Как вырастить рубин в домашних условиях инструкция

Выращивание кристаллов рубина в домашних условиях

Для приобретения опыта выращивания кристаллов начинайте с малого. Мы поделимся техникой выращивания красивых кристаллов из всего, что вы можете найти фактически на собственной кухне. Вам вообще не понадобится дополнительный инвентарь, ведь все необходимое точно стоит на полках. Так же рассмотрим технологию выращивания искусственных рубинов в домашних условиях!

Ювелирная ценность искусственных камней

Искусственные камни давно завоевали популярность в ювелирных изделиях. Ведь для ювелира ценность камня определяется не только его дефицитом в природе. Важную роль играет целый ряд других характеристик:

• цвет;
• светопреломление;
• прочность;
• вес в каратах;
• размер и форма граней и др.

Самый дорогой искусственный драгоценный камень Фианит (синонимы: даймонсквай, джевалит, кубик циркония, шелби). Его цена невелика – менее 10$ за 1 карат (это 0,2 грамма). Но стоит отметить, что с увеличением каратов цена растет экспоненциально. Например, алмаз в 10 карат стоит в 100 раз дороже алмаза 1 карат.

Искусственные кристаллы ювелирных камней можно вырастить в домашних условиях. Большинство подобных экспериментов не нуждаются в специальной подготовке, вам не понадобится обустраивать химическую лабораторию и даже приобретать специальные реактивы.

Как вырастить кристаллы рубинов синтетически?

Выращивание кристаллов рубина может даже стать вариантом домашнего бизнеса. Ведь красивые синтетические камни уже сегодня пользуются большим спросом среди покупателей, поэтому в случае успешной реализации проекта могут принести вам неплохую прибыль. Синтетически выращенные камни используются ювелирами, а также имеют широкое применение в технике.

Кристаллы рубина можно выращивать по стандартной методике, подобрав правильные соли. Но это будет не столь эффективно, как в случае с солью или сахаром, при этом намного дольше по длительности является процесс роста. Да и качество будет сомнительное. Ведь натуральный рубин по шкале твердости Моосу уступает только Алмазу занимая почетное 9-е место. Естественно, если речь идет о бизнесе, в большинстве случаев используют другой способ, разработанный более 100 лет назад во Франции.

Вам потребуется специальный аппарат, имеющий название по имени изобретателя данного способа, т. е. аппарат Вернейля. С его помощью можно выращивать кристаллы рубина, размером до 20-30 карат всего за несколько часов.

Хотя технология остается примерно такой же. Соль двуокиси алюминия с примесью оксида хрома помещают в накопитель кислородно-водородной горелки. Расплавляем смесь, наблюдая, как фактически «на глазах» вырастает рубин.

В зависимости от состава выбранной вами соли вы можете регулировать цвет кристаллов, получая искусственные изумруды, топазы и абсолютно прозрачные камни.

Работа с аппаратом потребует от вас внимания и некоторого опыта, но зато в дальнейшем вы получите возможность выращивать кристаллы, которые завораживают своей красотой, прозрачностью и игрой цвета. В дальнейшем такие шедевры хорошо подаются огранке и шлифовке, соответственно, могут применяться по назначению.

Стоит отметить, что искусственно выращенные кристаллы не являются драгоценными камнями, поэтому, даже если вы решите заняться предпринимательской деятельностью по их выращиванию, это не потребует от вас дополнительного лицензирования.

Конструкция аппарата несложна, ее легко можно сделать самостоятельно. Но на просторах Интернета уже достаточно умельцев, предлагающих чертежи оригинальной установки, а также ее усовершенствованные варианты.

Набор для выращивания кристаллов рубина в домашних условиях

Сам принцип технологии производства рубинов достаточно прост и схематически изображен ниже на рисунке:

В воронку засыпается порошок с примесью Al2O3 с примесью Cr2O3. Ниже подается пламя кислородно-водородной горелки. Расплавленные частицы порошка образуют слои растущего кристалла «Рубина». Подставка, поддерживающая кристалл, постепенно опускается вниз со скоростью роста рубина.

Понимая принцип действия, любое устройство уже не кажется таким сложным. Один из образцов чертежей аппарата Вернейля:

По данной технологии можно так же выращивать и другие дорогие искусственные камни, такие как «Голубой Топаз» и т.п.

