الرئيسية
أشكال الألماس البلورية
بعض الأشكال البلورية للالماس الطبيعيلا يأخذ الألماس الطبيعي أشكالاً بلورية نموذجية إلا نادراً، فهو يكون في العادة بأشكال بلورية محدبة أو متدرجة الوجوه، خشنة أو متعرجة السطح، مكورة أو مفلطحة تشبه الحصى ، وذلك نتيجة نمو البلورات غير المتماثل في الاتجاهات المختلفة لضيق حيز وسط النمو من ناحية أو نتيجة الانحلال أو الانصهار الجزئي بعد تشكل البلورات، من ناحية ثانية. غير أن الحبيبات الألماسية الطبيعية تأخذ عند تقسيمها في المعامل أشكالاً بلورية هندسية مميزة ومحددة، تتحكم فيها طبيعة التوزع الفراغي لعناصر الكربون في البنية الداخلية المكعبية النظام.
تأخذ بلورات الألماس في الحالات النموذجية الطبيعية أو بعد التقسيم المعملي أشكالاً هندسية منتظمة كثيرة، من أهمها الأشكال التالية
ثماني الوجوه المثلثية trigonal octahedron: وهو بمنزلة هرمين ملصقين بقاعدتيهما المربعتين، ويكون محدداً بثمانية وجوه مثلثية.
المكعب cube أو سداسي الوجوه المربعة tetragonal hexahedron.
اثنا عشري الوجوه المعينية rombic doolecahedron.
رباع سداسي الوجوه المثلثية trigonal-tetra hexahedron وهو محدد بأربعة وعشرين وجهاً مثلثاً منتظماً (نتيجة إبدال كل وجه من المكعب بأربعة وجوه).
بعض الاشكال الهندسية المنتظمة لبلورات الالماسسُداس ـ ثماني الوجوه المثلثية trigonal-hex octahedron وهو محدد بثمانية وأربعين وجهاً مثلثياً (غير منتظم) نتيجة إبدال كل وجه من ثماني الوجوه بستة وجوه.
توأمية بسيطة نجمية الشكلشكل مركب مؤلف من مكعب + رباعي ـ سداسي الوجوه cube+tetra hexahedron وهو محدد في آن واحد بستة وجوه مربعة وأربعة وعشرين وجهاً على شكل شبه منحرف.
تنتمي الأشكال البلورية لحبيبات الألماس كافة إلى منظومة البلّور المكعبية cubic system المتميزة بغناها بعناصر التناظر. وإضافة إلى الأشكال البلورية المفردة السابقة وغيرها بين حبيبات الألماس الطبيعي المفصولة من صخورها الأم تصادف حبيبات مؤلفة من بلورتين أو أكثر ملتصق بعضها ببعض على هيئة توائم twins تدعى الحبيبات الأولى منها بالتوائم البسيطة، والثانية بالتوائم المتكررة، وتتحقق تلك التوائم وفق قوانين محددة وتأخذ أشكالاً متنوعة (الشكل 3). ويحدث أحياناً تجمعات لعدد كبير من الحبيبات الألماسية الصغيرة بأشكال كروية أو شبه كروية كما هو الحال في الألماس من النوع بورت bort وكاربونادو carbonado.
بنية الألماس الداخلية
تتألف بنية الألماس الداخلية من تكرار أعداد لا نهائية من وحدات مكعبية متماثلة تدعى الخلايا الأولية البنائية ذات الأبعاد المتساوية والمحددة بـ 0.356 نانومتر. تتراص تلك الوحدات بإحكام في الاتجاهات الثلاثة من دون فواصل بينها فتكوّن بلورة يختلف قدها وشكلها باختلاف أعداد وحداتها ومرحلة النمو التي توقفت عندها. تأخذ الخلية الأولية البنائية لبلورة الألماس شكل مكعب (الشكل 4 ـ ب) تتوزع عناصر الكربون فيه فتتوضع في ذراه ومراكز وجوهه، إضافة إلى توضع أربعة عناصر في مراكز أربعة من مكعباته الثمانية على التناوب. وبذلك يكون كل عنصر كربون في الخلية مرتبطاً بأقرب أربعة عناصر كربون مجاورة موزعة تناظرياً على رؤوس رباعي وجوهٍ منتظمٍ ـ أي ذو أربعة وجوه مثلثية متساوية وترتبط عناصر الكربون بعضها ببعض في جميع الاتجاهات المحددة بروابط تكافئية متينة (روابط ذرية) تجعل المسافات فيما بينها مساوية 0.154 نانومتر. وبذلك يمكن النظر إلى بلورة الألماس النموذجية على أنها جزء واحد ضخم ذو روابط ذرية متينة جداً تكسبه القساوة، ويفترض في بلورات الألماس النموذجية أن تكون خالية من الشوائب والعيوب في بنيتها الداخلية وهذا ما يكسبها شفوفاً عالياً تجاه الأشعة الضوئية المرئية. ومع ذلك فقد ثبت أن البلورات مهما كانت صافية، وحتى التزينية منها، تشتمل على نسب زهيدة متباينة من الشوائب والعيوب تصل في بعض الأحيان إلى 1810 عنصر في كل 1سم3. ومن أهم العناصر التي تشوبها: السيليكون والألمنيوم والكالسيوم والمغنيسيوم. وهي تتوزع في أطراف بنية البلورات بكثافة أكبر مما هي عليه في أواسطها، ولا تزيد نسبتها في الألماس عموماً على 5%. وإضافة إلى ما سبق فإن الألماس، ولاسيما الأنواع غير الجيدة منه، يحتوي في ثنايا بنيته على محتضنات صلبة صغيرة جداً كالأوليفين والبيروكسين والكروم سبنيل والغرافيت والكوارتز وأكاسيد الحديد وغيرها؛ كما يحتوي على محتبسات سائلة (ماء وحمض الفحم) وغازية (آزوت وغيره).
