Драгоценные камни используются не только для создания украшений. Их приобретение — популярный способ инвестировать заработанные средства. Цена на алмазы, сапфиры, изумруды и рубины остается стабильно высокой, а сами камни могут храниться многие годы и передаваться по наследству. Чтобы сделать драгоценности более доступными, ученые разрабатывают и совершенствуют технологии получения синтетических ювелирных камней. Некоторые любители драгоценностей тоже ищут способы, позволяющие вырастить алмаз и другие кристаллы в домашних условиях.
Содержание
Технологии производства драгоценных камней
Первые попытки изготовления искусственных самоцветов относятся к 4000 г. до н. э. Это были бусины, покрытые синей эмалью, имитирующие лазурит. Позже аналоги драгоценных камней изготавливались из цветного стекла, потом — из пластика. Первый эксперимент, в результате которого ученым удалось вырастить минерал, относится к XIX веку. В своей лаборатории француз Марк Годен получил небольшие кристаллы рубина, пытаясь воспроизвести природные процессы кристаллизации.
Современным ученым доступны все знания предшественников, точные приборы и установки, способные создавать очень высокую температуру и давление. Химики и физики практикуют много методов для производства синтезированных камней, в том числе алмазов. Основой для их получения могут быть:
- расплавы;
- растворы;
- газовые среды.
Соответственно, кристалл можно вырастить как преобразованием исходного твердого вещества, так и созданием образца из жидкой или газообразной фазы.
Одной из самых сложных технологий является получение алмаза. Разработка методов его синтеза отталкивалась от того, что бриллиант имеет тот же состав, что и графит. Но заставить одно вещество превратиться в другое непросто. Чтобы сделать алмаз, потребуется температура 1600 ℃ и выше и давление около 110 000 атмосфер. Существуют непроверенные народные методы получения алмаза из графита в домашних условиях с использованием электричества или взрывчатых веществ, но вероятность их успешного применения стремится к нулю.
Чтобы добиться от полученного алмаза ювелирного качества, потребуется еще более сложная промышленная методика, особенности которой производители не раскрывают.
Впервые камни ювелирного качества были получены в 1970 году в Америке компанией «Дженерал электрик»
Наиболее безопасный способ, который можно опробовать, чтобы вырастить алмаз вне лаборатории, требует применения следующих компонентов и приспособлений:
- грифель из карандаша;
- провод;
- жидкий азот или вода;
- источник напряжения.
Каждый из концов кусочка графита нужно обмотать проводом и заморозить грифель в жидком азоте. Если жидкого азота нет, можно поместить заготовку в емкость с водой и заморозить. Следующий шаг — соединить концы провода с источником напряжения и провести через грифель ток. В результате графит должен превратиться в алмаз, то есть приобрести его твердость.
Органические соли
Чтобы синтезировать кристаллы из растворов, в качестве основы используются органические соли. Из этих веществ, называемых квасцами, Марк Годен получил кристаллы рубина. Для этого он сплавил сульфат калия и алюминия с хроматом калия.
Используя некоторые из веществ, любители химии выращивают кристаллы самостоятельно. Например, в домашних условиях получают красивые ярко-синие кристаллические образования из медного купороса. Кроме того, для самостоятельного выращивания минералов различных цветов можно использовать:
- хлорид калия;
- железный купорос;
- сульфат никеля;
- алюмокалиевые квасцы;
- соль Мора;
- калиевую селитру и некоторые другие.
Выбирая подходящий реагент, учитывают, что он должен отвечать таким требованиям:
- растворяться в воде или другом растворителе;
- быть стабильным к повышению температуры;
- не представлять опасности для здоровья при правильном использовании.
Методика выращивания кристаллов из органических солей основана на приготовлении перенасыщенных растворов с последующей кристаллизацией в открытой емкости. Процесс получения красивого «камня» занимает не один месяц и состоит из нескольких ключевых шагов.
Приготовление маточного раствора
Этот этап включает ряд действий:
- В термостойкий стакан объемом 1 л налить 700–800 мл достаточно горячей воды, температура которой равна 50 ℃.
- Постепенно — по 1 столовой ложке — добавлять выбранное вещество и перемешивать состав до полного растворения порошка.
- Когда раствор станет насыщенным, то есть вещество перестанет растворяться, добавить еще 2 столовые ложки и оставить на 24 часа.
- Чтобы в жидкость не попали посторонние частички пыли, емкость можно накрыть листом фильтровальной бумаги.
Получение затравки
Включает в себя несколько шагов:
- Для начала понадобится перелить полученную жидкость в термостойкую колбу, пропуская ее через фильтр, и добавить 1 чайную ложку вещества, в качестве которого могут выступать выпавшие в первоначальном растворе кристаллы.
- Чтобы вещество растворилось, рекомендуют нагревать емкость на водяной бане при температуре не выше 60–70 ℃.
- Чистую емкость ополоснуть кипятком, чтобы она нагрелась до той же температуры, что и раствор, и перелить жидкость в посуду.
- Обернуть емкость тканью, например, полотенцем, накрыть фильтровальной бумагой и дать остыть.
- Когда состав станет прохладным, на дне и стенках стакана образуются небольшие кристаллы, из них надо выбрать один, который и станет основой будущей «драгоценности».