Выращивание кристаллов из соли в домашних условиях

Самый простой и доступный эксперимент, который вы можете провести – создать красивые солевые кристаллы. Для этого вам понадобится несколько предметов:

1. Обычная каменная соль.
2. Вода. Важно, чтобы сама вода содержала как можно меньше собственных солей, а лучше дистиллированная.
3. Емкость, в которой будет проводиться опыт (сгодится любая банка, стакан, кастрюля).

Наливаем в емкость теплую воду (ее температура составляет около 50°С). Добавляем в воду кухонную соль и размешиваем. После растворения добавляем снова. Повторяем процедуру до тех пор, пока соль не перестанет растворяться, оседая на дно сосуда. Это говорит о том, что солевой раствор стал насыщенным, что нам и было нужно. Важно, чтобы во время приготовления раствора его температура оставалась постоянной, не остывала, так мы сможем создать более насыщенный раствор.

Насыщенный раствор переливаем в чистую банку, отделяя от осадка. Выбираем отдельный кристалл соли, а потом помещаем его в емкость (можно подвесить на нитке). Эксперимент выполнен. Через несколько дней вы сможете увидеть, как увеличился в размерах ваш кристалл.

Выращивание кристаллов из сахара в домашних условиях

Технология получения сахарных кристалликов аналогична предыдущему способу. Можно опустить ватный жгут в раствор, тогда сахарные кристаллы будут нарастать на нем. Если процесс роста кристаллов стал медленнее, значит уменьшилась концентрация сахара в растворе. Добавьте в него снова сахарного песка, тогда процесс возобновится.

На заметку: если добавить в раствор пищевого красителя, то и кристаллы станут разноцветными.

Можно выращивать сахарные кристаллики на палочках. Для этого вам потребуется:

• уже готовый сахарный сироп, приготовленный аналогично солевому насыщенному раствору;
• деревянные палочки;
• немного сахарного песка;
• пищевые красители (если хотите разноцветных леденцов).

Все происходит очень просто. Деревянную палочку обмакиваете в сиропе и обваливаете в сахарном песке. Чем больше крупинок прилипнет, тем красивее получится результат. Дайте палочкам, как следует высохнуть, а затем переходите попросту ко второй фазе.

Насыщенный горячий сахарный сироп выливаем в стакан, туда же помещаем заготовленную палочку. Если вы готовите разноцветные кристаллы, то в горячий готовый сироп добавьте пищевой краситель.

Следите, чтобы палочка не касалась стенок и дна, иначе результат будет некрасивым. Можно зафиксировать палочку с помощью листа бумаги, надев его сверху. Бумага послужит еще и крышкой для емкости, которая не позволит никаким посторонним частицам попасть в ваш раствор.

Примерно через неделю вы получите прекрасные сахарные леденцы на палочках. Ими можно украсить любое чаепитие, приведя в полный восторг не только детей, но и взрослых!

Выращивание кристаллов из медного купороса в домашних условиях

Кристаллы из медного купороса получаются интересной формы, при этом имеют насыщенный синий цвет. Стоит помнить, что медный купорос является химически активным соединением, поэтому кристаллы из него не следует пробовать на вкус, а при работе с материалом нужно проявлять осторожность. По этой же причине в данном случае подойдет только дистиллированная вода. Важно, чтобы она была химически нейтральной. Будьте внимательны и осторожны при обращении с медным купоросом.

При этом выращивание кристаллов из купороса происходит фактически по той же схеме, что и предыдущие случаи.

Помещая основной кристалл для выращивания в раствор, нужно проследить, чтобы он не соприкасался со стенками посуды. И не забывайте следить за насыщенностью раствора.

Если вы поместили свой кристалл на дне посудины, то стоит смотреть, чтобы он не касался других кристалликов. В этом случае произойдет их срастание, а вместо одного красивого крупного образца у вас получится масса невнятной формы.

Полезный совет! Вы можете самостоятельно регулировать размер граней своего кристалла. Если вы хотите, чтобы некоторые из них росли медленнее, их можно смазать вазелином или жиром. А для сохранности небесно-синего красавца можно обработать грани прозрачным лаком.

Интересные факты о драгоценных камнях!

Существует 3 весовые категории бриллиантов:

1. Мелкий. Масса 0,29 карата
2. Средний. Масса от 0,3 до 0,99 карата
3. Крупный. Бриллианты весом более 1 карата.

