Diament

Diament należy do najbardziej cenionych kamieni szlachetnych. Nazwa diamentu pochodzi od greckiego słowa adamas – niepokonany, co jest związane z jego właściwościami, przede wszystkim z twardością, największą spośród wszystkich minerałów.

Inną charakterystyczną cechą diamentu jest jego szczególnie siny połysk, zwany połyskiem diamentowym. Diamenty używane są nie tylko jako kamieni szlachetne; znaczna część wydobytych diamentów ma zastosowanie w przemyśle. Wobec wysokiej ceny przezroczystych kamieni jakości jubilerskiej wartość ich rocznej produkcji przewyższa wartość produkcji diamentów przemysłowych.

Diament
Diamonds Jeff Wallace/Flickr/(CC BY-NC 2.0)

W 1974 r. wydobyto na świecie 44 522 tyś. karatów diamentów, z czego do celów przemysłowych zużyto 32 210 tyś. karatów (około 72%). Zastosowanie do celów przemysłowych naturalnych diamentów uległo ostatnio zmniejszeniu w związku z rozwojem produkcji diamentów syntetycznych. W 1974 r. wyprodukowano ich 77 100 tyś. karatów; ziarna ich są jednak mniejsze od diamentów naturalnych.

Pod względem chemicznym diament jest czystym węglem – C. Stwierdzane nieraz w diamentach ślady innych pierwiastków pochodzą od zanieczyszczeń występujących najczęściej w postaci wrostków mineralnych. Nie spotyka się prawie diamentów, które nie zawierałyby jakichś drobnych wrostków; nawet w najczystszych, najwyżej cenionych, przy badaniu mikroskopowym stwierdza się ich obecność.

Diament nie ulega zmianom chemicznym i przeobrażeniom; jest bardzo odporny na działanie czynników chemicznych. Nie rozpuszcza się ani w mocnych kwasach (siarkowym, azotowym lub fluorowodorowym), ani w zasadach (wodorotlenku sodu lub potasu). Stwierdzono jedynie, że ulega utlenieniu wskutek działania saletry lub mieszaniny dwuchromianu potasu i kwasu siarkowego.

W płomieniu palnika diament ulega spaleniu, zmieniając się w dwutlenek węgla. W atmosferze tlenu diament spala się w temperaturze 720st.C; w atmosferze powietrza spalenie następuje w około 850st. C. Jeżeli przez usunięcie źródła ciepła przerwie się proces spalania, można zaobserwować, że krawędzie i naroża kamienia ulegają zaokrągleniu, a połyskujące płaszczyzny stają się matowe i mleczne. Za pomocą lupy można stwierdzić obecność drobnych trójkątnych rowków, będących figurami wytrawienia diamentu. Takie powierzchowne uszkodzenie diamentu może powstać przy nieostrożnym nagrzewaniu podczas lutowania oprawy brylantu. Jeżeli nie jest ono zbyt duże, można je usunąć przez przepolerowanie ścianek.

Ze względu na niezwykłe właściwości diamentu niektórzy badacze przypuszczali, że składa się on z jakiegoś specjalnego pierwiastka, który nazwano ziemią diamentową. Budowa diamentu została określona w sposób nie budzący wątpliwości dopiero w pierwszej połowie XIX w.

W porównaniu z grafitem, który jest odmianą węgla trwałą w skorupie ziemskiej, diament jest odmianą nietrwałą, przechodzącą przy ogrzewaniu bez dostępu powietrza w grafit. Przejście to przy niskich ciśnieniach ma charakter jednokierunkowy i próby otrzymania diamentu z grafitu nie dały rezultatu.

Diament krystalizuje w układzie regularnym, tworząc najczęściej ośmiościany. Rzadziej spotyka się dwunastościany rombowe, sześciany oraz czworościany, a także inne postacie. Najbogatszą w ściany formą jest czterdziestoośmiościan.

