แร่เพชรธรรมชาติ: โครงสร้าง คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

2024 ผู้เขียน: Angel Austin | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 05:43

เพชรเป็นแร่ธรรมชาติที่มีชื่อเสียงและมีราคาแพงที่สุดชนิดหนึ่ง มีการคาดเดาและตำนานมากมายรอบตัวเขา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับคุณค่าและการตรวจจับของปลอม แยกหัวข้อสำหรับการศึกษาคือความสัมพันธ์ระหว่างเพชรและกราไฟท์ หลายคนรู้ว่าแร่ธาตุเหล่านี้มีความคล้ายคลึงกัน แต่ทุกคนไม่รู้ว่าอะไรกันแน่ และคำถามที่ว่าต่างกันอย่างไร ไม่ใช่ทุกคนจะตอบได้ เรารู้อะไรเกี่ยวกับโครงสร้างของเพชรบ้าง? หรือเกณฑ์การตัดสินอัญมณี

โครงสร้างเพชร

เพชรเป็นหนึ่งในสามแร่ธาตุที่มีการดัดแปลงผลึกของคาร์บอน อีกสองชนิดเป็นแกรไฟต์และลอนสเดลไลต์ ส่วนที่สองสามารถพบได้ในอุกกาบาตหรือสร้างขึ้นโดยธรรมชาติ และถ้าหินเหล่านี้เป็นการดัดแปลงแบบหกเหลี่ยม ประเภทของตาข่ายคริสตัลเพชรก็คือลูกบาศก์ ในระบบนี้ อะตอมของคาร์บอนจะถูกจัดเรียงในลักษณะนี้: หนึ่งอะตอมที่จุดยอดแต่ละอันและตรงกลางใบหน้า และสี่อันภายในลูกบาศก์ ปรากฎว่าอะตอมจัดอยู่ในรูปของเตตราเฮดราและอะตอมแต่ละอะตอมอยู่ตรงกลางของอะตอม อนุภาคเชื่อมต่อกันด้วยพันธะที่แข็งแกร่งที่สุด - โควาเลนต์ เนื่องจากเพชรมีความแข็งสูง

คุณสมบัติทางเคมี

โดยสรุปแล้ว เพชรเป็นคาร์บอนบริสุทธิ์ ดังนั้น ผลึกเพชรจะต้องโปร่งใสอย่างยิ่งและส่งผ่านแสงที่มองเห็นได้ทั้งหมด แต่ในโลกนี้ไม่มีสิ่งใดสมบูรณ์แบบ ซึ่งหมายความว่าแร่นี้มีสิ่งเจือปนด้วย เชื่อกันว่าปริมาณสูงสุดของสิ่งเจือปนในเพชรพลอยไม่ควรเกิน 5% องค์ประกอบของเพชรสามารถมีทั้งของแข็งและของเหลวและก๊าซ สารที่พบบ่อยที่สุดคือ:

• ไนโตรเจน;
• โบรอน;
• อลูมิเนียม
• ซิลิกอน;
• แคลเซียม;
• แมกนีเซียม

นอกจากนี้ ส่วนประกอบอาจรวมถึงควอตซ์ โกเมน โอลีวีน แร่ธาตุอื่นๆ เหล็กออกไซด์ น้ำ และสารอื่นๆ บ่อยครั้งที่องค์ประกอบเหล่านี้พบในองค์ประกอบของแร่ในรูปแบบของการรวมแร่เชิงกล แต่บางส่วนสามารถแทนที่คาร์บอนในโครงสร้างเพชร - ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า isomorphism ในกรณีนี้ การรวมตัวอาจส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อคุณสมบัติทางกายภาพของแร่ สี การสะท้อนของแสง และการรวมไนโตรเจนทำให้แร่มีคุณสมบัติการเรืองแสง

สมบัติทางกายภาพ

โครงสร้างของเพชรเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติทางกายภาพ ประเมินตามเกณฑ์สี่ประการ:

• ความแข็ง;
• ความหนาแน่น;
• การกระจายและการหักเหของแสง
• ตะแกรงคริสตัล

ความแข็งของแร่ธาตุประเมินในระดับ Mohs คะแนนในระบบนี้คือ 10 ซึ่งเป็นตัวบ่งชี้สูงสุด ถัดไปในรายการคือคอรันดัม ตัวบ่งชี้ของมันคือ 9 แต่ความแข็งน้อยกว่า 150 เท่า ซึ่งหมายความว่าเพชรที่เหนือกว่าแน่นอนในตัวบ่งชี้นี้

