آشنایی با آلوتروپ های کربن (2) الماس

الماس Diamond

الماس یکی از سنگ‌های قیمتی است که در فشارهای بالا پایدار است الماس هایی که کیفیت جواهری دارند باید 95/99 درصد کربن خالص باشند. برای شکل گیری یک گوهر احتیاج به حرارت و فشار خاصی است برای الماس حرارت و فشار بالا احتیاج است جایی که الماس شرایط شکل گیری دارد عمق 120 الی 200 کیلومتری زمین است. الماس ها بوسیله آتشفشان ها به سطح زمین می آیند. قدیمی ترین الماس ها 5/2 بیلیون سال پیش و جدیدترین آن ها 45 میلیون سال عمر دارند الماس برای اولین بار 500 سال قبل از میلاد در هندوستان پیدا شد و برای 2000 سال هندوستان تنها منبع الماس بوده است و بعد از آن در برزیل الماس کشف شد ولی حجم آن مختصر بود , در سال 1870 میلادی در آفریقای جنوبی الماس کشف شد و انقلابی در تجارت الماس به وجود آمد. همچنین معدن سیبری واقع در روسیه تولید بیشتری از آفریقای جنوبی دارد. الماس های استخراج شده هر معدن با معدن دیگر متفاوت بوده و این تفاوت بین الماس های هر معدن که در زمانهای مختلفی استخراج شده اند نیز وجود دارد. بنا بر این درصد گوهر استحصالی در هر زمان متفاوت است. از کل الماس ها 25 درصد فقط کیفیت گوهری دارند که در صنعت جواهرات استفاده می شوند, سالانه نزدیک به 200 میلیون قیراط الماس صنعتی لازم است که 75 درصد آن به صورت مصنوعی تامین می شود.الماس برای اولین بار در قرن اول میلادی به اروپا رسید و تا زمان رنسانس در دست خانواده های سلطنتی بود ولی بعد از زمان رنسانس تجارت بین هند و اروپا موجب فراوانی آن در اروپا شد. در سال 1800 میلادی الماس از برزیل به اروپا وارد شد و بعد از آن در دوره ویکتورین ( عصر ماشین بخار ) رونق اقتصادی موجب رونق یافتن تجارت الماس گردید و همچنین موجب بالا رفتن کیفیت تراش الماسها شد. حدود 100 سال پیش الماس وارد آمریکا شد و در دهه 30استفاده هنرپیشه ها از الماس در فیلم ها موجب همه گیر شدن استفاده از الماس و رونق اقتصادی در آمریکا شدند.

الماس نام خود را از خاصيت سختي بالاي آن و از كلمه يوناني (adamas) به معني غير قابل تسخير (unconquerable) گرفته است

ساختار و ویژ گی های الماس

الماس فرم بلوری کربن باچگالی ( g/cm3 3/520) ٬ یک از سخت ترین ودیر گدازترین مواد شناخته شده است تمامی پیوندهای ( C-C ) کوالانسی و طول آن ها برابر 54/1 0A بوده وبرابر پیوند های مشاهده شده درهیدروکربن های سیر شده است. در الماس هر اتم کربن با اوربیتال های هیبریدی sp3 به چهار اتم کربن دیگر باآرایش چهاروجهی و با زوایای 109.50 پیوند یافته است.این آرایش یک شبکه مکعبی مراکز وجوه پرراتشکیل می دهد.چون هراتم کربن باتمام اتم های اطراف خود پیوند دارد بلور الماس ٬ به عنوان مولکول واحد تلقی می شود. علاوه براین تمام الکترون های والانس هر اتم کربن دراوربیتال های پیوندی جفت شده اند وتراز والانس هراتم کربن بیش از هشت الکترون نمی تواند داشته باشد.

الماس در حالت پایدار دارای ساختار مکعبی ( بلندروی ) است. الماس ساختار منشوری نیز دارد که این ساختار بصورت شبه ‌پایدار در طبیعت به صورت کانی لونسدالنیت وجود دارد .