بنية الألماس الداخليةخصائص الألماس
إن الخصائص التي تتميز بها بنية الألماس الشبكية الداخلية تنعكس بشكل أو بآخر على خصائص الألماس الفيزيائية المختلفة التي من أهمها الصفات الميكانيكية والضوئية والكهربائية والمغنطيسية والحرارية والمناعية تجاه العوامل المختلفة.
الخصائص الميكانيكية
وتضم خصائص الكثافة والقساوة والمرونة وقابلية الانضغاط وغيرها.
ألماس ثماني الوجوهأ ـ الكثافة: تتباين قيم الكثافة density في نماذج الألماس المختلفة بين 3470 و3560 كغ/م3. وتبلغ الكثافة المحسوبة باستخدام أشعة رونتجن نحو 3511 كغ/م3. وتراوح قيمة الكثافة في الألماس من نوع الكاربونادو المستخدم في الصناعة بين 3010 و3470 كغ/م3.
ب ـ القساوة: يشغل الألماس المرتبة العليا (10) في سلم موس للقساوة النسبية Mohs's scale of hardness أما القساوة المطلقة absolute hardness، التي تقاس بضغط رأس هرم ألماسي على الوجوه البلورية فتبلغ 10060كغ/مم2، وهي تفوق القساوة المطلقة للرخام بمئة مرة تقريباً. وليست قساوة الألماس متساوية على وجوه بلوراته المختلفة وتبلغ أقصاها على الوجه الموسوم بالرمز «111» لثماني الوجوه (الشكل رقم 5) ويؤخذ في الحسبان عدم تماثل القساوات أو الصفات الميكانيكية عند قص بلورات الألماس المنفردة ومعالجتها، وتوجيه استخدامها في الأدوات والأجهزة الصناعية.
ج ـ المرونة وقابلية الانضغاط: يبلغ معامل يونغ Young's module أو معامل المرونة النظامية للألماس ما يقارب 1000 غيغانيوتن/م2 أو ما يعادل 1310دينة/سم2. أما معامل الانضغاط الحجمي للألماس فيصل إلى 600 غيغانيوتن/م2 أو ما يعادل 6×1210دينة/سم2.
الشكل مثمن الأوجه، المشوه قليلاً، لهذه البلورة الغلف من الألماس في منبتها هي الشكل النمطي لهذا المعدن. أوجهها البراقة تبين ايضاً أن هذه البلورة هي من طبقة رئيسية.الخصائص الضوئية
يتميز الألماس بأنه متماثل الخواص isotropic ضوئياً لكونه يتبلور في المنظومة المكعبية. وقرينة انكساره ن = 2.417 من أجل الأشعة بطول موجي l =0.5893، وتزداد قيمتها بازدياد درجة الحرارة. أما تبدد قرائن الانكسار فيصل إلى 0.063، وتبلغ زاوية الانعكاس الكلي الداخلي 2424ْ. تتصف بعض نماذج الألماس بعدم تماثل الخواص anisotropic نتيجة توافر إجهادات مرنة مردها عدم التجانس في بنيتها الداخلية، لذا فإن الأشعة الواردة تنكسر فيها انكساراً مضاعفاً، وتبدي تحت المجهر الاستقطابي أشكالاً تداخلية interference figures ضوئية على هيئة صليب أسود مضاء فيما بين أفرعه. تتصف معظم أنواع الألماس بالامتصاص الانتقائي لأجزاء من طيف الأشعة تحت الحمراء (ذات أطوال الأمواج l =8-10مكرومتر)، وكذلك للأشعة فوق البنفسجية (بأطوال أمواج أقل من 0.3 مكرومتر)، ويدعى الألماس من هذا النوع ألماساً من النمط الأول (1). أما أنواع النمط الثاني (2) فهي نادرة واكتشفت عام 1933، وتتصف بأنها لا تملك خطوط امتصاص في نطاق الأمواج 8-10 مكرومتر وتعد شفافة حتى نطاق الأمواج ~ 0.22 مكرومتر، وتُصادف أنواع أخرى من نمط ثالث (3) خليط تظهر في بعض أجزائه مؤشرات النمط الأول وفي الأجزاء الأخرى علائم النمط الثاني. وهنا تجدر الإشارة إلى أن الخصائص الطيفية الأساسية لبلورات الألماس، ترتبط بالتغيرات الطفيفة الحادثة في بنياتها الشبكية وبكمية عناصر الآزوت المتوافرة فيها. ويبلغ عمق اختراق جسيمات ألفا بلورات الألماس حتى 10 مكرومتر، وعمق اختراق الإلكترونات (بطاقة ~ 1 ميغا إلكترون فولط) حتى 1 مم. لذلك أمكن استخدام الألماس في الحاسبات والحواسيب، ومن محاسن الحواسيب الألماسية إمكانية تشغيلها في درجة حرارة الغرفة ولمدة طويلة في ظل نظام دائم ومستمر مع فصلٍ لحزم الإشعاعات الضيقة. وهذا ما يرفع أهمية استخدامها خاصة في الأبحاث والدراسات البيولوجية ترتبط بالمميزات الضوئية للألماس كذلك، ظواهر مرئية بالعين المجردة أو تحت المكبرات والمجاهر (عندما تكون حبيبات الألماس دقيقة) كالشفوف والتلوث والتوهج والبريق (أو اللمعان) والتلألؤ.