อย่างไรก็ตาม ความกระด้างของแร่ไม่ได้หมายความถึงความแข็งแกร่งเลย เพชรค่อนข้างเปราะและแตกหักง่ายหากใช้ค้อนทุบ

ความถ่วงจำเพาะของเพชร (ความหนาแน่น) กำหนดอยู่ในช่วง 3.42 ถึง 3.55 g/cm³ มันถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของน้ำหนักของแร่ต่อน้ำหนักของน้ำในปริมาตรเดียวกัน

นอกจากความแข็งแล้ว ยังมีดัชนีการหักเหของแสงสูง (2.417-2.421) และการกระจายตัว (0.0574) การผสมผสานของคุณสมบัตินี้ทำให้เพชรเป็นอัญมณีที่มีค่าและเหมาะสมที่สุด

คุณสมบัติทางกายภาพอื่นๆ ของแร่ก็มีความสำคัญเช่นกัน เช่น การนำความร้อน (900-2300 W/m·K) ซึ่งเป็นสารที่สูงที่สุดในบรรดาสารทั้งหมด คุณยังสามารถสังเกตความสามารถของแร่ที่จะไม่ละลายในกรดและด่าง คุณสมบัติของไดอิเล็กตริก ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำสำหรับโลหะในอากาศ และจุดหลอมเหลวสูง 3700-4000 °C ที่ความดัน 11 GPa

ความเหมือนและความแตกต่างระหว่างเพชรกับกราไฟต์

คาร์บอนเป็นหนึ่งในองค์ประกอบที่พบได้บ่อยที่สุดในโลก โดยพบได้ในสารหลายชนิด โดยเฉพาะในสิ่งมีชีวิต กราไฟต์เช่นเดียวกับเพชรประกอบด้วยคาร์บอน แต่โครงสร้างของเพชรและกราไฟต์ต่างกันมาก เพชรสามารถเปลี่ยนเป็นแกรไฟต์ได้ภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูงโดยไม่ต้องเข้าถึงออกซิเจน แต่ภายใต้สภาวะปกติสามารถเปลี่ยนแปลงได้ไม่จำกัดยังคงไม่เปลี่ยนแปลงนี้เรียกว่า metastability นอกจากนี้ชนิดของตาข่ายคริสตัลเพชรเป็นลูกบาศก์ แต่กราไฟต์เป็นแร่ชั้นหนึ่ง โครงสร้างของมันดูเหมือนชั้นต่างๆ ที่อยู่ในระนาบต่างๆ ชั้นเหล่านี้ประกอบด้วยรูปหกเหลี่ยมที่สร้างระบบคล้ายรวงผึ้ง พันธะที่แข็งแกร่งจะเกิดขึ้นระหว่างรูปหกเหลี่ยมเหล่านี้เท่านั้น แต่ระหว่างชั้นพวกมันจะอ่อนมาก สิ่งนี้ทำให้เกิดการเรียงชั้นของแร่ นอกจากความแข็งต่ำแล้ว กราไฟท์ยังดูดซับแสงและมีความมันวาวของโลหะ ซึ่งแตกต่างจากเพชรอย่างมาก

แร่ธาตุเหล่านี้เป็นตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดของ allotropy ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่สารมีคุณสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกัน แม้ว่าจะประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีเดียวกัน

กำเนิดเพชร

ไม่มีความคิดเห็นที่แน่ชัดเกี่ยวกับวิธีการที่เพชรก่อตัวขึ้นในธรรมชาติ มีหินหนืด เสื้อคลุม อุกกาบาต และทฤษฎีอื่นๆ อย่างไรก็ตาม สิ่งที่พบบ่อยที่สุดคือแมกมาติก เป็นที่เชื่อกันว่าเพชรก่อตัวขึ้นที่ความลึกประมาณ 200 กม. ภายใต้ความดัน 50,000 บรรยากาศ จากนั้นจึงนำขึ้นสู่ผิวน้ำพร้อมกับแมกมาระหว่างการก่อตัวของท่อคิมเบอร์ไลต์ อายุของเพชรแตกต่างกันไปตั้งแต่ 100 ล้านถึง 2.5 พันล้านปี นอกจากนี้ยังได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์แล้วว่าสามารถก่อตัวเป็นเพชรได้เมื่ออุกกาบาตกระทบพื้นผิวโลก และยังพบได้ในหินอุกกาบาตด้วย อย่างไรก็ตาม คริสตัลจากแหล่งกำเนิดนี้มีขนาดเล็กมากและไม่ค่อยเหมาะสำหรับการแปรรูป