Kryształy diamentu rzadko są ograniczone płaskimi ścianami i prostymi krawędziami. Ściany kryształów są zazwyczaj zaokrąglone i tworzą powierzchnie nierówne. Powierzchnie te przecinają się, tworząc łuki o zmiennej krzywiźnie. Na wielu ścianach kryształów występują wypukłości i zagłębienia oraz prążkowania, nieraz w postaci siatki. Najczęściej spotyka się ośmiościany o ścianach nieco zaokrąglonych; niekiedy przybierają one kształt zbliżony do kuli. Również i sześcienne kryształy diamentu są często zaokrąglone. Spotyka się także kryształy zdeformowane, które straciły pierwotny kształt oraz kryształy jakby nadgryzione. Te charakterystyczne zdeformowania kryształów diamentu są związane z warunkami ich wzrostu, a także z ich późniejszym rozpuszczaniem.

Nierzadko występują bliźniacze zrosty kryształów diamentów. Powstają one poprzez zrost dwóch pojedynczych kryształów; płaszczyzną zrostu jest zazwyczaj płaszczyzna ośmiościanu. Oprócz dwojaków pospolite są bliźniaki wielokrotne. Zbliźniaczone kryształy diamentu mogą nieraz sprawić duże trudności przy szlifowaniu.

Często spotyka się zrosty nieregularne w postaci zbitych, drobnokrystalicznych skupień. Noszą one nazwę bort. Promieniste skupienia kryształów diamentu znane są pod nazwą ballas. Skupienia okrągłe, ziarniste, o barwie szarej i rozmaitej wielkości, aż do wielkości jaja, przypominające z wyglądu koks, nazywane są karbonado (carbonado). Spotyka się je głównie w Brazylii. Odmiany te ze względu na nieprzezroczystość i dużą odporność na ścieranie znajdują zastosowanie w przemyśle.

Budowa diamentu.

Sieć przestrzenna diamentu można przedstawić za pomocą dwóch regularnych sieci o scentrowanych ścianach, z których jedna w stosunku do drugiej jest przesunięta w kierunku głównej przekątnej sześcianu. Budowa wewnętrzna diamentu różni się od budowy grafitu, który ma ten sam skład chemiczny.

Ta odmienna budowa wewnętrzna wyjaśnia różnice właściwości, zwłaszcza różnicę twardości – diament jest bowiem przykładem ciała najtwardszego, grafit zaś – najmiększego. Porównując rozmieszczenie atomów węgla w diamencie i graficie, można zauważyć wyraźne różnice. Wiązania między poszczególnymi atomami węgla w sieci przestrzennej diamentu należą do wiązań atomowych. Każdy z atomów węgla, które są ciaśniej ułożone w krysztale diamentu niż w krysztale grafitu, jest otoczony czterema innymi atomami węgla, znajdującymi się w równych odległościach. W graficie natomiast atomy układają się warstwami, w rezultacie czego więź między atomami jest znacznie słabsza.

Jedną z cech charakterystycznych grafitu jest łupliwość równoległa do płaszczyzny najgęstszego ułożenia atomów węgla, zgodnie z tymi płaszczyznami wiązania między atomami węgla są silniejsze niż w kierunku do nich prostopadłych. W diamencie atomy węgla układają się gęściej w płaszczyznach ośmiościanu, co wyjaśnia jego łupliwość.

Diament ma wysoką łupliwość równoległą do ścian ośmiościanu. Wykorzystuje się to przy cięciu (odłupywaniu) i szlifowaniu. Przy lekkim uderzeniu ostrza przyłożonego do diamentu w kierunku płaszczyzny łupliwości następuje rozłupanie diamentu na dwie części. Metodą tą posługiwano się dawniej, kiedy nie znano jeszcze pił diamentowych.

Zbyt silny nacisk mechaniczny może wywołać wytworzenie rysy w kierunku płaszczyzny łupliwości, a nawet spowodować pęknięcie kamienia. Jeżeli utworzy się choćby drobna szczelina, to wskutek wniknięcia do środka kamienia cieniutkiej warstewki powietrza mogą powstać zjawiska odbicia światła obniżające wartość diamentu. Obecność takich rys, powstałych wskutek uderzeń w czasie transportu rzecznego, stwierdza się nieraz u diamentów wydobywanych ze żwirów i piasków. Rysy te tworzą się często w sąsiedztwie wrostków obcych minerałów w diamencie.

