Úvod
Predchádzajúci článok, Čo je diamant?, vysvetlil, že diamant je uhlík viazaný v trojrozmernej sp3 mriežke — a že táto štruktúra vytvára jeho tvrdosť, briliantnosť a oheň. Tento článok sa podrobnejšie venuje kryštalografii: aký tvar má táto mriežka, do akých foriem diamantový kryštál rastie, kde ležia jeho roviny slabosti a čo sa stane, keď rast kryštálu prebehne mierne nesprávne.
Tieto záležitosti nie sú abstraktné. Kryštálový habit surového diamantu určuje, ako k nemu brúsič pristupuje. Štiepne plochy diktujú, kde sa kameň môže čisto rozštiepiť a kde je náchylný na poškodenie. Zrastanie ovplyvňuje, ako sa svetlo pohybuje cez hotový kameň. Pochopenie kryštálovej štruktúry diamantu spája geológiu surových diamantov s rozhodnutiami, ktoré formujú každý brúsený kameň, s ktorým sa stretnete v klenotníctve.
Kľúčové body
Kubická kryštálová sústava
Minerály sa klasifikujú do siedmich kryštálových sústav na základe symetrie ich elementárnej bunky — najmenšieho opakujúceho sa bloku, ktorý tvorí celý kryštál. Diamant patrí do kubickej sústavy, nazývanej aj izometrická sústava. V tejto sústave sú tri kryštalografické osi rovnakej dĺžky a stretávajú sa v pravých uhloch. Je to najsymetrickejšia zo všetkých kryštálových sústav.
Špecifická štruktúra diamantu v rámci kubickej sústavy je plošne centrovaný kubický (FCC) rošt s dvochatómovou bázou. Každý atóm uhlíka sedí v strede tetraédra tvoreného jeho štyrmi najbližšími susedmi a vzor sa opakuje identicky v každom smere. Vďaka tejto vysokej symetrii je diamant opticky izotropný — jeho index lomu (2.417) je rovnaký bez ohľadu na smer, ktorým svetlo prechádza kryštálom. Toto je kľúčový rozdiel od mnohých iných drahých kameňov. Zafír (trigonálna sústava) a smaragd (hexagonálna sústava) sú dvojlomné: svetlo sa rozdelí na dva lúče cestujúce rôznymi rýchlosťami v závislosti od smeru. V diamante sa svetlo správa rovnako pozdĺž každej osi.
Elementárna bunka diamantu má parameter mriežky 3.567 angströmov. Osem atómov uhlíka patrí do každej elementárnej bunky. Hustota vyplýva z tejto geometrie: 3.52 g/cm3, čo je konzistentné naprieč všetkými prírodnými a laboratórne vytvorenými diamantmi.
Kryštálové habity — Ako vyzerajú surové diamanty
Kryštálový habit opisuje vonkajší tvar, do ktorého minerál zvyčajne rastie. Zatiaľ čo vnútorná štruktúra diamantu je vždy rovnaký FCC rošt, vonkajšia forma sa líši v závislosti od podmienok počas rastu — teploty, tlaku, rýchlosti rastu a chémie okolitého prostredia.
Oktaéder. Najbežnejší habit pre prírodný diamant drahokamovej kvality. Oktaéder má osem rovnostranných trojuholníkových plôch a podobá sa dvom pyramídam spojeným základňou k základni. Oktaedrické plochy zodpovedajú kryštalografickým rovinám {111}. Mnoho surových diamantov prichádza do brúsnych závodov ako úplné alebo čiastočné oktaédre. Oktaedrický tvar je pre brúsičov významný, pretože ponúka prirodzenú symetriu, ktorá sa hodí na efektívny výnos — dobre tvarovaný oktaéder sa dá rozrezať na polovicu, aby sa získali dva okrúhle brilianty.
Kocka. Kubické diamanty sú ohraničené plochami {100} — šiestimi štvorcovými plochami v pravých uhloch. Kubický habit je menej bežný pri surových diamantoch drahokamovej kvality a častejší pri priemyselnom diamante. Kubické kryštály sa často javia ako nepriehľadné alebo priesvitné, skôr než transparentné, hoci sa vyskytuje aj číry kubický surový diamant. Povrch kubických diamantov často vykazuje charakteristickú stupňovitú alebo terasovitú textúru spôsobenú striedajúcimi sa rastovými vrstvami.
Dodekaéder (rombický dodekaéder). Dvanásť kosoštvorcových plôch ohraničených rovinami {110}. Dodekaedrické diamanty sú bežné a často vykazujú zakrivené alebo zaoblené plochy, skôr než ploché, ostré plochy viditeľné na oktaédroch. Toto zaoblenie je výsledkom rozpúšťania — kryštál sa čiastočne resorbuje v plášti predtým, ako sa dostane na povrch. Mnoho surových diamantov drahokamovej kvality je dodekaedrických alebo prechodných medzi oktaedrickou a dodekaedrickou formou.
