Неискусственная ценность
Кандидат химических наук Максим Абаев
Драгоценные камни всегда были предметом роскоши — оно и неудивительно.
Начиная разговор о драгоценных камнях, самое время определиться с понятиями: какие камни считаются драгоценными, какие искусственными и чем они друг от друга отличаются. Под драгоценными камнями понимают красивые, редкие и, как следствие, дорогие природные минералы. Минералы отличаются химическим составом — именно он определяет то, как будет выглядеть кристалл и какие у него будут свойства. Например, алмаз — это кристалл, состоящий исключительно из атомов углерода. А во внешне очень похожем на алмаз и тоже драгоценном лейкосапфире (так называют прозрачные и абсолютно бесцветные сапфиры) никакого углерода уже не обнаружим, потому что сапфиры (корунды) — это кристаллы оксида алюминия. Минералы могут иметь примеси, за счёт которых меняется их цвет и оттенок, но в целом это вполне определённые химические вещества.
Природные минералы формировались в земной коре в разное время и в разных условиях. Поэтому драгоценные камни из разных месторождений имеют пусть и незначительные, но отличия — в структуре или в химическом составе. Опытный ювелир часто может по внешнему виду драгоценного камня достаточно точно определить регион его происхождения. Синтетический, или искусственный, драгоценный камень — это такой же по химическому составу минерал, но выращенный в лаборатории. Методы синтеза кристаллов в лаборатории отличаются от тех, что «использует» природа, поэтому искусственные камни несут в себе определённые родовые «отметины» технического процесса, с помощью которого они получены. Это могут быть характерные микродефекты в структуре кристалла, различные примеси или, наоборот, их отсутствие. Поэтому искусственный алмаз — это самый настоящий алмаз со всеми его уникальными свойствами и эффектным внешним видом. Но если вы возьмёте искусственный и природный камни и отнесёте их в хорошо оснащённую лабораторию, то вам с уверенностью скажут «кто есть кто» (раз уж драгоценным камням присваивают имена, то не будем их «обезличивать»).
Однако помимо природных и искусственных камней существуют их имитации. Имитацией называют камень, внешне похожий на настоящий, но отличающийся от него химическим составом. Имитации драгоценных камней могут делать сознательно: внешне хорошая имитация почти неотличима от настоящего камня, а стоит на порядки дешевле. Главное — смотрится красиво. Бывают случаи, когда камни, считавшиеся долгое время драгоценными, оказываются совсем не теми, за кого их принимали. Например, крупный драгоценный камень с названием «Рубин Тимура» долгое время считался настоящим рубином, пока в 1851 году не выяснилось, что это другой, внешне похожий на рубин минерал — шпинель. Впрочем, своей исторической ценности камень от этого не потерял. Однако имитация драгоценных камней имеет смысл только для ювелирных целей, где важен «экстерьер». Если же кристалл будет где-то по-настоящему работать, а не служить украшением, то имитация никак не обеспечит ему ни требуемой твёрдости, ни оптических свойств, ни других специфических особенностей.
Сейчас искусственные рубины, сапфиры и алмазы нашли широкое применение в промышленности. Из прозрачного сапфира изготавливают прочные стёкла: ещё бы, ведь по твёрдости корунды (а сапфир и рубин — это, как мы помним, разновидности корунда) уступают лишь алмазу. К тому же сапфировое стекло устойчиво к высоким температурам и химическим воздействиям. Сапфировое стекло можно встретить в камерах смартфонов и часах — нужно очень сильно постараться, чтобы его поцарапать.
У корундов и алмазов есть ещё необычное сочетание двух полезных свойств: они хорошо проводят тепло и не проводят электрический ток. У большинства привычных материалов эти два свойства — теплопроводность и электропроводность — обычно идут рука об руку. Взять, к примеру, медь или золото — они хорошо проводят одновременно и тепло и электричество. Какой-нибудь пластик или стекло, напротив, будут хорошими изоляторами. Если взять стеклянную палочку за один конец, а другой поместить в пламя горелки, то стекло в пламени начнёт размягчаться и светиться, но пальцы будут в целости и сохранности — стекло в этом месте останется холодным. Свойство корундов одновременно быть теплопроводником и электроизолятором оказалось очень полезным для различных электронных устройств. Например, сапфировая подложка эффективно отводит тепло от греющегося кристалла мощного светодиода. На производство подложек для светодиодов в настоящее время уходит большая (если не бoльшая) часть искусственно выращенных сапфиров.
