Выращиваем алмаз

Алмаз, этот "сгустившийся солнечный свет", как говорили о нем древние легенды - это кристаллический углерод. Т.е. он состоит из тех же атомов, что и уголь, графит, сажа.   

Отличие состоит лишь в структуре, в расположении этих атомов. Атомы углерода соединены как бы в шестиугольные кольца и в алмазе и в графите, но в последнем эти шестиугольники образуют слои, расстояние между которыми большое и связи между слоями от этого слабые. Отсюда и свойства графита. Этот минерал состоит как бы из чешуек, которые легко смещаются относительно друг друга.   
В алмазе каждый атом углерода отстоит на одинаковом расстоянии от четырех таких же атомов. Структура более компактная, более прочная.   
Идея о том, чтобы каким-то образом воздействуя на эти вещества, превращать одно в другое возникла давно.
И превратить алмаз в графит оказалось довольно просто. При нагревании алмаз элементарно сгорает, превращаяь в газообразный углерод, а иногда и в графит.    

Такой опыт провели академики итальянской "Академии опыта" еще в 17-м веке во Флоренции. Они направили на алмаз солнечные лучи, сфокусированные линзой, и алмаз задымился и .. сгорел.
 Аналогичный опыт продемонстрировал в Петербургском горном училище русский минералог Карамышев в 1773 г., произведя "сжигание алмаза нарочитой величины".    
 Обратная же задача - превращение графита в алмаз, оказалась не простой. На ее решение ушло более ста лет.
Считается, что первым удалось получить искусственные алмазы английскому химику Хеннею в конце 19-го века. Он смешивал различные парафины с костяными жирами и загружал смесь в прочную стальную трубу, похожую на ствол пушки. Концы трубы запаивались и, затем, труба нагревалась до красного каления и выдерживалась в таком состоянии в течение целого дня. После большого количества опытов, ему удалось получить 12 маленьких кристалликов. "Искусственные алмазы Хеннея" были помещены в Британский музей в Лондоне, где их можно увидеть и сегодня.    
Есть сведения, что еще раньше - в 40-х годах этого же века естествоиспытатель В.Н.Каразин, основатель Харьковского университета, получил "сходные с алмазом" кристаллики, сжигая уголь в запаянной стальной трубе. Но кристаллы эти не сохранились, поэтому можно лишь гадать, были ли они алмазами.
 Аналогичные опыты проводились многими, но произвести заветное превращение не  удавалось.

 В 1939 г. советский физик О.И.Лейпунский теоретически расчитал, что для перехода графита в алмаз требуется  одновременное воздействие огромного давления порядка 45-60 тыс. атмосфер и одновременный нагрев до 1300-1700 градусов по Цельсию.   
Опыты по синтезу алмазов в СССР завершились удачей лишь после того, как в 1959 г. установили диаграмму равновесной устойчивости (фазовую диаграмму) углерода.   
 В лаборатории американской фирмы "Дженерал электрик компани" в 1954 г. создали аппаратуру, выдерживающую в течение 6-8 часов давление в 100 тыс. атмосфер при температуре 2600 градусов Цельсия, и получили искусственные кристаллы алмаза размером до миллиметра.   
 Первое время в качестве исходного материала использовали чистый графит. Впоследствие, начали применять катализаторы - хром, марганец, железо, кобальт, никель и др. металлы - вещества, которые сами в кристаллизации не участвуют, но облегчают растворение и кристаллизацию углерода.    

Благодаря катализаторам, японским фирмам, например, удалось синтезировать алмаз при температуре всего лишь 800 - 1200 градусов и давлении 8 тыс.атмосфер.    
Есть методы, позволяющие получать кристаллики алмаза величиной 1 -2 кубических миллиметра из монокристаллов графита под давлением полторы тысячи атмосфер и температуре в 1000 градусов.    
Синтетические кристаллы алмаза пока еще очень мелки. Выращивать кристаллы ювелирного качества  пока не удается, но они почти полностью заменили природные кристаллы при изготовлении алмазно-абразивного инструмента.