Kombinované a prechodné formy. V praxi mnoho surových diamantov vykazuje plochy z viac ako jednej kryštálovej formy — napríklad oktaéder so zrezanými hranami ukazujúcimi dodekaedrické plochy. Relatívny vývoj rôznych typov plôch poskytuje vodítka o podmienkach, za ktorých sa diamant formoval, a o tom, ako dlho strávil v rôznych tepelných prostrediach v rámci plášťa.
Ploché a tabuľkovité kryštály. Niektoré surové diamanty rastú ako sploštené platničky. Tieto tenké, často trojuholníkové kryštály sa nazývajú makle (diskutované nižšie pod zrastaním). Predstavujú osobitné výzvy pre brúsičov, pretože ich geometria obmedzuje dostupnú hĺbku pre fazety pavilónu.
Štiepne plochy
Štiepateľnosť je tendencia kryštálu lámať sa pozdĺž špecifických rovín, kde je atómová väzba relatívne slabšia. V diamante nastáva štiepateľnosť pozdĺž oktaedrických rovín {111} — rovnakých rovín, ktoré tvoria plochy oktaedrického kryštálu.
To sa môže zdať protirečivé: diamant je najtvrdší prírodný materiál, napriek tomu sa môže štiepiť pozdĺž definovaných smerov. Kľúčom je rozdiel medzi tvrdosťou (odolnosťou proti poškriabaniu) a húževnatosťou (odolnosťou proti lomu). Tvrdosť meria obtiažnosť premiestnenia atómov na povrchu. Štiepateľnosť meria energiu potrebnú na oddelenie jednej roviny atómov od druhej. Pozdĺž smeru {111} je hustota atómových väzieb prechádzajúcich rovinou nižšia ako v iných smeroch, čo vytvára preferenčnú lomovú dráhu.
Diamant má štyri štiepne plochy, zodpovedajúce štyrom jedinečným orientáciám rodiny {111} v kubickej sústave. Zručný štiepač môže umiestniť čepeľ pozdĺž jednej z týchto plôch a presným úderom rozdeliť surový diamant čisto na dva kusy. Táto technika bola primárnou metódou delenia surového diamantu predtým, ako sa v dvadsiatom storočí stalo štandardom mechanické pílenie. Používa sa dodnes v špecifických situáciách, kde je pílenie nepraktické — napríklad pri odstraňovaní veľkej inklúzie umiestnenej blízko povrchu.
Dôsledky pre šperky. Štiepateľnosť znamená, že diamanty nie sú nezničiteľné. Tenké hrany — ostrá rondista alebo špicatý hrot marquise alebo hruškovitého tvaru — sú zraniteľné. Ostrý úder pozdĺž smeru štiepateľnosti môže kameň odštiepiť alebo zlomiť. To je jeden z dôvodov, prečo gemológovia odporúčajú ochranné zasadenia (ako sú V-hroty alebo lunety) pre špicaté tvary diamantov.
Zrastanie
Zrastanie (twinning) nastáva, keď dve alebo viac kryštálových domén rastú spoločne v rôznych orientáciách a zdieľajú spoločnú kryštalografickú rovinu. V diamante je najbežnejším zákonom zrastania spinelový zrast, kde sú dve kryštálové polovice zrkadlovo prepojené cez rovinu {111}. Výsledný kryštál sa nazýva makle.
Kontaktné zrasty (makle). Makle je typicky sploštený, trojuholníkový kryštál, ktorý vyzerá ako dve plytké oktaedrické polovice spojené na svojich základniach a otočené o 180 stupňov vzhľadom na seba. Rovinný zrast prechádza stredom kameňa. Makle sú bežné — predstavujú významnú časť produkcie prírodných surových diamantov.
Zrastanie ovplyvňuje diamant niekoľkými praktickými spôsobmi:
Obtiažnosť brúsenia. Dve kryštálové domény majú rôzne orientácie zrna. Pretože tvrdosť diamantu sa mierne líši v závislosti od kryštalografického smeru (vlastnosť nazývaná diferenčná tvrdosť alebo smerová tvrdosť), brúsič musí prispôsobiť smer brúsenia pri prechode z jednej zrastovej domény do druhej. Zrastený surový diamant sa brúsi ťažšie ako nezrastený.
Narušenie štiepateľnosti. Štiepne plochy v každej zrastovej doméne prebiehajú rôznymi smermi. To znamená, že zrastený diamant sa nedá rozštiepiť cez hranicu zrastu — štiepna plocha v jednej doméne nepokračuje do druhej. Paradoxne, to robí zrastené diamanty húževnatejšími (odolnejšími voči lomu) ako nezrastené kryštály v niektorých orientáciách, pretože prasklina sa nemôže šíriť priamo cez kameň.