الماس در بین جامدات در دمای ۲۵ درجه بالاترین رسانایی گرمایی را دارد. (هدایت گرمایی آن ۵ برابر مس است )رسانایی گرمایی الماس به علت رزنانسی است که در اثر انرژی گرمایی در شبکه ی الماس به وجود می آید. درواقع چون بین تمام اتمهای کربن در الماس پیوند های محکمی وجود دارد، گرما دادن به قسمتی از الماس سبب مرتعش ساختن قسمتی از الماس می شود و چون الماس یک ساختار مستجم دارد، این ارتعاش به سرعت و به راحتی در بین تمام ابعاد سبب رزنانس و ارتعاش تمام پیوندها شده و درنتیجه گرما به راحتی منتقل می گردد.

الماس مادهٔ نوری ایده‌آلی است که توانایی انتقال طیف نوری فروسرخ تا فرابنفش را دارا است.

شاخص بازتابش بسیار بالایی دارد.

خواص نیمه‌رسانایی قابل توجهی دارد. شکست الکتریکی آن بطور متوسط ۵۰ برابر نیمه‌رساناهای متداول است.

در برابر تابش نوترونی به‌شدت مقاوم است.

سخت‌ترین مادهٔ شناخته شده‌است و استحکام بسیار بالایی دارد.

در مجاورت هوا روانی طبیعی فوق‌العاده‌ای دارد (مانند تفلون )

با وجود این خواص منحصربه‌فرد، قیمت بالای آن جلوی کاربرد گستردهٔ آن را می‌گیرد و دانشمندان به دنبال پیدا کردن روش‌های تازه و اقتصادی برای سنتز آن هستند.

انواع الماس

1- الماس طبیعی که هنوز اساساً تنها منبع جواهرات بوده و بالاترین بها را دارد .

2 - الماس سنتزی فشار بالا که سهم گسترده‌ای از بازار صنعت را به خود اختصاص داده‌است. به عنوان ساینده و ابزار برشی و ماشین کاری به کار می‌رود.

3 - الماس سی‌وی‌دی (CVD) که پتانسیل‌های زیادی برای کاربرد در صنعت دارد ولی هنوز بصورت آزمایشگاهی تولید می‌شود.

4 - کربن شبه-الماس (DLC) که اخیراً تولید شده اما دارای کاربردهایی در زمینهٔ ابزار نوری دقیق است .