أ ـ الشفوف: تتصف بلورات الألماس النقية الصافية بشفوفها العالي، فهي تسمح بمرور الأشعة الضوئية المنكسرة فيها وخروجها منها بالشدة نفسها من دون حدوث امتصاص يذكر من طيف تلك الأشعة. لذلك تبدو الألماسة شفافة عديمة اللون. أما الأنواع المشوبة بشوارد ومحتبسات صلبة أو سائلة أو غازية فتمتص، بنسب متفاوتة وانتقائية، قدراً من طيف الأشعة المنكسرة فيها، مما يضعف شفوفها ويؤدي إلى ظهور ألوان تزداد قتامة بتزايد الشوائب الموجودة فيها إلى أن تصبح كامدة عديمة الشفوف.
ب ـ التلوث: إن معظم جواهر الألماس شفافة عديمة اللون أو زرقاء فاتحة اللون أو ذات مسحات لونية صفراء أو بنية أو خضراء أو وردية، والألماس الأحمر نادر جداً. أما الألماس المستخدم في الصناعة (بورت، كاربونادو) فيكون في العادة بني اللون أو أسود أو رمادياً قاتماً. ويغير الألماس ألوانه عند قذفه بجسيمات ألفا والبروتونات والنيوترونات والديترونات. والجدير بالذكر أن تلون الألماس ينتمي إلى نمط التلون الذاتي idiochromatism عندما تتضمن بلوراته شوائب ملونة chromophores وإلى نمط التلون الدخيل allochromatism عندما تكون بلوراته مشوبة بمحتبسات صلبة أو سائلة أو غازية.
ج ـ البريق: إن صفة البريق أو اللمعان luster والبريق الشديد أو التألق brilliance الذي يتمتع به الألماس عائدة إلى قدرة بلوراته على عكس كمية كبيرة من الأشعة الواردة إليها، وذلك من على مستوياتها الشبكية منبثقة من جوانبها ووجوهها الخارجية معطية بريقاً لافتاً للنظر، وهذا ما يميز ألماس الجواهر من غيره.
د ـ التوهج: من الشائع إطلاق صفة التوهج الناري على الألماس، لتمتعه بتبديد الضوء الأبيض أو تحليله إلى مكوناته اللونية: الحمراء والخضراء والزرقاء والبنفسجية، وهذا ما يكسبه مظهراً نارياً متوهجاً.
هـ ـ التلألؤ: تتمتع معظم أنواع الألماس بخاصية التلألؤ luminiscence فتطلق أشعة مرئية خضراء أو زرقاء نتيجة تعريض بلوراتها للأشعة فوق البنفسجية، أو أشعة رونتجن أو الإلكترونات أو أشعة ألفا أو النيترونات، وهي تزول بزوال العامل المؤثر. وتجدر الإشارة إلى أن تعريض الألماس للإشعاع النيتروني يضعف من ثباته ويخفض من كثافته ويوهن بنيته ويسيء إلى نوعيته.
الخصائص الكهربائية والمغنطيسية
تتصف بلورات الألماس من النمط الأول (1) بمقاومة كهربائية نوعية r= 10 12- 10 14 أوم/م. أما بلورات النمط الثاني (2) فتصنف في نوعين: الأول بلورات من النمط (2أ) ذات مقاومة كهربائية نوعية ~ r 10 12أوم/م والثاني بلورات من النمط (2ب) ذات مقاومة نوعية ~ r 0.5-10 أوم/م، وتعد الأخيرة من أنصاف النواقل (من النموذج p) التي تظهر فيها عند التسخين إمكانية امتصاص خطوط الطيف ذات أطوال الأمواج l ~ 6 مكرومتر( وقد اكتشفت عام 1952. وتصادف أحياناً بلورات ألماسية ذات مقاومة كهربائية نوعية ضعيفة جداً (r =10-2) تسمح بإمرار تيارات كهربائية. ولقد لوحظت ضمن بلورات النمط الثاني (2) ذات المقاومة الكهربائية العالية بعض البلورات التي ترتفع ناقليتها الكهربائية فجأة عند تشعيعها بجسيمات ألفا أو بحزم إلكترونية أو بأشعة غاما. ينتمي الألماس مغنطيسياً إلى مجموعة المواد الضعيفة الإنفاذية المغنطيسية diamagnatic وتصل التأثرية المغنطيسية magnatic suscebility لواحدة الكتل إلى 0.49×10 16سم.غ.ثا في درجة حرارة مقدارها 18 درجة مئوية.
الخصائص الحرارية
يزداد معامل التمدد الحراري الخطي للألماس بتزايد درجات الحرارة، بدءاً من 0.6×10-6 (لمجالٍ من درجات الحرارة يقع في حدود 53- 303 كلفن) حتى 5.7×10-6 (في حدود 1100- 1700 كلفن). أما معامل الناقلية الحرارية فيتناقص بتزايد درجة الحرارة (ضمن المجال ما بين 100 و400 كلفن) بدءاً من 6 حتى 0.8 كيلوجول/م.كلفن (أي ما يعادل من ~ 14 حتى ~ 2 حريرة/ثا.سم.دْ، أما في حرارة الغرفة فإن الناقلية الحرارية للألماس تفوق ناقلية الفضة.