ฝากเพชร

การฝากครั้งแรกที่เป็นเพชรถูกค้นพบและขุดในอินเดีย แต่เมื่อถึงปลายศตวรรษที่ 19 เพชรเหล่านี้หมดลงอย่างรุนแรง อย่างไรก็ตาม ที่นั่นมีการขุดตัวอย่างที่มีชื่อเสียง ขนาดใหญ่ และมีราคาแพงที่สุด และในศตวรรษที่ 17 และ 19 มีการค้นพบแหล่งแร่ในบราซิลและแอฟริกาใต้ ประวัติศาสตร์เต็มไปด้วยตำนานและข้อเท็จจริงเกี่ยวกับการเร่งรีบของเพชร ซึ่งเกี่ยวข้องกับเหมืองในแอฟริกาใต้โดยเฉพาะ แหล่งแร่เพชรที่ค้นพบล่าสุดอยู่ในแคนาดา การพัฒนาเริ่มขึ้นในทศวรรษสุดท้ายของศตวรรษที่ 20

เหมืองในนามิเบียมีความน่าสนใจเป็นพิเศษ แม้ว่าการทำเหมืองเพชรจะมีธุรกิจที่ยากและอันตราย การสะสมของผลึกจะกระจุกตัวอยู่ใต้ชั้นของดินซึ่งถึงแม้จะทำให้งานซับซ้อน แต่ก็พูดถึงแร่ธาตุคุณภาพสูง เพชรที่เดินทางหลายร้อยกิโลเมตรไปยังพื้นผิวด้วยการเสียดสีกับหินก้อนอื่นอย่างต่อเนื่องเป็นคริสตัลคุณภาพสูงและคุณภาพต่ำกว่านั้นไม่สามารถทนต่อการเดินทางเช่นนี้ได้ ดังนั้น 95% ของหินที่ขุดจึงเป็นอัญมณีที่มีคุณภาพ นอกจากนี้ยังมีท่อ Kimberlite ที่มีชื่อเสียงและอุดมด้วยแร่ธาตุในรัสเซีย บอตสวานา แองโกลา กินี ไลบีเรีย แทนซาเนีย และประเทศอื่นๆ

แปรรูปเพชร

การแปรรูปเพชรต้องใช้ประสบการณ์ ความรู้ และทักษะที่ยอดเยี่ยม ก่อนเริ่มงานจำเป็นต้องศึกษาหินอย่างละเอียดเพื่อรักษาน้ำหนักของมันให้ได้มากที่สุดและกำจัดสิ่งเจือปน เพชรเจียระไนที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดคือทรงกลม ช่วยให้อัญมณีเปล่งประกายด้วยทุกสีและสะท้อนแสงได้อย่างเหมาะสมที่สุด แต่งานนี้ก็ยากที่สุดเช่นกัน:เพชรกลมมี 57 ระนาบ และเมื่อตัดเพชร สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตสัดส่วนที่แม่นยำที่สุด การตัดที่ได้รับความนิยม ได้แก่ วงรี, หยดน้ำตา, หัวใจ, มาคี, มรกตและอื่น ๆ การประมวลผลแร่มีหลายขั้นตอน:

• มาร์กอัป;
• แยก;
• เลื่อย;
• ปัดเศษ;
• ตัด

ยังเชื่อกันว่าหลังจากการแปรรูปเพชรจะลดน้ำหนักได้ครึ่งหนึ่ง

เกณฑ์การประเมินเพชร

เมื่อขุดเพชร แร่ธาตุเพียง 60% เท่านั้นที่เหมาะสำหรับการแปรรูป เรียกว่าเครื่องประดับ โดยธรรมชาติแล้ว ราคาของหินหยาบจะต่ำกว่าราคาของเพชรมาก (มากกว่าสองเท่า) เพชรมีมูลค่าตามระบบ 4C:

1. กะรัต (น้ำหนักกะรัต) - 1 กะรัต เท่ากับ 0.2 กรัม
2. สี (สี) - แทบไม่เคยพบเพชรสีขาวบริสุทธิ์ แร่ธาตุส่วนใหญ่มีเฉดสีที่แน่นอน ค่าของมันส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับสีของเพชร หินส่วนใหญ่ที่พบในธรรมชาติมีโทนสีเหลืองหรือน้ำตาล อัญมณีสีชมพู สีฟ้า และสีเขียวจะพบได้ไม่บ่อยนัก แร่ธาตุที่มีสีอิ่มตัวที่หายากที่สุดสวยงามและมีราคาแพงจึงเรียกว่าแฟนตาซี หายากที่สุดคือสีเขียว สีม่วง และสีดำ
3. ความชัดเจน (ความชัดเจน) เป็นตัวบ่งชี้ที่สำคัญที่กำหนดว่ามีข้อบกพร่องในหินและส่งผลต่อมูลค่าของมันอย่างมีนัยสำคัญ
4. Cut (cut) - ลักษณะของเพชรขึ้นอยู่กับการเจียระไนอย่างมาก การหักเหและการสะท้อนของแสงความเปล่งประกาย "เจิดจ้า" ชนิดหนึ่งทำให้หินก้อนนี้มีค่ามาก และรูปร่างหรือสัดส่วนที่ไม่ถูกต้องระหว่างการประมวลผลอาจทำให้หินเสียหายได้

การผลิตเพชรเทียม

ตอนนี้เทคโนโลยีทำให้คุณ "เติบโต" เพชรได้ แทบจะแยกไม่ออกจากเพชรธรรมชาติ มีหลายวิธีในการสังเคราะห์:

1. การสร้างเพชร HPHT เป็นวิธีที่ใกล้เคียงกับสภาพธรรมชาติมากที่สุด แร่ธาตุถูกสร้างขึ้นจากกราไฟต์และเพชรเมล็ดที่อุณหภูมิ 1400 ° C ภายใต้ความดัน 50,000 บรรยากาศ วิธีนี้ทำให้คุณสามารถสังเคราะห์หินคุณภาพอัญมณีได้
2. การสร้างเพชร CVD (การสังเคราะห์ฟิล์ม) - การผลิตหินในสภาวะสุญญากาศโดยใช้เมล็ดพืชและมีเทนและก๊าซไฮโดรเจน วิธีนี้ทำให้สามารถสังเคราะห์แร่ธาตุที่บริสุทธิ์ที่สุดได้ อย่างไรก็ตาม แร่ธาตุเหล่านี้มีขนาดเล็กมาก ดังนั้นจึงใช้ในอุตสาหกรรมเป็นหลัก
3. ระเบิดฟิวชันเป็นวิธีการที่ผลิตผลึกเพชรขนาดเล็กโดยจุดชนวนระเบิดแล้วทำให้เย็นลง

วิธีแยกของแท้จากของปลอม

พูดถึงวิธีการตรวจสอบความแท้ของเพชร ควรแยกความแตกต่างระหว่างการตรวจสอบความถูกต้องของเพชรกับเพชรหยาบ คนที่ไม่มีประสบการณ์สามารถสับสนระหว่างเพชรกับควอตซ์ คริสตัล แร่ธาตุโปร่งใสอื่นๆ และแม้กระทั่งแก้ว อย่างไรก็ตาม คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีที่โดดเด่นของเพชรทำให้ง่ายต่อการตรวจพบของปลอม

Bก่อนอื่นควรจดจำความแข็ง หินก้อนนี้สามารถขีดข่วนพื้นผิวใดก็ได้ แต่มีเพียงเพชรอีกเม็ดเท่านั้นที่สามารถทิ้งรอยไว้ได้ นอกจากนี้ เหงื่อจะไม่เหลืออยู่บนผลึกธรรมชาติหากคุณหายใจเข้าไป บนหินเปียก จะมีรอยเหมือนดินสอ ถ้าคุณเอาอะลูมิเนียมทับมัน คุณสามารถตรวจสอบด้วยการเอ็กซ์เรย์: หินธรรมชาติภายใต้รังสีมีสีเขียวเข้ม หรือมองทะลุผ่านข้อความ: เป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างมันด้วยเพชรธรรมชาติ นอกจากนี้ ยังมีข้อสังเกตอีกว่าสามารถตรวจสอบความเป็นธรรมชาติของหินสำหรับการหักเหของแสงได้: นำต้นฉบับไปยังแหล่งกำเนิดแสง คุณจะเห็นเพียงจุดเรืองแสงตรงกลางเท่านั้น