چگونگی تشکیل الماس

الماس بطور طبیعی تحت فشارهای زیاد اعماق زمین و در زمانی طولانی شکل می‌گیرد. اما در آزمایشگاه می‌توان به کمک دو فرآیند مجزا در زمانی بسیار کوتاهتر الماس تولید کرد. فرآیند فشار بالا _ دما بالا (HP HT) اساساً تقلیدی است از فرآیند طبیعی شکل گیری الماس در حالی که فرآیند رسوب گیری بخار شیمیایی (CVD) دقیقاً خلاف آن عمل می‌کند. در واقع CVD بجای وارد کردن فشار به کربن برای تولید الماس با آزاد گذاشتن اتمهای کربن به آنها اجازه می‌دهد با ملحق شدن به یکدیگر به شکل الماس در آیند. این دو تکنیک برای اولین بار در دهه ۱۹۵۰ کشف شدند.به گفته باتلر که هفده سال روی تولید الماس با استفاده از تکنیک cvh کار کرده‌است «از آنجا که پیشگامان تولید الماس بدون فشار بالا در دهه ۱۹۵۰ با تمسخر سایرین از میدان به در شدند. تکنولوژی CVD هنوز دوران کودکی‌اش را سپری می‌کند.» هر دو فرآیند قادرند با سرعتی خیره کننده الماسهایی با کیفیت جواهر تولید کنند، اما در نهایت این فرآیند CVD است که بخاطر کنترل ساده ناخالصی و اندازه محصول برای تکنولوژی‌های الکترونیکی مناسب‌ترین خواهد بود. فرآیند CVD با قرار دادن ذره بسیار کوچکی از الماس در خلأ آغاز می‌شود. سپس گازهای هیدروژن و متان به محفظه خلأ جریان می‌یابند. در ادامه پلاسمای تشکیل شده باعث شکافته شدن هیدروژن به هیدروژن اتمی می‌شود که با متان واکنش می‌دهد تا رادیکال متیل و اتمهای هیدروژن بوجود آیند. رادیکال متیل نیز به ذره الماس می‌چسبد تا الماس بزرگ شود. رشد الماس در تکنیک CVD، فرآیندی خطی است، بنابراین تنها عوامل محدودکننده اندازه محصول در این روش بزرگی ذره ابتدایی و زمان قرار دادن آن در دستگاه است. به گفته دیوید هلیر (D. Hellier)، رئیس بخش بازاریابی کمپانی ژمسیس، «فرآیند HP HT نیز با ذره کوچکی از الماس آغاز می‌شود. هر ذره الماس در محفظه‌های رشدی به اندازه یک ماشین رختشویی، تحت دما و فشار بسیار بالا درون محلولی از گرانیت و کاتالیزوری فلزی غوطه‌ور می‌شود. در ادامه تحت شرایط کاملاً کنترل شده‌ای این الماس کوچک به تقلید از فرآیند طبیعی، مولکول به مولکول و لایه به لایه شروع به رشد می‌کند.» گر چه جنرال الکتریک در تولید الماس‌ها به این روش پیشگام است و الماس‌های ساخته شده با تکنیک HP HT را برای مصارف صنعتی به بازار عرضه می‌کرد اما تا پیش از آنکه کمپانی ژمسیس با ساده سازی این فرآیند امکان تولید نمونه‌هایی با کیفیت جواهر را فراهم کند، هرگز آن الماس‌ها به عنوان سنگهای قیمتی به فروش نرسیده بودند. در واقع الماس‌های زینتی مصنوعی بخش کوچک و در عین حال پر سودی از صنعت الماس را تشکیل می‌دهند. این الماسهای رنگی که در مقایسه با همتاهای بی‌رنگ شان فوق العاده کمیاب و در نتیجه بسیار گرانبها ترند با توجه به نوع ناخالصیها در رنگهای گوناگون از سرخ و صورتی گرفته تا آبی، سبز و حتا زرد روشن و نارنجی تولید می‌شوند. در واقع این الماسها می‌توانند چنان کیفیت بالایی داشته باشند که حتی ماشینهای ساخته شده برای تشخیص سنگهای مصنوعی از طبیعی در تفکیکشان از یکدیگر دچار مشکل شوند، همانطور که امروزه برخی از بزرگ‌ترین الماس فروشان در صنعت نیز به زحمت از پس آن بر می‌آیند. شباهت فوق العاده نمونه‌های مصنوعی و طبیعی باعث شده‌است تا تاجران الماس برای تشخیص الماسهای رنگی مصنوعی از سنگهای طبیعی دست به دامن آزمایشگاه‌های الماس بلژیک و دیگر نقاطی شوند که بطور سنتی عهده دار تجزیه و تحلیل و تأیید الماسها از نظر بزرگی قیراط، رنگ و شفافیت هستند.

ناخالصی‌ها

خواص الماس شدیداً به ناخالصی‌ها وابسته‌است. حتی وجود مقادیر جزئی ناخالصی مانند نیتروژن می‌تواند خواص آن را بسیار تغییر دهد. انواع ناخالصی‌ها الماس چه به صورت سنتزی و چه به صورت طبیعی هرگز به شکل کاملاً خالص نیست. این ناخالصی‌ها را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:

1 - ناخالصی‌های شبکه : این نوع ناخالصی‌ها در شبکهٔ الماس به جای یکی از اتم‌های کربن قرار می‌گیرند و با اتم‌های مجاور تشکیل شیوند می‌دهند.

2 - آخال: این ناخالصی‌ها ذرات مجزایی هستند که شبکه را برهم زده و بخشی از آن نمی‌شوند. این ناخالصی‌ها معمولاً سیلیکات‌های آلومینیوم، سیلیکات‌های منیزیم و یا سیلیکات‌های کلسیم هستند.

دو ناخالصی مهم در الماس نیتروژن و بور هستند. این دو عنصر همسایه‌های کربن در جدول تناوبی بوده و به علت داشتن شعاع اتمی کوچک و متناسب، به خوبی در شبکهٔ کریستالی الماس جایگزین می‌شوند.