К популярным аукционам допускают камни массой от 6 карат. Камням с массой более 25 карат присваивают собственные имена. Например: «Винстон» бриллиант (62,05 карат) или «Де Бирс» (234,5 карат) и др.

Искусственный рубин (синтетический): особенности происхождения + инструкция, как вырастить кристалл в домашних условиях

Рубин считается королем всех самоцветов, он свидетельствует о благосостоянии и власти. Такой камень символизирует красоту, любовь, силу и жизнелюбие.

Стоит отметить, что чаще всего встречается искусственный, а не природный рубин, при этом он имеет массу достоинств.

Характеристика искусственного рубина

Искусственный рубин — качественная имитация природного, но с другим химическим составом. Также такой минерал имеет идентичные физические, оптические свойства, как и природный камень.

серьги с рубинами и бриллиантами

Стоит отметить, что искусственный, впрочем, как и натуральный рубин поддается царапинам. Довольно часто в искусственном камне присутствуют пузыри и различные включения.

браслеты с рубинами и бриллиантами

Специалисты отличают природный рубин от искусственного с помощью линий, которые показывают рост: у природного они искаженные или в виде зигзага, а у искусственного — ровная на вид.

• Такой камень производят в лаборатории при очень высоких температурах и можно применять несколько техник. Данный рубин очень хорошо поддается резанию и легко ограняется.
• Искусственный рубин отлично поддается обработке, так как обладает практически правильной и равномерной структурой, что позволяет создавать яркие и блестящие грани.
• Как правило, используется обязательно смесь из хрома, железа, корунда для того, чтоб камень сформировался без различных дефектов.

кольца с гранатом

По статистике 70 % всех искусственных рубинов используется в промышленности, а всего лишь 30 % в ювелирном производстве.

Методы выращивания искусственного рубина

В лабораториях выращивают рубины 3-мя способами, каждый из которых имеет свои характерные черты и нюансы:

1. Метод Вернейля. Данный способ считается самым первым и используется с 1903 года. Главное преимущество метода Вернейля то, что нет нужды контролировать температуру плавления, а также можно наблюдать за ростом рубина. Для того, чтоб вырастить таким методом кристалл следует использовать специальную печь Вернейля, но в некоторых случаях можно применить горелку.
2. Метод Чохральского. Такой метод применяется с 1950 года и доя него требуется специальная установка. Стоит отметить, что минерал произведенный данным способом считается максимально высококачественным по сравнению с кристаллами полученными другими методами.
3. Зонная плавка. Такой способ выращивания рубина начали применять с 1952 года. При таком методе кристалл формируется пластинчатого вида. Рубин считается чистым по сравнению с другими.

подвеска с рубином и бриллиантами

Выращивание рубина в домашних условиях

В домашних условиях можно вырастить рубин несколькими способами, ниже описан один из самых популярных и простых вариантов.

перстень с рубинами

Рубин из пищевой соли

Для выращивания кристалла понадобится:

• Прозрачная стеклянная банка;
• Поваренная соль;
• Пищевой краситель;
• Нитка;
• Дистиллированная вода.

бусы корунд

Пошаговый план выращивания рубина:

1. Нагреть воду до 45-50 градусов Цельсия, добавить краситель, перемешать и перелить в банку.
2. Добавить соль и хорошо мешать до растворения. Мешать стоит до того момента пока соль не станет оседать на дно банки.
3. Перелить раствор в другую ёмкость, при этом осадок должен остаться в банке.
4. Прикрепить кристалл соли на нитку и аккуратно поместить в банку, ждать процесс кристаллизации.

серьги из серебра с рубинами

Второй достаточно интересный способ выращивания рубина дома происходит с помощью обычного сахара, а именно следует подготовить:

• 3 стакана сахара;
• Пищевой краситель рубинового цвета;
• Стакан воды;
• Нитка;
• Картон;
• Клей резиновый;
• Ножницы;
• Лист бумаги.

кольцо с рубинами и бриллиантами

Пошаговая инструкция

1. Сахар смешать с красителем, залить водой и помешивая сварить сироп на мелком огне.
2. Охладить сироп.
3. Отрезать кусочек нитки, примерно 6 см.
4. Из картона вырезать полосу и приклеить к нему нитку.
5. К концу нитки приклеить кристалл сахара.
6. Полоску картона положить на горлышко стакана, чтоб кристаллик на нитке был опущен в стакан до его середины.
7. Накрыть листом бумаги и ждать процесс кристаллизации.