И не забудем о том, что первый в мире лазер был создан на рубиновом кристалле, естественно искусственном. Вообще, широкое использование искусственных рубинов и сапфиров связано с относительной лёгкостью их получения. Самые крупные выращенные кристаллы уже перевалили по массе отметку 300 килограммов, как, например, искусственный сапфир, произведённый на ставропольском заводе «Монокристалл» в 2015 году.
С искусственными алмазами дела обстоят несколько хуже. Если корунды появились в лабораториях уже в конце XIX века, то до синтеза первых искусственных алмазов прошло ещё более полувека: синтез этой формы углерода покорился исследователям лишь в 1950-х годах. Получить пусть и низкокачественные, но самые настоящие искусственные рубины сейчас можно в прямом смысле в домашних условиях, если воспроизвести нехитрую установку Вернея. А чтобы превратить графит в алмаз, потребуется не только высокая температура, но и огромное давление — около 50—70 тысяч атмосфер (для сравнения: на дне Марианской впадины «всего лишь» 1 тысяча атмосфер). Поэтому масса искусственных алмазов, полученных таким способом, пока не превышает 7 граммов, тогда как рекорд-смен среди природных алмазов — кристалл по имени «Куллинан», или «Звезда Африки», весил 621 грамм. Обойтись без сверхвысокого давления в синтезе алмазов можно, если использовать технологию химического осаждения из газовой фазы. Таким способом удаётся получить довольно большие по размерам, но в то же время тонкие алмазные поликристаллические плёнки толщиной несколько миллиметров.
Искусственные алмазы прочно заняли место в промышленности: не использовать самое твёрдое в мире вещество с пользой, а не просто как дорогое украшение было бы кощунством. С помощью алмазов можно распилить любой материал, даже другой алмаз. Поэтому искусственные алмазы, не представляющие ювелирной ценности, «поселились» в пилах, свёрлах, буровых коронках и в сотнях других разных инструментов. Считается, что первым предложил использовать алмазы для бурения французский инженер швейцарского происхождения Рудольф Лешот (хотя немалую роль в изобретении приписывают и его отцу Георгу-Августу Лешоту). В самом начале 1860-х он сконструировал буровую коронку, в которой были закреплены натуральные алмазы. Такое неординарное для того времени инженерное решение открыло перед алмазами совершенно новые перспективы и отчасти предопределило будущий интерес к поиску методов получения дешёвых искусственных алмазов для промышленности. Ещё более заманчивая область будущего применения алмазов — полупроводники. Относительно недавно исследователям удалось превратить алмаз из изолятора в полупроводник, научившись встраивать в структуру алмаза атомы бора. «Алмазной» электронике пророчат потеснить традиционный кремний, по крайней мере в тех областях, где кремниевые полупроводники фактически подошли к своим физическим границам: микросхемы уже невозможно сделать меньше, мощнее и надёжнее.
Подведём итоги. В конце XIX века вряд ли кто-то мог предположить использование искусственных драгоценных камней в лазерах, светодиодах или микроэлектронике — в то время даже электрическое освещение было в новинку. Однако сам факт появления способа получить искусственно то, что раньше можно было только с величайшим трудом забрать у природы, пусть на малую толику, но сдвигал общественное сознание в сторону более рационального использования ресурсов планеты. И сегодня всё большую популярность получают ювелирные украшения с искусственными брильянтами. Не потому что они дешевле, а вследствие осознанного выбора покупателями синтетических драгоценных камней. В отличие от натуральных алмазов, часто добытых не самым экологичным и не самым этичным образом, ценность искусственных камней заключается как раз в обратном — в более бережном отношении и к окружающей среде, и к людям. И если не нанести вред станет для всех нас ценнее, чем добыть что-то любой ценой, жизнь на нашей планете будет пусть немного, но лучше.
Статьи по теме
Читайте в любое время