بيشترين الماس هايي كه در جواهر فروشي ها ارائه مي شوند بي رنگ يا رنگي با رنگ مايل به قهوه اي يا زرد مي باشند كه البته هر چه ميزان غلظت رنگ بيشتر باشد ارزش الماس كمتر مي شود. ضمنا ذكر اين توضيح ضروري است كه الماس هاي داراي رنگهاي فانتزي(Fancy-Color Diamonds) مانند سبز- قرمز- آبي بدليل كميابي از اين قانون مستثني بوده و حتي ارزشي بالاتر از الماس هاي بي رنگ دارند.الماسهای آبی رنگ طبیعی از برم تشکیل شده اندکه این امردر رسانش الماسها تغییر گذار است.در حالی که در ساختمان الماسهای زردنیتروژن وجود دارد.

کاربردهای الماس

یکی از کاربردهای اصلی الماس در ساخت جواهرات است یکی از این اصطلاحات غلط که اکثرا بین مردم استفاده می شود استفاده از واژه ی “برلیان” برای سنگ قیمتی “الماس” است .

برلیان Brilliant نوعی تراش است که برای سنگ الماس استفاده میشود این نوع تراش فرزند تراشی است به نام تراش سوییسی که برای انواع و اقسام سنگهای مختلف در گذشته استفاده می شده است. در تراش برلیان امروزه سعی بر آن است که هر چه بیشتر از قبل جلوه های بصری سنگ الماس را به نمایش بگذراند و زوایای و نوع برش را به شکلی تنظیم کنند که نور وارده شده به سنگ الماس با صفحات بیشتری از سنگ برخورده کرده و در انتها به چشم ما برخورد کند. برای دست یافتن به این مساله دانشمندان موسسات بزرگ آمریکا و بلژیک همیشه برای بهتر کردن نوع تراش الماس ها تلاش می کنند و سال به سال استاندارهای جدیدی را برای اینکار ارائه می دهند. و در اصل تراشندگان الماس چه کسانی که به روش سنتی مباردت به تراش الماس میکنند و چه کسانی که با دستگاه های پیشرفته بایستی پیرو این استاندار باشند
پس به دلیل اینکه این نوع تراش یعنی تراش برلیان صرفا برای سنگ الماس روز به روز در حال پیشرفت و بهبود هست عموم افراد این سنگی قیمتی را به اسم برلیان میشناسند در صورتی که در اصل بایستی به خاطر داشته باشیم که نام این سنگ الماس است و تراش آن برلیان، ممکن است یک نوع سنگ با استفاده از نوع دیگری از تراشها، تراش خورده باشد پس نباید برای آن سنگ واژه ی برلیان را بکار ببریم

موارد استفاده الماس صنعتی عبارتند از :

1- مته های حفاری چاه های نفت و گاز

2- دستگاه های برش یا ساینده

3- تولید قطعات اپتیک بوسیله تراش با الماس

4- برای قطعاتی از موتورهای جت که احتیاج به درجه حرارت بالا دارند

5- مصارف دندانپزشکی و مته های دندانپزشکی و تیغ های جراحی و تراش داخل رگها

6- به عنوان خنک کننده ( Heatsink ) قطعات ( چون الماس هدایت حرارتی بالایی دارد)

7- در لوازم الکترو مغناطیسی پیشرفته مانند ویدئو

8- در ساخت پنجره فضاپیمای پایونیر

برترین و زیباترین الماس های جهان

الماس های معروف جهان بدلایل مختلف معروف شده اند برخی به خاطر اندازه ، برخی دیگر به خاطرزیبایی و رنگ ولی علت اصلی شاید گذشته یا تاریخی باشد كه آن الماس تجربه نموده است . در اینجا تعدادی از معروفترین الماسهای دنیا را برایتان معرفی می كنیم اما قبل از آن لازم به یادآوری است كه گوهرها بخصوص الماس با واحد قیراط سنجیده میشوند در واقع هر قیراط 2/. گرم وزن داشته و یابه عبارتی هر گرم برابر با 5 قیراط می باشد. (‌توجه : اعداد اعشاری در برخی مرورگرها نظیر فایر فاكس بر عكس خوانده میشوند )‌