подвеска с рубинами и бриллиантами

Отличия искусственного от природного рубина

Для того, чтоб отличить искусственный рубин от природного, стоит взять во внимание такие немаловажные нюансы:

• В природе практически не существует рубина больших размеров и слишком насыщенного цвета;
• Искусственный рубин имеет правильную форму в отличие от природного минерала;
• Под ультрафиолетовыми лучами искусственный рубин становится оранжевого тона, а природный не меняет свой окрас;
• Искусственный рубин на поверхности имеет прямые и глянцевые царапины;
• Искусственно выращенный рубин не способен оставить на стекле царапину в отличие от природного камня.

золотые ювелирные изделия с рубинами

Свойства рубина

Рубин считается одним из самых мощных минералов, которые обладают очень сильной энергетикой.

кулон с рубинами и сапфирами

Отмечается, что каждый народ по-разному воспринимает свойства рубина. Например, буддисты считают что рубин раскрывает творческие способности, а целители с Индии уверяют, что с помощью данного камня можно получить власть над любым человеком. Считается, что рубин защищает обладателя от чёрной магии, придает сил и энергии.

серьги с рубинами

Стоит отметить, что рубин обладает значительными медицинскими свойствами, а именно:

• Нормализует давление и тонизирует сосуды;
• Благоприятно влияет на иммунитет;
• Способствует заживлению ран;
• Избавляет от стресса или депрессии;
• Помогает при приступах эпилепсии или параличе;
• Благоприятно влияет на работу головного мозга.

брошь с рубином и бриллиантами

Рубин в астрологии

Астрологи считают, что рубин — достаточно огненный символ и максимально полезен, благоприятно влияет на некоторые знаки Зодиака.

Больше всего данный кристалл подходит таким знака Зодиака:

• Лев — рубин позволит быть более решительным в личной жизни;
• Стрелец — он учит быть менее упрямым и не слишком яростно показывать гордыню;
• Рак — камень избавит от слишком выраженной гордыни и уменьшит пыл упрямства;
• Скорпион — рубин научит быть более мягким и темпераментным;
• Козерог — камень поможет наполниться энергией и позитивом.

кольца из белого золота с рубинами и бриллиантами

Стоит отметить, что астрологи не рекомендуют данный минерал людям, которые рождены под знаком Дева, Телец, так как их энергетики схожи и могут привести к негативным последствиям.

Фото искусственного рубина (синтетический)

брошь с рубином и бриллиантами

украшения с рубинами и бриллиантами

серьги из серебра с рубинами

кольца из золота с рубинами

подвеска с рубинами и бриллиантами

шкатулки для хранения ювелирных изделий

Выращивание кристаллов рубина в домашних условиях доступно для всех желающих. Для работ не потребуется оборудованная лаборатория, получение теоретических и практических знаний в области минералогии, покупка специальных химических реактивов. Все необходимое найдётся на кухне.

Домашнее экспериментирование

Начинать выращивание рубинов советуют с небольших объёмов. Сначала приобретается опыт, понимается весь процесс, а затем уже начинается непосредственная систематическая работа. Синтетическое создание собственных рук не будет уступать в красоте и привлекательности природным минералам. Камни пользуются спросом у ювелиров, поэтому удачный опыт может принести дополнительный доход, если найти рынок сбыта.

Способов выращивания несколько. Советуют попробовать все варианты, затем остановиться на понравившемся.

Искусственные драгоценные породы, созданные человеком, по химическому содержанию и физическим свойствам не отличаются от натуральных. Преимущество домашних технологий в том, что они позволяют создать идеально чистые породы. В природе такое случается крайне редко. Ювелирные качества лабораторных образцов довольно хорошие. Другой плюс минерала – стоимость. Камни дешевле, чем их оригиналы, зарождающиеся в глубоких шахтах.

Органические соли

Вырастить кристалл рубина легко из различных солей:

• медного купороса;
• алюмокалиевые квасцы;
• обычная соль.

