Страница 6 из 17
Алмазы рождаются где-то в глубинах земли при давлениях в сотни тысяч атмосфер и температуре под три тысячи градусов. В результате каких-то процессов они поднимаются с многокилометровых глубин. Ничто не запрещает нам думать, что где-то «там» их гораздо больше!
Химики все же набрались смелости и попытались получить алмаз лабораторным путем. Первым такой опыт сделал в 1823 году в Харькове В.Н.Каразин. В результате «особливо долговременного действия весьма постепенно усиливаемого огня» на соединение, богатое углеродом, «случилось мне добыть весьма твердое вещество в кристаллах, которое профессор химии Сухомлинов почел подходящим еще ближе к алмазу», — сообщал Каразин в своем докладе. Вслед за этим до конца столетия было проведено множество экспериментов, в ходе которых появлялись кристаллы, не отличимые по твердости от алмаза.
Экспериментировали по-разному. Французский химик Руссо подвергал действию сильных электрических разрядов газообразный ацетилен. Получались шарики углерода со сверхтвердыми кристалликами внутри.
Но чаще всего химики старались к высокой температуре добавить высокое давление, дабы получить условия, близкие к протекающим в недрах земли. Таких опытов было много, но особенно примечательны работы англичанина Хэннея, проводившиеся с 1878 по 1880 год. Для получения сверхвысоких давлений он брал закрытую с одного конца стальную трубу, на которую поочередно в раскаленном состоянии были надеты еще три стальных трубы. По существу, это был пушечный ствол. В него помещали смесь из 10 частей костного масла и 4 частей лития. Затем в трубу с другого конца загоняли коническую заглушку и заваривали кузнечным способом. Далее трубу выдерживали в печи при температуре темно-красного каления (около 700 градусов) до 14 часов. Это был самый драматичный момент эксперимента. Из восьмидесяти труб семьдесят семь разорвало. Слава богу никто не пострадал. Раскаленную трубу бросали в бак со льдом. От быстрого охлаждения верхних слоев объем трубы сокращался и давление в ней резко возрастало еще до того, как содержимое остывало. Кроме того, в результате быстрого сжатия должна была возрасти и температура сжимаемого вещества. Правда, ни измерений, ни расчетов происходящих процессов в те времена сделать не могли. Как бы там ни было, а маленькие сверхтвердые кристаллики ученый получил.
В 1893 году алмазы более простым способом решил создать Анри Муассан. Он расплавлял в графитовом тигле высокоуглеродистый чугун (рис. 1).
Нагревал его электрической дугой до максимальной температуры и бросал в ледяную воду (рис. 2).
Полученный слиток растворяли в кислоте и находили сверхтвердые кристаллы, которые посчитали алмазами. Муассан в 1906 году получил Нобелевскую премию, но не за алмазы, а за открытие фтора и изобретение дуговой электрической печи.
Вы, наверное, заметили, что, говоря о продуктах вышеперечисленных экспериментов, мы избегаем произносить слово «алмаз». Это не случайно. Сверхвысокая твердость — это еще не обязательно признак алмаза. Другие анализы по причине малого количества вещества химики XIX века произвести не могли. Когда в начале 20-х годов появился рентгеноструктурный анализ, то сразу же проверили многие образцы искусственных кристаллов. Выяснили, что форма кристаллической решетки у них совсем иная — это не алмаз.
А вот кристаллик Хэннея, который нашли через шестьдесят лет после его смерти и проверили рентгеном в 1943 году, оказался действительно алмазом, да еще ювелирной чистоты!
Опыты Хэннея, благо остались подробнейшие их описания, повторили, но воспроизвести результат не удалось… Алмазы, полученные Муассаном, не сохранились. Но очень вероятно» что это тоже были именно алмазы. Доказательством тому служит особый вид чугуна, полученного в Рыбинском авиационно-технологическом институте. Он содержал зерна графита, похожие на алмаз по форме, и включал в себя алмазы. Там же выяснили, что в любом чугуне при застывании первоначально образуются алмазы, которые в массе своей потом превращаются в зерна графита.
Здесь мне трудно удержаться от рассказа, как работал в 20-е годы над получением алмаза мой отец Ильин Николай Николаевич. Это был человек, вечно увлеченный своим делом, — инженер, летчик Первой мировой войны. В детстве со своим отцом (моим дедом) и братьями он отливал колокола, а если не было работы, то все садились писать иконы. Изготовлением алмазов он занялся отнюдь не в надежде разбогатеть, а «из любви к искусству» (рис. 3).
В крохотной лаборатории при электростанции на Вязьме он воспроизвел способ Муассана, но, убедившись в никчемности результатов, решил заменить чугун смесью вольфрама и графита. Ожидалась, что более высокая температура плавления и твердость в сочетании с хорошей теплопроводностью приведут к более высоким, чем может дать чугун, температурам и давлению в фазе сжатия после охлаждения. Это позволяло приблизиться ближе к условиям роста алмазов в недрах земли.
Однако оказалось, что в дуговом разряде вольфрам, смешанный с графитом, плавиться «не хочет». Пришлось прибегнуть к атомарно-водородному (не путать с термоядерным!) процессу. В пламя электрической дуги вдувалась струя водорода (рис. 4).
Он разлагался на атомы, которые уже на поверхности металла вновь соединялись в молекулы, и температура, как утверждала теория, достигала 6000 градусов. В конце концов, вольфрам стал приобретать консистенцию творога. Стоило коснуться куском стальной проволоки, как получалась вольфрамовая, а вероятнее, карбид-вольфрамовая лужица. Температура плавления этого вещества на тысячу градусов выше, чем у чистого вольфрама. Решив еще повысить температуру, отец попытался прибегнуть к нагреву постоянным током от мощной аккумуляторной батареи. Тут случилась «неприятность» — короткое замыкание, в котором сгорел провод толщиной в палец. Грохот. Яркая вспышка лишила отца зрения на несколько часов. Представьте себе: ночь, один в лаборатории, оглушенный, перед глазами лишь красно-зеленый мрак. Но через несколько часов перед глазами стал вырисовываться крест. «Решил поначалу, что уже умер», — вспоминал он. Но это наступал рассвет, зрение восстановилось, и стал виден переплет оконных рам.
До решающего опыта дело так и не дошло. Отца послали строить один из московских авиационных заводов. Работы было столько — не до алмазов. Сегодня эксперимент с получением алмаза при помощи вольфрама с добавлением углерода и, быть может, железа провести гораздо проще, поскольку есть промышленные плазменные горелки, дающие высокую температуру, печи СВЧ, лазеры. Вполне возможно, что давление и температура при застывании будут зависеть от размеров и формы слитка. Эти параметры можно определить в ходе компьютерного моделирования.
Но зачем? Ведь сегодня, как известно, настоящие алмазы делаются в огромном количестве.
Современные искусственные алмазы мелки и имеют лишь техническое назначение. Основной способ их получения — это взрыв гексагена в замкнутом сосуде. (Надеюсь, наш любознательный читатель не станет пытаться это делать.)
На заре перестройки я встречал предпринимателя, который собирался для этих целей купить освободившуюся шахту для запуска межконтинентальных ракет. Она герметична, прочна и оснащена мощным броневым люком, выдерживающим попадание атомной бомбы. Мой знакомец надеялся от взрыва каждой тонны гексагена получать триста килограммов ценнейшей алмазной пыли…
Каждая пылинка — алмаз исключительно чистой воды.