كوه نور :

با 92/108 قیراط وزن از میان الماسهای مشهور جهان، بی شک کوه نور افسانه آمیزترین آنها به شمار می رود این الماس از یك سنگ اولیه 186 قیراطی برش داده شد. سرگذشت پر نشیب و فراز و حیرت انگیز آن با تاریخ هند، افغانستان، ایران و انگلستان درآمیخته است. کوه نور در قرن شانزدهم میلادی، در دوران سلطنت بابر، بنیانگذار سلسله گورکانی هند پدیدارشد. سپس الماس مشهور به نوبت به دست شاه جهان(کسی که دستور ساختمان بنای تاج محل را داد)، اورنگ زیب(که تعصب دینی اش باعث اختلاف میان هندوان و مسلمانان شد) می رسد، این الماس توسط نادرشاه افشار (یکی از معروفترین جهانگشایان آسیا) درسال 1739 به ایران آورده شد تا اینکه سرانجام به انگلستان برده می شود. كوه نور در سال 1850 به ملكه ویكتوریا اهدا شد در دربار انگلیس بر روی آن تراش مجدد صورت گرفت و در تاج ملكه الیزابت دوم قرار گرفت هم اكنون از این الماس در برج لندن (Tower Landon )نگهداری می شود.

درسدن (Dresden):

این الماس به رنگ سبز بوده و 41 قیراط وزن دارد محل پیدایش آن بطور دقیق مشخص نیست ولی احتمالا" بایستی از هندوستان آمده باشد از تاریخچه این الماس تا سال 1742 میلادی اطلاعی در دست نیست در این زمان بود كه این الماس به فردریخ اگوست دوم دوك ساكسونی فروخته شد در حال حاضر این الماس در بنای طاق سبز (Green Vaults) شهر درسدن آلمانی نگهداری می شود.

امید (Hope):

الماسی آبی رنگ با وزن 52/45 قیراط ،این الماس در سال 1830 بوسیله یك بانكدار امریكایی بنام H-Ph Hope خریداری شده و دو باره برش داده شد از سال 1958 از این الماس در انستیتو اسمیت زونیای واشنگتن نگهداری می شود.

ستاره افریقا یا كولینان یك (cullinan I):

با 20/530 قیراط وزن ، سنگ برش نخورده این الماس 3106 قیراط وزن داشت این سنگ بزرگترین سنگی بوده است كه تاكنون پیدا شده سپس این سنگ توسط سرتوماس كولینان رئیس كمپانی معدن به 105 قطعه برش دا ده شد كه بزرگترین آن كولینان یك نام گرفت برش این الماس ها بوسیله تجارتخانه آشر در آمستردام صورت گرفت . این الماس بعدهادر نشان سلطنتی انگلیس((scepterزینت داده شد هم اكنون از این الماس در برج لندن(Tower of London) نگهداری می شود.

سنسی (sancy):

با 55 قیراط وزن ، گفته می شود كه این الماس توسط پادشاه چارلز در طی دهه 1470 مورد استفاده قرار می گرفته است در سال 1570 این الماس بوسیله سیگنیور دی سنسی (همنام با الماس ) سفیر كبیر فرانسه به تركیه رفت هم اكنون این الماس جهت نمایش در موزه لوور پاریس قرار دارد.

تیفانی (Tiffany):

این الماس زرد رنگ 51/128 قیراط وزن دارد و در سال 1878 در معدن كیمبرلی افریقای جنوبی پیدا شد سنگ برش نخورده آن 42/287 قیراط وزن داشت این الماس توسط جواهرفروشان تیفانی در نیویورك خریداری و در پاریس با 90 سطح برش داده شد.