Vnútorné odrazy. Zrastové roviny môžu pôsobiť ako vnútorné reflektory alebo spôsobiť lokalizované napätie, ktoré sa niekedy prejavuje ako viditeľná línia zrna pri zväčšení. Pri klasifikácii čistoty sú zrastové závoje — jemné, niťovité inklúzie spojené so zrastovými rovinami — uznávanou charakteristikou čistoty na správach GIA.
Cyklické a penetračné zrasty. Menej bežné ako jednoduché kontaktné zrasty, tieto formy vznikajú, keď sa pretínajú viaceré zrastové domény. Hviezdicovité alebo päťcípe cyklické zrasty sú známe, ale zriedkavé. Penetračné zrasty, kde sa dva oktaedrické kryštály vzájomne prenikajú, vytvárajú vizuálne nápadné vzorky, ktoré sú cenené zberateľmi minerálov, hoci sa zriedkavo používajú na brúsenie drahokamov.
Povrchové znaky
Surové diamantové kryštály nesú povrchové značky, ktoré odhaľujú ich rast a geologickú históriu:
- Trigony — malé trojuholníkové jamky na oktaedrických plochách, orientované opačne k obrysu plochy. Vznikajú prirodzeným leptaním a rozpúšťaním. Ich hĺbka a ostrosť naznačujú, koľko resorbcie kryštál zažil.
- Rastové línie — jemné rovnobežné línie na kryštálových plochách, sledujúce postupujúce rastové vrstvy. Najviditeľnejšie sú na kubických plochách.
- Štítovité lamely — ploché, štítovité výčnelky na dodekaedrických plochách, zaznamenávajúce prechod z oktaedrického na dodekaedrický rast.
- Leptané kanály — úzke, rúrkovité kanály prenikajúce povrchom kryštálu, spôsobené chemickým rozpúšťaním pozdĺž línií defektov.
Tieto vlastnosti sa odstraňujú počas brúsenia a leštenia, ale usmerňujú brúsičovo hodnotenie surového kameňa — odhaľujú vnútorné napätie, smer rastu a potenciálne inklúzne zóny pred prvým rezom pílou.
Často kladené otázky
Do akej kryštálovej sústavy patrí diamant?
Diamant patrí do kubickej (izometrickej) kryštálovej sústavy. Jeho atómy sa usporiadajú do plošne centrovaného kubického roštu, ktorý sa rovnomerne opakuje v troch rozmeroch, vďaka čomu je diamant opticky izotropný — jeho index lomu 2.417 je rovnaký bez ohľadu na smer, ktorým svetlo prechádza kryštálom.
Ako vyzerá surový diamant?
Najbežnejší prírodný tvar je oktaéder — dve štvorstenné pyramídy spojené svojimi základňami. Surové diamanty sa tiež vyskytujú ako kocky, dodekaédre (dvanásťplochové kryštály s často zaoblenými povrchmi) a ploché trojuholníkové makle vzniknuté zrastaním. Povrchové znaky ako trigony a rastové línie odhaľujú geologickú históriu kryštálu.
Prečo sa diamant môže štiepiť, ak je to najtvrdší materiál?
Diamant sa štiepi pozdĺž štyroch oktaedrických plôch {111}, kde je hustota atómových väzieb prechádzajúcich rovinou nižšia ako v iných smeroch. Tvrdosť meria odolnosť proti poškriabaniu; štiepateľnosť meria odolnosť proti štiepeniu pozdĺž špecifických rovín. Brúsiči diamantov využívajú tieto štiepne plochy po stáročia na delenie surových kameňov.
Čo je to diamantový makle?
Makle je zrastený diamantový kryštál — dve kryštálové polovice zrkadlovo prepojené cez rovinu {111}, čím vzniká plochý, trojuholníkový kameň. Makle sú v prírode bežné a predstavujú výzvy pre brúsenie, pretože dve kryštálové domény majú rôzne orientácie zrna, čo si vyžaduje, aby brúsič prispôsobil smer pri prechode cez hranicu zrastu.
Zhrnutie
Diamant kryštalizuje v kubickej sústave ako plošne centrovaný kubický rošt s plnou trojrozmernou symetriou. Jeho najbežnejšia prírodná forma je oktaéder, hoci sa v závislosti od podmienok rastu vyskytujú aj kocky, dodekaédre a zaoblené tvary rozpúšťania. Štyri štiepne plochy pozdĺž smerov {111} dávajú brúsičom spôsob, ako deliť surový diamant, ale zároveň vytvárajú zraniteľnosť tenkých hrán hotových kameňov. Zrastanie — najmä tvorba maklí — komplikuje brúsenie zavedením viacerých orientácií zrna, ale zároveň zvyšuje húževnatosť blokovaním šírenia prasklín cez zrastové hranice. Kryštalografia diamantu nie je oddelená od jeho krásy alebo trvanlivosti; je priamym zdrojom oboch.