خصائص المناعة
يعد الألماس من أشد المواد مناعة تجاه العوامل الميكانيكية الطبيعية والصناعية لقساوته العالية وندرة سطوح الانفصام فيه. كما يتميز الألماس بمقاومة عالية لتأثيرات المياه والحموض والمحاليل القلوية (ولو أنها في درجة الغليان)، ولاينحل إلا في مصهور السيليتر (نترات الصوديوم أو البوتاسيوم) مع الصودا عند درجة حرارة t ~ 500ْ درجة مئوية. يحترق الألماس وهو في الهواء عند درجات من الحرارة مقدارها 720- 800 درجة مئوية، أما عند وضعه في المخليات أو في الغازات الخاملة فيبدأ عند درجة الحرارة 1400 بتحول سطوحه الخارجية إلى غرافيت تحولاً ملحوظاً، وتزداد هذه العملية شدة مع ارتفاع درجة الحرارة لتبلغ أشدها عند الدرجة 2000ْ ويتم التحول كلياً إلى غرافيت في غضون 10- 20 دقيقة. أما عند التسخين المفاجئ لدرجة 3400ْ في بضع مكرو ثانية فتبقى بلوراته سليمة، إنما تتحول إلى غرافيت إذا زادت درجة الحرارة على 3600ْ.
أنواع الألماس وأوزانه
أمكن تمييز الأنواع التالية تبعاً لأشكال وجود الألماس في الطبيعة ضمن صخوره الأم:
البريليانت brilliant
وهو موجود على هيئة بلورات كبيرة صافية ذات أشكال نظامية.
البورت bort
ويصادف على هيئة بلورات دقيقة مشوبة غير هندسية، أو على شكل تجمعات كروية.
الكاربونادو carbonado
ويلاحظ على هيئة حبيبات مجهرية التبلور سوداء اللون غير صافية تحتوي على محتبسات صلبة وسائلة، وتكون بلورية في العادة على هيئة تجمعات غير منتظمة أو كروية هشة أو متماسكة.
البالاس ballas
ويتوافر على هيئة تجمعات كروية تتوزع فيها البلورات بحجوم مختلفة وفق نظام شعاعي. تختلف أوزان حبيبات الألماس بين بلورات مجهرية وبلورات كبيرة تصل إلى مئات أو آلاف القيراطات، وتكون أوزان حبيبات الألماس المستخرجة 0.1- 1 قيراط وسطياً، أما البلورات الكبيرة التي تزن 100 قيراط فأكثر فهي نادرة.
تصنيف الألماس
يصنف الألماس تبعاً لمواصفاته من حيث الحجم والوزن واللون والشكل وتوزع العيوب والأهمية، وقد قسمت ضروب الألماس وصنفت في سبع زمر وثلاث وعشرين مجموعة. تضم الزمرة الأولى بلورات الألماس الخاصة بالحلي والمجوهرات والزينة، وتضم الزمرة الثانية بلورات الألماس الفاتحة اللون المستعملة في أغراض مختلفة، في حين تضم الزمرة الثالثة بلورات الألماس المستخدمة مفردة في الأدوات والأجهزة (وحيدة البلورة). أما بقية الزمر فتتوزع فيها الأنواع المستخدمة لشتى الأغراض الصناعية والتقنية الحديثة. أما تجارياً فقد صنف الألماس في الأسواق العالمية في زمرتين رئيسيتين:
زمرة ألماس الحلي والزينة
وتنضوي إليها البلورات ذات الأشكال النموذجية والشفافة والصافية التي ليس فيها تشققات أو محتبسات أو شوائب أو غيرها من العيوب. وتدعى البلورات المحددة بوجوه نظامية من جهاتها كافة برلنت. ويستخدم ألماس الحلي للزينة ويعد في البلدان الغنية مقياساً للثروة.
زمرة ألماس الصناعة
وتشتمل على بقية أنواع الألماس المستخرج أياً كانت مواصفاته أو حجومه. ويستخدم ألماس الصناعة على شكل مسحوق أو حبيبات أو بلورات مفردة بعد إعطاء هذه الأخيرة الشكل المطلوب لاستخدامات القطع أو الثقب. يتكون الألماس ضمن الصخور الاندفاعية فوق القاعدية القلوية igneous alkali-ultrabasic rocks ولاسيما أنواع الكمبرليت kimberlite واللامبروفير lamprophyre. وتتنازع تفسير تشكل الألماس في صخوره عدة آراء وفرضيات: فالبعض يعتقد أن الألماس يتشكل على أعماق سحيقة (30- 70 كم أو أكثر) في أعلى الوشاح الأرضي mantle تحت ضغوط وحرارات عالية. ويقول البعض الآخر بتشكله على أعماق 2- 4كم في الاندفاعات الحادثة عند الحدود بين الركيزة القارية continental basement والغطاء الرسوبي sedimentary cover الذي يعلوها في السطيحات القارية continental platform وهو القول أو الرأي الأضعف. تبقى المصهورات الحاملة للألماس في الأعماق البعيدة ما لم تتعرض القشرة الأرضية فوقها لحركات تؤدي إلى تشققها، فتخرج تلك المصهورات من خلال الشقوق وتتوضع على أعماق مختلفة ضمن القشرة الأرضية مشكلة بالتبرد أجساماً كبيرة أو طبقات أو جدر مائلة مندسة وسط الصخور الرسوبية، وقد تخرج إلى السطح مباشرة على شكل براكين انفجارية تنشر نواتجها الفتاتية على مساحات كبيرة، وكثيراً ما تكون قنوات البراكين على اتصال في باطن الأرض بالأجسام الأعمق منها. عندما تتعرض المناطق المحتوية على الأجسام الحاملة للألماس لعوامل الحت والتعرية، تزول معظم المخاريط البركانية ولا يبقى منها سوى أنابيبها التفجيرية التي قد تغطيها رواسب لاحقة (الشكل 6) أو تبقى مكشوفة على السطح مباشرة (الشكل 7). أما الأجسام العميقة فقد تتكشف أجزاء منها على السطح أو تغدو قريبة منه تحت تأثير الحت والتعرية الشديدين، وتصبح مع سابقتها مناطق منجمية لاستخراج الألماس.