Diament jest najtwardszym minerałem. Właściwość ta wpływa między innymi na jego wysoką cenę. W skali twardości Mohsa diament zajmuje najwyższe miejsce – 10. Jest on około 150 razy twardszy od korundu, a około 1000 razy od kwarcu. Ta szczególna twardość sprawia, że noszone przez długie lata brylanty nie ulegają większym zmianom; jego krawędzie i naroża pozostają ostre, nie zmniejsza się również silny połysk uzyskany przez polerowanie.

Twardość diamentu na płaszczyznach sześcianu i dwunastościanu jest niższa niż na ścianach ośmiościanu; również płaszczyzny i krawędzie naturalne są twardsze od utworzonych sztucznie przez szlifowanie. Doświadczeni szlifierze diamentów stwierdzili pewne różnice twardości diamentów, zależnie od ich pochodzenia. Według ich opinii diamenty brazylijskie, a także australijskie i pochodzące z Borneo, są twardsze od południowoafrykańskich; podobnie różnią się twardością diamenty pochodzące z różnych złóż afrykańskich.

Wyjątkowa twardość diamentu ma ogromne znaczenie dla stosowania go do celów przemysłowych. Stosowany jest ponadto w przyrządach do badania twardości. Jedynym materiałem, którym można szlifować diamenty jest proszek diamentowy. Ze względu jednak na wspomniane różnice twardości łatwo można uszkodzić wypolerowane już powierzchnie brylantów przez twardsze okruchy znajdujące się w proszku diamentowym. Z tego też względu szlifierze szczególnie uważnie wykonują szlif w ściśle określonym kierunku, zwłaszcza przy obróbce dużych, wartościowych kamieni.

Pomimo swojej twardości diament jest minerałem kruchym, nieodpornym na czynniki mechaniczne. Można go z łatwością sproszkować w moździerzu stalowym. Od czasów Pliniusza, który w swoim dziele Historia Naturalis informował, że diament nie rozbije się nawet młotem, wierzono w jego odporność na działanie mechaniczne; spowodowało to zniszczenie niejednego cennego kamienia. Na przykład w 1476 roku po bitwie pod Morat, znaleziono w namiocie Karola Śmiałego pokruszone diamenty, poddawane próbie rozbicia w celu przekonania się o ich prawdziwości.

Diament ma gęstość wynoszącą 3,47 – 3,55. Jej wartość zależy od ilości zawartych w nim wrostków, tworzącymi się równocześnie z kryształami diamentów lub starszych. Są to wrostki grafitu, magnetytu, rutylu, ilmenitu, pirytu i innych minerałów, często widoczne dopiero przy znacznym powiększeniu. Nierzadko wrostkami są bardzo małe kryształy diamentu w postaci bezbarwnych i przezroczystych ośmiościanów i sześcianów lub drobniutkie kryształki cyrkonu w postaci wydłużonych słupków, zakończonych ścianami piramid. Wrostki zostały stwierdzone niejednokrotnie przy mikroskopowym badaniu diamentów.

Oprócz wrostków powstałych w czasie wzrostu kryształu diamentu (wrostki syngenetyczne), w wielu diamentach zdarzają się wrostki, które dostały się do wnętrza wykształconych już kryształów przez drobne szczeliny i spękania (wrostki epigenetyczne). Minerałami tworzącymi takie wrostki są głównie kwarc i tlenki żelaza. Wrostki o odmiennym współczynniku rozszerzalności cieplnej, np. wrostki cyrkonu czy kwarcu są niekorzystne, ponieważ mogą spowodować powstawanie spękań kamienia w czasie jego szlifowania. Czarne wrostki jubilerzy nazywają „węglami”.

