металлообрабатывающей промышленности для изготовления пил; резцов,
приготовления полировальной пасты, используют для конструирования алмазных
коронок, обеспечивающих высокопроизводительное бурение горных пород и т. д.
Подсчитано, что мировая потребность в алмазах составила к 1975 г. более
20 т, и это для минерала, масса кристаллов которого измеряется в каратах
(0,02 г). Американские специалисты писали, что если изъять из употребления
в США алмазные инструменты, то промышленный потенциал этой страны снизится
вдвое.
Разумеется, в технике применяются не ювелирные алмазы, а тем более не
бриллианты. В дело идут рядовые алмазы — крошка, «борт», а также черная
разновидность алмазов — «карбонадо». С каждым годом растет потребление
искусственных алмазов, поскольку природные месторождения не удовлетворяют
сейчас и половины запросов промышленности.
С алмазом по твердости соперничает рубин, имеющий твердость 9 по шкале
Мооса, или 2000 кг/мм. Этот минерал является прекрасным абразивом. Хорошо
известны твердые абразивные шлифовальные круги, порошки, пасты. В
производстве используются не ювелирные рубины и сапфиры, а невзрачный
корунд. В настоящее время широко применяется искусственный корунд —
электрокорунд, или алунд, получаемый путем электроплавки высококачественных
алюминиевых руд — бокситов.
Всем хорошо известно выражение «часы на 17 (или на 23) камнях». Эти камни
в часах есть не что иное, как вкладыши из рубина, в которых вращаются оси
шестеренок. Вы можете увидеть эти красноватые рубины, открыв крышку часов.
Качество ручных или карманных часов зависит, в частности, от того, сколько
шестеренок вращается на рубиновых подшипниках. Рубиновые камни определяют
долговечность часов.
Еще один «замечательный минерал», или точнее минералы, используется в
абразивной промышленности — гранат. Эта группа минералов содержит много
разновидностей. В качестве абразива обычно применяют железистый гранат
-—альмандин. Твердость этого минерала по шкале Мооса равна 7, а
количественно составляет 11ОО кг/мм2. Из гранатов изготовляют шлифовальные
порошки, точильные круги, шкурки. Иногда они заменяют в приборостроении
рубин.
Список замечательных минералов, используемых из-за их твердости в
промышленности, можно было продолжить. Но уже из того, что мы перечислили,
можно понять, что твердость, являющаяся необходимым свойством драгоценных
камней и определяющая их долгую жизнь в качестве украшений — качество,
необходимое и для промышленных целей.
Пьезоэлектрические и пироэлектрические свойства.
В Индии и на Цейлоне с древних времен, было известно, что кристаллы
турмалина, положенные в горячую золу, сначала притягивали, а затем
отталкивали частицы золы. Это явление стало известно в Европе в 1703 г.,
когда голландские купцы привезли кристаллы турмалина с Цейлона. Карл Линней
в 1747 г. дал турмалину научное название — электрический камень (tapis
elektricus). Позже это явление было названо пироэлектричеством. Оно
заключается в появлении электрических напряжений на гранях кристалла при
нагревании. Проявления пьезоэлектрических свойств кристаллов впервые были
установлены в 1880 г. Сущность этого явления заключается в том, что если к
граням таких кристаллов подвести электрическое напряжение, кристаллы
деформируются: сжимаются или растягиваются. И наоборот, если сжимать или
растягивать пьезокристалл, на его гранях возникают электрические
напряжения. Как правило, все пироэлектриче
| |  скачать работу |
Кристаллы и их свойства |