بعض الأشكال البلورية للالماس الطبيعيلا يأخذ الألماس الطبيعي أشكالاً بلورية نموذجية إلا نادراً، فهو يكون في العادة بأشكال بلورية محدبة أو متدرجة الوجوه، خشنة أو متعرجة السطح، مكورة أو مفلطحة تشبه الحصى ، وذلك نتيجة نمو البلورات غير المتماثل في الاتجاهات المختلفة لضيق حيز وسط النمو من ناحية أو نتيجة الانحلال أو الانصهار الجزئي بعد تشكل البلورات، من ناحية ثانية. غير أن الحبيبات الألماسية الطبيعية تأخذ عند تقسيمها في المعامل أشكالاً بلورية هندسية مميزة ومحددة، تتحكم فيها طبيعة التوزع الفراغي لعناصر الكربون في البنية الداخلية المكعبية النظام.
تأخذ بلورات الألماس في الحالات النموذجية الطبيعية أو بعد التقسيم المعملي أشكالاً هندسية منتظمة كثيرة، من أهمها الأشكال التالية
ثماني الوجوه المثلثية trigonal octahedron: وهو بمنزلة هرمين ملصقين بقاعدتيهما المربعتين، ويكون محدداً بثمانية وجوه مثلثية.
المكعب cube أو سداسي الوجوه المربعة tetragonal hexahedron.
اثنا عشري الوجوه المعينية rombic doolecahedron.
رباع سداسي الوجوه المثلثية trigonal-tetra hexahedron وهو محدد بأربعة وعشرين وجهاً مثلثاً منتظماً (نتيجة إبدال كل وجه من المكعب بأربعة وجوه).
بعض الاشكال الهندسية المنتظمة لبلورات الالماسسُداس ـ ثماني الوجوه المثلثية trigonal-hex octahedron وهو محدد بثمانية وأربعين وجهاً مثلثياً (غير منتظم) نتيجة إبدال كل وجه من ثماني الوجوه بستة وجوه.
توأمية بسيطة نجمية الشكلشكل مركب مؤلف من مكعب + رباعي ـ سداسي الوجوه cube+tetra hexahedron وهو محدد في آن واحد بستة وجوه مربعة وأربعة وعشرين وجهاً على شكل شبه منحرف.
تنتمي الأشكال البلورية لحبيبات الألماس كافة إلى منظومة البلّور المكعبية cubic system المتميزة بغناها بعناصر التناظر. وإضافة إلى الأشكال البلورية المفردة السابقة وغيرها بين حبيبات الألماس الطبيعي المفصولة من صخورها الأم تصادف حبيبات مؤلفة من بلورتين أو أكثر ملتصق بعضها ببعض على هيئة توائم twins تدعى الحبيبات الأولى منها بالتوائم البسيطة، والثانية بالتوائم المتكررة، وتتحقق تلك التوائم وفق قوانين محددة وتأخذ أشكالاً متنوعة (الشكل 3). ويحدث أحياناً تجمعات لعدد كبير من الحبيبات الألماسية الصغيرة بأشكال كروية أو شبه كروية كما هو الحال في الألماس من النوع بورت bort وكاربونادو carbonado.
بنية الألماس الداخلية
تتألف بنية الألماس الداخلية من تكرار أعداد لا نهائية من وحدات مكعبية متماثلة تدعى الخلايا الأولية البنائية ذات الأبعاد المتساوية والمحددة بـ 0.356 نانومتر. تتراص تلك الوحدات بإحكام في الاتجاهات الثلاثة من دون فواصل بينها فتكوّن بلورة يختلف قدها وشكلها باختلاف أعداد وحداتها ومرحلة النمو التي توقفت عندها. تأخذ الخلية الأولية البنائية لبلورة الألماس شكل مكعب (الشكل 4 ـ ب) تتوزع عناصر الكربون فيه فتتوضع في ذراه ومراكز وجوهه، إضافة إلى توضع أربعة عناصر في مراكز أربعة من مكعباته الثمانية على التناوب. وبذلك يكون كل عنصر كربون في الخلية مرتبطاً بأقرب أربعة عناصر كربون مجاورة موزعة تناظرياً على رؤوس رباعي وجوهٍ منتظمٍ ـ أي ذو أربعة وجوه مثلثية متساوية وترتبط عناصر الكربون بعضها ببعض في جميع الاتجاهات المحددة بروابط تكافئية متينة (روابط ذرية) تجعل المسافات فيما بينها مساوية 0.154 نانومتر. وبذلك يمكن النظر إلى بلورة الألماس النموذجية على أنها جزء واحد ضخم ذو روابط ذرية متينة جداً تكسبه القساوة، ويفترض في بلورات الألماس النموذجية أن تكون خالية من الشوائب والعيوب في بنيتها الداخلية وهذا ما يكسبها شفوفاً عالياً تجاه الأشعة الضوئية المرئية. ومع ذلك فقد ثبت أن البلورات مهما كانت صافية، وحتى التزينية منها، تشتمل على نسب زهيدة متباينة من الشوائب والعيوب تصل في بعض الأحيان إلى 1810 عنصر في كل 1سم3. ومن أهم العناصر التي تشوبها: السيليكون والألمنيوم والكالسيوم والمغنيسيوم. وهي تتوزع في أطراف بنية البلورات بكثافة أكبر مما هي عليه في أواسطها، ولا تزيد نسبتها في الألماس عموماً على 5%. وإضافة إلى ما سبق فإن الألماس، ولاسيما الأنواع غير الجيدة منه، يحتوي في ثنايا بنيته على محتضنات صلبة صغيرة جداً كالأوليفين والبيروكسين والكروم سبنيل والغرافيت والكوارتز وأكاسيد الحديد وغيرها؛ كما يحتوي على محتبسات سائلة (ماء وحمض الفحم) وغازية (آزوت وغيره).