Stosunkowo duża gęstość diamentu nie ma istotnego znaczenia przy stosowaniu go do celów jubilerskich lub przemysłowo-technicznych. Odgrywa ona jednak niemałą rolę przy jego poszukiwaniu i wydobyciu. Gdyby np. gęstość diamentu była zbliżona do gęstości kwarcu, niełatwe byłoby eksploatowanie diamentu z okruchowych złóż wtórnych. Dzięki dużej gęstości diamenty opadają na dno rzek i gromadzą się w określonych miejscach w osadach rzecznych. Dzięki temu możliwe jest również uzyskanie większego nagromadzenia diamentów przy kruszeniu skały silnymi strumieniami wody.

Hope Diamond
Hope Diamond Kim Davies/Flickr/(CC BY-NC-ND 2.0)

Czysty diament jest minerałem bezbarwnym; zupełnie bezbarwnych kryształów jest jednak niewiele. Barwa diamentu jest związana z miejscem pochodzenia. Za najczystsze uchodzą bezbarwne diamenty indyjskie, rzadko dziś wydobywane, natomiast 98% diamentów południowoafrykańskich jest wyraźnie zabarwionych. Z bezbarwnych kamieni najbardziej cenione są te, które mają delikatny odcień niebieskawy. Najczęściej diamenty mają odcień żółtawy. Barwę zieloną mają niekiedy diamenty brazylijskie. Znacznie rzadziej spotykane są diamenty czerwone, różowe, niebieskie lub fioletowe. Oprócz barwnych odmian występują także diamenty szare i brunatne – od białawoszarych aż do prawie czarnych.

Diamenty zabarwione mają niższą wartość niż bezbarwne lub niebieskawobiałe. Tylko w przypadku wyjątkowo pięknych barw wartość takich kamieni może być równa, a niekiedy nawet wyższa od wartości kamieni bezbarwnych. Takie rzadko spotykane kamienie o silnym zabarwieniu są określane jako diamenty fantazyjne (fancydiamond), zwane nieraz także diamentami amatorskimi. Niekiedy zabarwienie nie obejmuje całego kamienia, lecz tylko jego zewnętrzną część, co ujawnia się dopiero przy szlifowaniu; jest to szczególnie charakterystyczne dla kamieni brazylijskich.

Zabarwienie diamentów niekiedy znika lub ulega zmianie przy silnym podgrzaniu, jednak po oziębieniu zwykle powraca barwa pierwotna. Nasunęło to przypuszczenie, że powodem zabarwienia jest niewielka domieszka barwnych tlenków metali, szczególnie żelaza i tytanu. Zabarwienie diamentów pochodzi niekiedy od koloidalnego rozproszenia zawartych w nich substancji, może także pochodzić od wrostków. Przyczyną np. brunatnego zabarwienia diamentów brazylijskich są liczne wrostki rutylu i hematytu. Zabarwienie diamentów może być również wywołane pewnymi nieprawidłowościami ich struktury, spowodowanymi obecnością nawet bardzo małych ilości innych atomów. Odchylenie od prawidłowej struktury może być także wywołane lokalnymi zaburzeniami w układzie atomów węgla.

W handlu diamentami największe znaczenie ma dokładne określenie barw. Stosowane są następujące angielskie nazwy barw:

  • Jager – najczystsze odmiany niebiesko-białe
  • River – niebiesko-białe
  • Top wesselton – najczystsze odmiany białe
  • Wesselton – białe
  • Top crystal – o bardzo słabym odcieniu żółtawym
  • Crystal – bardzo jasnożółte
  • Very light brown – bardzo jasnobrunatne
  • Top cape – jasnożółtawe
  • Cape – żółtawe
  • Light yellow – jasnożółte
  • Yellow – żółte

Duży wpływ na ocenę barwy kamieni ma rodzaj światła, przy jakim przeprowadza się badania. Najlepsze jest światło północne, czystobiałe, zwłaszcza gdy niebo jest pokryte białymi chmurami. Niebo niebieskie, pozbawione chmur, jest zbyt bogate w barwę niebieską. W błąd może nieraz wprowadzić barwa ścian pokoju, w którym ocenia się kamień.