Получение камня
Выращивание монокристалла будет производиться из полученной затравки:
- Понравившийся образец надо плотно обмотать ниткой или леской.
- Другой конец нити можно намотать на палочку или карандаш, которые будут служить опорой.
- Опустить затравку в стакан с раствором комнатной температуры.
- Кристалл растет постепенно, в течение этого периода его нельзя вытаскивать или поворачивать. Если жидкость будет испаряться, обнажая «камень», потребуется долить раствор.
- После того как кристалл достигнет желаемых размеров, его следует аккуратно достать и положить на салфетку.
Иногда выращенные образцы подвержены выветриванию, то есть разрушаются при испарении кристаллизационной жидкости и превращаются в порошок. Сохранить их можно в парафине или под слоем растительного масла.
Некоторые специалисты рекомендуют покрывать поверхность кристалла 2 слоями бесцветного лака
Метод Огюста Вернейля
В конце XVIII — начале XIX века году ученый из Франции Огюст Вернейль разработал новый метод получения искусственных рубинов, называемый также «плавление в пламени». Этот способ обозначил начало этапа промышленного синтеза драгоценных камней. Их стали использовать не только в ювелирном деле, но и в производстве часов, измерительных приборов и для других технических целей.
Вернейль сконструировал и испробовал конструкцию, состоящую из кислородно-водородной горелки, дозатора порошка, из которого будет синтезироваться самоцвет, и керамического основания. В такой печи за 3–4 часа можно вырастить кристалл длиной 40–50 мм. В зависимости от химического состава порошка получают камни различных цветов, а также их звездчатые разновидности.
Однако вырастить с помощью этой методики бриллиант в домашних условиях не получится — таким образом синтезируют, как правило, корунды (рубины и сапфиры), шпинель. В устройстве Вернейля получают синтетические титанит стронция и рутил, которые по блеску могут соперничать с бриллиантами, однако обладают меньшей твердостью. Качественными имитациями алмазов также являются гранатиты, ниобат лития и фианит.
Аппарат для работ на дому
Чтобы освоить выращивание драгоценных камней в домашних условиях, потребуется собрать аппарат, используя образец Вернейля, или приобрести готовый. Устройство должно включать в себя:
- механизм, обеспечивающий постепенное поступление вещества в бункер и потом в горелку;
- муфель;
- катетометр;
- 2 отдельные системы подачи кислорода и водорода;
- кристаллодержатель и механизм его опускания.
В зависимости от выбранного вещества можно вырастить камни различной окраски:
- оксид кобальта — синие и зеленые;
- оксид железа — розовые;
- оксид ванадия — зеленые и серые.
Потребляемая мощность прибора составляет около 3 кВт. Для производства синтетического рубина весом 5–6 г потребуется примерно 3 часа, 0,2 г окиси хрома и 6 г порошка окиси алюминия.
Как выращивать алмазы в домашних условиях
Выращивание «аналогов» алмазов можно организовать, используя доступные на любой кухне сахар или соль. Для начала эксперимента потребуются:
- дистиллированная или кипяченая чистая вода;
- соль;
- нитка или леска;
- карандаш.
Процесс состоит из следующих шагов:
- Создать перенасыщенный раствор: в воду комнатной температуры постепенно добавлять соль и перемешивать ее до тех пор, пока крупицы не перестанут растворяться.
- Нить намотать на карандаш так, чтобы конец ее не доходил до дна емкости. Опустить нить в жидкость.
- Через несколько дней нить покроется кристалликами. Надо выбрать самый крупный образец, прикрепить его к новой нити и опустить в профильтрованный раствор.
- Постепенно «алмаз» будет увеличиваться. Если вода перестанет покрывать алмаз, надо сделать перенасыщенный раствор и долить его в емкость с образцом.
Если добавить в раствор пищевые красители, можно будет вырастить разноцветные кристаллы. Поскольку все используемые в эксперименте вещества не представляют угрозы здоровью, выращивать алмаз из соляного или сахарного раствора можно вместе с детьми.
Советы для домашних экспериментов
Чтобы повысить вероятность успешного создания алмаза своими руками, потребуется соблюдать некоторые рекомендации:
- брать дистиллированную воду — в жидкости не должно быть примесей;
- при работе с химическими веществами надо использовать перчатки и специальную посуду;
- лабораторный фильтр можно заменить марлей, ватой или бумагой;
- вода для раствора должна быть теплой, но не очень горячей;
- в комнате, где будет стоять емкость, должна поддерживаться постоянная температура, без резких перепадов, иначе кристалл вырастет быстро, но будет хрупким;
- при добавлении нового раствора его температура и температура основного должны быть одинаковыми;
- при выращивании прозрачных кристаллов не стоит торопиться — при ускоренном росте они становятся мутными.
Синтетические ювелирные камни обладают всеми достоинствами природных аналогов. Более того, полученные в лаборатории алмазы имеют даже большую твердость и чистоту. Пока ученые не придумали недорогие и доступные каждому способы получения самоцветов в домашних условиях, поэтому любители драгоценностей могут вырастить красивые разноцветные кристаллы из растворов соли или сахара и создать из них собственную коллекцию.