بنية الألماس الداخليةخصائص الألماس
إن الخصائص التي تتميز بها بنية الألماس الشبكية الداخلية تنعكس بشكل أو بآخر على خصائص الألماس الفيزيائية المختلفة التي من أهمها الصفات الميكانيكية والضوئية والكهربائية والمغنطيسية والحرارية والمناعية تجاه العوامل المختلفة.
الخصائص الميكانيكية
وتضم خصائص الكثافة والقساوة والمرونة وقابلية الانضغاط وغيرها.
ألماس ثماني الوجوهأ ـ الكثافة: تتباين قيم الكثافة density في نماذج الألماس المختلفة بين 3470 و3560 كغ/م3. وتبلغ الكثافة المحسوبة باستخدام أشعة رونتجن نحو 3511 كغ/م3. وتراوح قيمة الكثافة في الألماس من نوع الكاربونادو المستخدم في الصناعة بين 3010 و3470 كغ/م3.
ب ـ القساوة: يشغل الألماس المرتبة العليا (10) في سلم موس للقساوة النسبية Mohs's scale of hardness أما القساوة المطلقة absolute hardness، التي تقاس بضغط رأس هرم ألماسي على الوجوه البلورية فتبلغ 10060كغ/مم2، وهي تفوق القساوة المطلقة للرخام بمئة مرة تقريباً. وليست قساوة الألماس متساوية على وجوه بلوراته المختلفة وتبلغ أقصاها على الوجه الموسوم بالرمز «111» لثماني الوجوه (الشكل رقم 5) ويؤخذ في الحسبان عدم تماثل القساوات أو الصفات الميكانيكية عند قص بلورات الألماس المنفردة ومعالجتها، وتوجيه استخدامها في الأدوات والأجهزة الصناعية.
ج ـ المرونة وقابلية الانضغاط: يبلغ معامل يونغ Young's module أو معامل المرونة النظامية للألماس ما يقارب 1000 غيغانيوتن/م2 أو ما يعادل 1310دينة/سم2. أما معامل الانضغاط الحجمي للألماس فيصل إلى 600 غيغانيوتن/م2 أو ما يعادل 6×1210دينة/سم2.
الشكل مثمن الأوجه، المشوه قليلاً، لهذه البلورة الغلف من الألماس في منبتها هي الشكل النمطي لهذا المعدن. أوجهها البراقة تبين ايضاً أن هذه البلورة هي من طبقة رئيسية.الخصائص الضوئية
يتميز الألماس بأنه متماثل الخواص isotropic ضوئياً لكونه يتبلور في المنظومة المكعبية. وقرينة انكساره ن = 2.417 من أجل الأشعة بطول موجي l =0.5893، وتزداد قيمتها بازدياد درجة الحرارة. أما تبدد قرائن الانكسار فيصل إلى 0.063، وتبلغ زاوية الانعكاس الكلي الداخلي 2424ْ. تتصف بعض نماذج الألماس بعدم تماثل الخواص anisotropic نتيجة توافر إجهادات مرنة مردها عدم التجانس في بنيتها الداخلية، لذا فإن الأشعة الواردة تنكسر فيها انكساراً مضاعفاً، وتبدي تحت المجهر الاستقطابي أشكالاً تداخلية interference figures ضوئية على هيئة صليب أسود مضاء فيما بين أفرعه. تتصف معظم أنواع الألماس بالامتصاص الانتقائي لأجزاء من طيف الأشعة تحت الحمراء (ذات أطوال الأمواج l =8-10مكرومتر)، وكذلك للأشعة فوق البنفسجية (بأطوال أمواج أقل من 0.3 مكرومتر)، ويدعى الألماس من هذا النوع ألماساً من النمط الأول (1). أما أنواع النمط الثاني (2) فهي نادرة واكتشفت عام 1933، وتتصف بأنها لا تملك خطوط امتصاص في نطاق الأمواج 8-10 مكرومتر وتعد شفافة حتى نطاق الأمواج ~ 0.22 مكرومتر، وتُصادف أنواع أخرى من نمط ثالث (3) خليط تظهر في بعض أجزائه مؤشرات النمط الأول وفي الأجزاء الأخرى علائم النمط الثاني. وهنا تجدر الإشارة إلى أن الخصائص الطيفية الأساسية لبلورات الألماس، ترتبط بالتغيرات الطفيفة الحادثة في بنياتها الشبكية وبكمية عناصر الآزوت المتوافرة فيها. ويبلغ عمق اختراق جسيمات ألفا بلورات الألماس حتى 10 مكرومتر، وعمق اختراق الإلكترونات (بطاقة ~ 1 ميغا إلكترون فولط) حتى 1 مم. لذلك أمكن استخدام الألماس في الحاسبات والحواسيب، ومن محاسن الحواسيب الألماسية إمكانية تشغيلها في درجة حرارة الغرفة ولمدة طويلة في ظل نظام دائم ومستمر مع فصلٍ لحزم الإشعاعات الضيقة. وهذا ما يرفع أهمية استخدامها خاصة في الأبحاث والدراسات البيولوجية ترتبط بالمميزات الضوئية للألماس كذلك، ظواهر مرئية بالعين المجردة أو تحت المكبرات والمجاهر (عندما تكون حبيبات الألماس دقيقة) كالشفوف والتلوث والتوهج والبريق (أو اللمعان) والتلألؤ.