W celu uniknięcia wpływu ubocznych czynników i możliwie dokładnego określenia barwy diamentu opracowano w amerykańskim Instytucie Badania Kamieni Szlachetnych (Gemmological Institute of America) kolorymetr, w którym barwę kamienia porównuje się z barwami szklanego klina, zmieniającymi się zależnie od jego grubości. Stosowane jest czystobiałe światło o określonej mocy; nie powinno ono być ani za słabe, ani za mocne.

Do praktycznych celów jubilerskich opracowano podobne przyrządy o prostszej konstrukcji, np. amerykański diamolit i szwajcarski koloryskop.. W przyrządach tych umieszczony jest szereg diamentów różniących się odcieniem barw i tworzących skalę porównawczą.

Wpływ barw otoczenia na zabarwienie brylantów brany jest pod uwagę przy sprzedaży. Brylanty umieszcza się zwykle w pudełkach z białą wkładką o różnych odcieniach – od czystobiałego do niebieskawobiałego. Brylanty czystobiałe umieszcza się na papierze o lekkim odcieniu niebieskawym, nieco żółtawe natomiast – na podkładzie czystobiałym.

Diament krystalizujący w układzie regularnym normalnie nie wykazuje podwójnego załamania światła. Wskutek jednak wewnętrznych odbić może ono niekiedy wystąpić; może być także związane z obecnością wrostków obcych minerałów w diamencie. W obu przypadkach w mikroskopie polaryzacyjnym widoczne są zjawiska interferencyjne charakterystyczne dla ciał dwójłomnych.

Diament odznacza się wyjątkowo dużym współczynnikiem załamania światła, wynoszącym ponad 2,4, gdy olbrzymia większość minerałów ma współczynniki poniżej 2. Dla światła czerwonego i fioletowego współczynniki załamania różnią się o 0,044. Tak silną dyspersję wykazuje tylko niewiele minerałów lub sztucznych substancji. Z kamieni szlachetnych podobnie wysoką wartość dyspersji ma jedynie benitoit, a zbliżoną cyrkon (0,038). Dyspersję wyższą nieco niż diament mają tytanit, demantoid i rutyl, a z substancji sztucznych – karborund (węglik krzemu). Dzięki tym właściwościom diamenty mają bardzo silny połysk i grę barw, czyli tzw. ogień widoczny zwłaszcza w diamentach szlifowanych, czyli brylantach. Połysk ten nazywa się diamentowym.

Wysoki współczynnik załamania światła diamentu sprawia, że całkowite odbicie światła następuje już przy kącie padania równym 24,5 st. Wskutek silnego rozszczepienia światła w diamencie występuje piękna gra barw odbitych promieni, które otaczają kamień oszlifowany jak gdyby tęczową aureolą.

Podgrzewanie lub naświetlanie diamentów może wywołać zmianę ich barw. Nie ma to jednak praktycznego znaczenia. Najbardziej obojętnie reagują na ogrzewanie kamienie bezbarwne i żółtawe, najbardziej zaś wrażliwe są kamienie zielone, które stają się bezbarwne lub przyjmują odcień żółtawy. Naświetlanie promieniami nadfioletowymi nie daje rezultatu, a zmiany występujące przy naświetlaniu promieniami Roentgena są nieznaczne. Wyraźne zmiany barw wywołuje poddanie diamentów działaniu pierwiastków promieniotwórczych. Bezbarwnym kamieniom można w ten sposób nadać barwę niebieską, żółtą lub brunatną. Przez poddanie diamentów promieniowaniu radu można rozjaśnić ich żółte barwy. Skutki działania tych promieni mogą być jednak niebezpieczne, ponieważ naświetlane kamienie stają się radioaktywne i mogą szkodliwie oddziaływać na skórę noszących je osób.

Najnowsze badania wykazały, że bezbarwnemu (białemu) diamentowi można nadać barwę niebieską, zieloną, brunatną lub żółtą przez bombardowanie cząstkami o wysokiej energii, jak elektrony, protony, cząstki alfa itd. lub promieniami gamma. W celu otrzymania promieni gamma można użyć odpowiednich radioaktywnych izotopów, jak kobalt, lub zastosować bombardowanie elektronami np. z tarczy wolframowej.