الماس شاه(shah):

این الماس 70/88 قیراط وزن دارد وهمان طور كه در تصویر می بینید برش این الماس با الماسهای دیگر كاملا" متفاوت است این الماس سطوح كلیواژ را بخوبی نشان می دهد سنگ اولیه این الماس 95 قیراط وزن داشت كه پس از برش بصورت برش قطعی به 7/88 قیراط تقلیل یافت. بی نظیر بودن این الماس بدین دلیل است كه در سه سطح این الماس نام سه پادشاه مسلمان مالك این الماس حك شده است . جهانگیر شاه ، جهان شاه و فتحعلی شاه اسامی این پادشاهان است این الماس در هنگام حمله نادر شاه در سال 1739 بوسیله نادر شاه افشار به ایران آورده شد و بعدها طی حوادثی به روسیه رفت و در سال 1829 به تزار نیكلاس اول اهدا شد از این الماس هم اكنون در كاخ كرملین مسكو نگهداری می شود.

ناساك:

با 38/43 قیراط وزن . این الماس در ابتدا بیش از 90 قیراط وزن داشته و در معبد شیوا نزدیك ناساك هند از آن نگهداری می شد در سال 1818 این معبد توسط انگلستان غارت شد و در سال 1927 به نیویورك رفت و در آنجا تراش مجدد داده شد در سال 1977 بوسیله پادشاه عربستان سعودی خریداری شد و هم اكنون در تملك این پادشاهی است .

كولینان:

چهار با وزن 60/63 قیراط. این الماس نیز یكی از 105 قطعه برش خورده از بزرگترین كریستال الماس برش نخورده پیدا شده در جهان می باشد این الماس در تاج ملكه مری قرار گرفت و بعدها به عنوان سنجاق سینه تزئینی از آن استفاده شد هم اكنون در برج لندن از آن نگهداری می شود.

دریای نور ( Daray - I- Nur):

دریای نور یكی از بزرگترین الماس‌های شناخته شده به وزن هفت مثقال و ۲۰ نخود، یعنی در حدود۱۸۲ قیراط است. این الماس به رنگ صورتی شفاف بوده و در سال 1739 بعد از حمله ایرانی‌ها به دهلی‌هند،توسط نادرشاه به ایران آورده شد. این الماس بر روی تاج پادشاه ایران قرار داده شده است. دریای نور همراه با خواهر خود «كوه نور» كه اینك جزو گوهرهای سلطنتی انگلستان است و در جلو تاج سلطنتی آن كشور نصب شده است، توسط نادر شاه افشار جزو هدایای محمد شاه گوركانی و غنایم جنگی، از هند به ایران آورده شده است. دریای نور که درشت‌ترین و زیباترین الماس برلیان در میان گوهرهای سلطنتی ایرانو یکی از گوهرهای معروف جهان است‌. گفته می‌شود این الماس هزار سال پیش کشف و استخراج شده است‌. . رنگ این الماس یکی از استثنایی ترین وکمیابترین رنگها میان الماسهای برلیان شناخته شده جهان است. دریای نور تا زمان ناصر الدین شاه در وسط یکی از بازوبندهای سلطنتی نصب می‌شد، ولی در زمان او که استفاده ازبازوبند منسوخ شد، آن را به صورت پیش کلاه درآوردند و در قابی زرین با شیرو خورشید و تاج مرصع به ۴۵۷ قطعه برلیان ریز و عالی و چهار قطعه یاقوتقرار دادند. این الماس برلیان از دو سو تراش خورده و به شکل هرممثلث‌القاعده‌ای است که قاعده آن چهار سانتی‌متر درازا و سه سانتی‌مترپهنا دارد و دو سوی دیگر حدود دو سانتی‌متر است‌. همه سطوح دریای نور صافو یک نواخت است‌، جز یک سمت آن که فتحعلی شاه با کندن عبارت ، از ارزش آن کاسته است‌.

آشنایی با آلوتروپ های کربن (2) الماس

مطالب مشابه :

چگونه برليان اصل را تشخيص دهيم

مي دانستيد: شرف شمس نام نوعي سنگ نيست

سکه ها و سنگ های مورد استفاده در ساخت زیورآلات

دانستنیهای الماس سیاه

همه چیز درباره الماس (سلطان جواهرات)

آشنایی با آلوتروپ های کربن (2) الماس

با هزینه های ازدواج آشنا شوید