أ ـ الشفوف: تتصف بلورات الألماس النقية الصافية بشفوفها العالي، فهي تسمح بمرور الأشعة الضوئية المنكسرة فيها وخروجها منها بالشدة نفسها من دون حدوث امتصاص يذكر من طيف تلك الأشعة. لذلك تبدو الألماسة شفافة عديمة اللون. أما الأنواع المشوبة بشوارد ومحتبسات صلبة أو سائلة أو غازية فتمتص، بنسب متفاوتة وانتقائية، قدراً من طيف الأشعة المنكسرة فيها، مما يضعف شفوفها ويؤدي إلى ظهور ألوان تزداد قتامة بتزايد الشوائب الموجودة فيها إلى أن تصبح كامدة عديمة الشفوف.
ب ـ التلوث: إن معظم جواهر الألماس شفافة عديمة اللون أو زرقاء فاتحة اللون أو ذات مسحات لونية صفراء أو بنية أو خضراء أو وردية، والألماس الأحمر نادر جداً. أما الألماس المستخدم في الصناعة (بورت، كاربونادو) فيكون في العادة بني اللون أو أسود أو رمادياً قاتماً. ويغير الألماس ألوانه عند قذفه بجسيمات ألفا والبروتونات والنيوترونات والديترونات. والجدير بالذكر أن تلون الألماس ينتمي إلى نمط التلون الذاتي idiochromatism عندما تتضمن بلوراته شوائب ملونة chromophores وإلى نمط التلون الدخيل allochromatism عندما تكون بلوراته مشوبة بمحتبسات صلبة أو سائلة أو غازية.
ج ـ البريق: إن صفة البريق أو اللمعان luster والبريق الشديد أو التألق brilliance الذي يتمتع به الألماس عائدة إلى قدرة بلوراته على عكس كمية كبيرة من الأشعة الواردة إليها، وذلك من على مستوياتها الشبكية منبثقة من جوانبها ووجوهها الخارجية معطية بريقاً لافتاً للنظر، وهذا ما يميز ألماس الجواهر من غيره.
د ـ التوهج: من الشائع إطلاق صفة التوهج الناري على الألماس، لتمتعه بتبديد الضوء الأبيض أو تحليله إلى مكوناته اللونية: الحمراء والخضراء والزرقاء والبنفسجية، وهذا ما يكسبه مظهراً نارياً متوهجاً.
هـ ـ التلألؤ: تتمتع معظم أنواع الألماس بخاصية التلألؤ luminiscence فتطلق أشعة مرئية خضراء أو زرقاء نتيجة تعريض بلوراتها للأشعة فوق البنفسجية، أو أشعة رونتجن أو الإلكترونات أو أشعة ألفا أو النيترونات، وهي تزول بزوال العامل المؤثر. وتجدر الإشارة إلى أن تعريض الألماس للإشعاع النيتروني يضعف من ثباته ويخفض من كثافته ويوهن بنيته ويسيء إلى نوعيته.
الخصائص الكهربائية والمغنطيسية
تتصف بلورات الألماس من النمط الأول (1) بمقاومة كهربائية نوعية r= 10 12- 10 14 أوم/م. أما بلورات النمط الثاني (2) فتصنف في نوعين: الأول بلورات من النمط (2أ) ذات مقاومة كهربائية نوعية ~ r 10 12أوم/م والثاني بلورات من النمط (2ب) ذات مقاومة نوعية ~ r 0.5-10 أوم/م، وتعد الأخيرة من أنصاف النواقل (من النموذج p) التي تظهر فيها عند التسخين إمكانية امتصاص خطوط الطيف ذات أطوال الأمواج l ~ 6 مكرومتر( وقد اكتشفت عام 1952. وتصادف أحياناً بلورات ألماسية ذات مقاومة كهربائية نوعية ضعيفة جداً (r =10-2) تسمح بإمرار تيارات كهربائية. ولقد لوحظت ضمن بلورات النمط الثاني (2) ذات المقاومة الكهربائية العالية بعض البلورات التي ترتفع ناقليتها الكهربائية فجأة عند تشعيعها بجسيمات ألفا أو بحزم إلكترونية أو بأشعة غاما. ينتمي الألماس مغنطيسياً إلى مجموعة المواد الضعيفة الإنفاذية المغنطيسية diamagnatic وتصل التأثرية المغنطيسية magnatic suscebility لواحدة الكتل إلى 0.49×10 16سم.غ.ثا في درجة حرارة مقدارها 18 درجة مئوية.
الخصائص الحرارية
يزداد معامل التمدد الحراري الخطي للألماس بتزايد درجات الحرارة، بدءاً من 0.6×10-6 (لمجالٍ من درجات الحرارة يقع في حدود 53- 303 كلفن) حتى 5.7×10-6 (في حدود 1100- 1700 كلفن). أما معامل الناقلية الحرارية فيتناقص بتزايد درجة الحرارة (ضمن المجال ما بين 100 و400 كلفن) بدءاً من 6 حتى 0.8 كيلوجول/م.كلفن (أي ما يعادل من ~ 14 حتى ~ 2 حريرة/ثا.سم.دْ، أما في حرارة الغرفة فإن الناقلية الحرارية للألماس تفوق ناقلية الفضة.
خصائص المناعة
يعد الألماس من أشد المواد مناعة تجاه العوامل الميكانيكية الطبيعية والصناعية لقساوته العالية وندرة سطوح الانفصام فيه. كما يتميز الألماس بمقاومة عالية لتأثيرات المياه والحموض والمحاليل القلوية (ولو أنها في درجة الغليان)، ولاينحل إلا في مصهور السيليتر (نترات الصوديوم أو البوتاسيوم) مع الصودا عند درجة حرارة t ~ 500ْ درجة مئوية. يحترق الألماس وهو في الهواء عند درجات من الحرارة مقدارها 720- 800 درجة مئوية، أما عند وضعه في المخليات أو في الغازات الخاملة فيبدأ عند درجة الحرارة 1400 بتحول سطوحه الخارجية إلى غرافيت تحولاً ملحوظاً، وتزداد هذه العملية شدة مع ارتفاع درجة الحرارة لتبلغ أشدها عند الدرجة 2000ْ ويتم التحول كلياً إلى غرافيت في غضون 10- 20 دقيقة. أما عند التسخين المفاجئ لدرجة 3400ْ في بضع مكرو ثانية فتبقى بلوراته سليمة، إنما تتحول إلى غرافيت إذا زادت درجة الحرارة على 3600ْ.