Wiele prób nadawania naturalnym diamentom sztucznego zabarwienia przez działanie na nie różnego rodzaju promieniowaniem podjęto po Drugiej Wojnie Światowej, kiedy na wielką skalę rozpoczęto badania energii jądrowej. Szczególnie interesujące jest napromieniowanie diamentów elektronami w celu uzyskania najbardziej cenionych odmian niebieskawych. Barwa niebieskawa takich diamentów jest ograniczona do powierzchni, dochodząc do głębokości 1/2 mm. Diamenty te niemal nie różnią się od diamentów o naturalnym odcieniu niebieskawym. Odróżnić je jednak można badając ich absorpcję w ultrafiolecie i podczerwieni.

Przez naświetlanie diamentu neuronami uzyskuje się barwę zielonawą, która przy dalszym naświetlaniu przechodzi w barwę ciemną aż do czarnej.

Uzyskane w ten sztuczny sposób barwy diamentów ulegają zmianie przy ich podgrzewaniu, przechodząc w różne odcienie barwy żółtej aż do brunatnej. Po ogrzaniu diamentu, który uzyskał barwę wskutek poddania go promieniowaniu radu następuje powrót do naturalnej barwy pierwotnej. Na zmniejszenie intensywności sztucznego zabarwienia diamentów wpływa również szlifowanie, co przypuszczalnie wiąże się z rozgrzewaniem ich podczas tej czynności.

W Stanach Zjednoczonych Ameryki Północnej i w Anglii istnieją laboratoria, które zajmują się nadawaniem naturalnym diamentom sztucznych zabarwień oraz określaniem pochodzenia barwy zabarwionych diamentów, zleconych do zbadania przez firmy jubilerskie lub osoby prywatne. W celu ochrony klientów przed kupnem kamieni o sztucznie uzyskanym zabarwieniu, amerykański Urząd Nadzoru Handlu (Federal Trade Commission) wydał w 1956 roku zalecenie, aby sprzedawcy takich diamentów informowali kupujących o właściwej ich naturze, szczególnie o możliwości zaniknięcia zabarwienia.

Warto przy tym wspomnieć, że promieniotwórczość diamentów napromieniowanych neuronami jest krótkotrwała; na ogół zanika po kilku dniach.

W diamencie bardzo wyraźnie występuje zjawisko luminescencji. Pod działaniem lampy kwarcowej niektóre diamenty uzyskują żywe, różnorakie barwy. Wśród barw tych w głównej mierze przeważają niebieskie, zielone i żółte. Przypuszczalnie niebieskawe odcienie diamentów stanowią niebieską luminescencję pod wpływem części światła nadfioletowego, wchodzącego w skład światła dziennego.

Podobnie działają na diamenty promienie Roentgena, katodowe i radowe. W niektórych diamentach po potarciu suknem albo skórą występuje zjawisko świetlne, które można zauważyć w ciemności. Wszystkie te zjawiska nie mają większego znaczenia dla stwierdzenia prawdziwości diamentów w porównaniu z metodami optycznymi, które są pewniejsze i bardziej obiektywne.

Diament ma dobre przewodnictwo ciepła dzięki czemu przy dotknięciu wydaje się zimny. Własność tę wykorzystuje się nieraz w celu odróżnienia go od imitacji ze szkła, które z powodu złego przewodnictwa ciepła nie daje wrażenia zimna. Przy chuchnięciu diament bardziej niż szkło pokrywa się parą, która znika z niego szybciej niż ze szkła.

Imitacje diamentów.

Pomijając prymitywny sposób naśladowania diamentów za pomocą odmian szkła o dużym współczynniku załamania światła, do sporządzenia imitacji tego najwyżej cenionego kamienia szlachetnego stosuje się bezbarwne szafiry, cyrkony lub topazy, niekiedy również przezroczysty kwarc (kryształ górski), a także produkowany laboratoryjnie moissanit.

AMP version

Pin It on Pinterest