أنواع الألماس وأوزانه
أمكن تمييز الأنواع التالية تبعاً لأشكال وجود الألماس في الطبيعة ضمن صخوره الأم:
البريليانت brilliant
وهو موجود على هيئة بلورات كبيرة صافية ذات أشكال نظامية.
البورت bort
ويصادف على هيئة بلورات دقيقة مشوبة غير هندسية، أو على شكل تجمعات كروية.
الكاربونادو carbonado
ويلاحظ على هيئة حبيبات مجهرية التبلور سوداء اللون غير صافية تحتوي على محتبسات صلبة وسائلة، وتكون بلورية في العادة على هيئة تجمعات غير منتظمة أو كروية هشة أو متماسكة.
البالاس ballas
ويتوافر على هيئة تجمعات كروية تتوزع فيها البلورات بحجوم مختلفة وفق نظام شعاعي. تختلف أوزان حبيبات الألماس بين بلورات مجهرية وبلورات كبيرة تصل إلى مئات أو آلاف القيراطات، وتكون أوزان حبيبات الألماس المستخرجة 0.1- 1 قيراط وسطياً، أما البلورات الكبيرة التي تزن 100 قيراط فأكثر فهي نادرة.
تصنيف الألماس
يصنف الألماس تبعاً لمواصفاته من حيث الحجم والوزن واللون والشكل وتوزع العيوب والأهمية، وقد قسمت ضروب الألماس وصنفت في سبع زمر وثلاث وعشرين مجموعة. تضم الزمرة الأولى بلورات الألماس الخاصة بالحلي والمجوهرات والزينة، وتضم الزمرة الثانية بلورات الألماس الفاتحة اللون المستعملة في أغراض مختلفة، في حين تضم الزمرة الثالثة بلورات الألماس المستخدمة مفردة في الأدوات والأجهزة (وحيدة البلورة). أما بقية الزمر فتتوزع فيها الأنواع المستخدمة لشتى الأغراض الصناعية والتقنية الحديثة. أما تجارياً فقد صنف الألماس في الأسواق العالمية في زمرتين رئيسيتين:
زمرة ألماس الحلي والزينة
وتنضوي إليها البلورات ذات الأشكال النموذجية والشفافة والصافية التي ليس فيها تشققات أو محتبسات أو شوائب أو غيرها من العيوب. وتدعى البلورات المحددة بوجوه نظامية من جهاتها كافة برلنت. ويستخدم ألماس الحلي للزينة ويعد في البلدان الغنية مقياساً للثروة.
زمرة ألماس الصناعة
وتشتمل على بقية أنواع الألماس المستخرج أياً كانت مواصفاته أو حجومه. ويستخدم ألماس الصناعة على شكل مسحوق أو حبيبات أو بلورات مفردة بعد إعطاء هذه الأخيرة الشكل المطلوب لاستخدامات القطع أو الثقب. يتكون الألماس ضمن الصخور الاندفاعية فوق القاعدية القلوية igneous alkali-ultrabasic rocks ولاسيما أنواع الكمبرليت kimberlite واللامبروفير lamprophyre. وتتنازع تفسير تشكل الألماس في صخوره عدة آراء وفرضيات: فالبعض يعتقد أن الألماس يتشكل على أعماق سحيقة (30- 70 كم أو أكثر) في أعلى الوشاح الأرضي mantle تحت ضغوط وحرارات عالية. ويقول البعض الآخر بتشكله على أعماق 2- 4كم في الاندفاعات الحادثة عند الحدود بين الركيزة القارية continental basement والغطاء الرسوبي sedimentary cover الذي يعلوها في السطيحات القارية continental platform وهو القول أو الرأي الأضعف. تبقى المصهورات الحاملة للألماس في الأعماق البعيدة ما لم تتعرض القشرة الأرضية فوقها لحركات تؤدي إلى تشققها، فتخرج تلك المصهورات من خلال الشقوق وتتوضع على أعماق مختلفة ضمن القشرة الأرضية مشكلة بالتبرد أجساماً كبيرة أو طبقات أو جدر مائلة مندسة وسط الصخور الرسوبية، وقد تخرج إلى السطح مباشرة على شكل براكين انفجارية تنشر نواتجها الفتاتية على مساحات كبيرة، وكثيراً ما تكون قنوات البراكين على اتصال في باطن الأرض بالأجسام الأعمق منها. عندما تتعرض المناطق المحتوية على الأجسام الحاملة للألماس لعوامل الحت والتعرية، تزول معظم المخاريط البركانية ولا يبقى منها سوى أنابيبها التفجيرية التي قد تغطيها رواسب لاحقة (الشكل 6) أو تبقى مكشوفة على السطح مباشرة (الشكل 7). أما الأجسام العميقة فقد تتكشف أجزاء منها على السطح أو تغدو قريبة منه تحت تأثير الحت والتعرية الشديدين، وتصبح مع سابقتها مناطق منجمية لاستخراج الألماس.
» رمضان مبارك
» اقتراح للادارة !!
» سلام خاص الى استاذي الغالي
» نظائر الكلور
» الصداقة الحقيقية
» الابتسامة وفوائدها
» العمليات الكيميائية لاستخلاص غاز الكلور
» هل تعلم