Самый длительный процесс на основе соли, самые красивые образцы получают из купороса. Производство кристаллов рубина строится по следующим этапам:

1. Подготовка ёмкости. Она должна держать соль и насыщенный водно-солевой раствор. Берут горячую воду. Процесс постепенный. Две столовые ложки разводят водой, тщательно перемешивают. Затем добавляется соль и перемешивается. осыпать нужно до тех пор, пока соль не перестанет растворяться. Для соблюдения пропорций берут подсказку: таблицу растворимости разных солей в 100 мл воды, их взаимосвязь с температурой жидкости.
2. Фильтрация раствора. Раствор должен быть чистым. Грязевые примеси испортят структуру камня. В нём будут видны дефекты. Раствор остаётся на 24 часа. За этот период на дне ёмкости образуются кристаллы. Они станут основой рубина.
3. Рост искусственного минерала. К образовавшемуся на дне стакана камню привязывается леска. Она наматывается на карандаш или деревянную палочку. Приспособление устанавливается на ёмкости. Кристалл находится в растворе, в подвешенном состоянии. Вода имеет свойство испаряться, насыщенный солевой раствор выделяет излишки, которые закрепляются на получаемом образце.
4. Добавление раствора соли. Воды всегда нужно определённое количество, если её станет мало, кристалл перестанет расти. При нормальной комнатной температуре добавление воды проходит один раз в 2 недели.

Для получения рубинов в домашних условиях придётся ждать примерно 3 месяца. Затем камень освобождают от солевого раствора, просушивают мягкой салфеткой. Образец покрывают бесцветным лаком для ногтей в несколько слоёв.

Совет опытных создателей кристаллов. Раствор соли должен быть той же температуры, что и вода в ёмкости. Кристалл растёт и при температуре чуть ниже, но высокие подъёмы растворов портят и останавливают рост.

Аппарат для работ на дому

Для создания рубинов в домашних условиях потребуется аппарат, названный по имени его создателя, – Вернейля. Методика изобретателя позволяет за 3 часа вырастить рубин весом в 30 карат. Технология позволила создавать драгоценный материал в нужном количестве. Промышленные мощности стали активно внедрять разработку Вернейля. Время внесло свои коррективы, и сегодня такой аппарат легко собирается дома. Составные части прибора:

• катетометр;
• механизм встряхивания;
• бункер;
• горелка;
• муфель;
• растущий кристалл;
• кристаллодержатель;
• механизм опускания кристалла.

Аппарат используют для выращивания не только рубинов. Часто в приборе создают голубой топаз, изумруды и камни с просвечивающей прозрачной структурой.

Процесс домашнего производства:

1. Через воронку в бункер засыпают порошок. Состав порошка — Al2O3, добавочный компонент — Cr2O3.
2. С помощью горелки подаётся пламя к нижней части бункера.
3. Порошок начинает плавиться.
4. Слои расплавленного порошка – это растущий кристалл рубина.

Через механизм опускания искусственный минерал передвигается вниз. В аппарате можно получить различные оттенки. Скорость образования кристалла выше, чем в ёмкости. Потребуется всего 3 часа, и рубином можно будет любоваться. Для одного образца нужны следующие объёмы компонентов:

• 6 г Al2O3;
• 0,2 г Cr2O.

Необработанные кристаллические образования необычайны по форме. Они оригинально схожи с природными, но в то же время всегда уникальны.

Работа с аппаратом на первый взгляд сложна и кропотлива. На самом деле, прибор, придуманный французским изобретателем более 100 лет назад, не создаст особых проблем. Его собирают из частей, которые есть в хозяйстве у практичных людей. Сделать аппарат и приобрести порошок — основные этапы подготовки.

Экономические расчёты

Домашние технологии всегда дешевле. Можно рассчитать стоимость всех компонентов, затрат, и определить примерную стоимость получаемых образцов. Что берут в расчёт рубина:

• стоимость частей прибора;
• затраты на электроэнергию;
• цена на приобретение порошков для основы кристалла.

Даже примерные расчёты покажут выгоду. Стоимость всех составляющих не составит и 500 рублей. За такие деньги сложно купить ювелирное изделие из рубина красивого вида и отличного качества. Процесс не должен пугать домашних экспериментаторов и законностью. Регулируются государством природные минералы, синтетические под действие документов не попадают. Если принято решение открыть небольшое производство, его следует зарегистрировать в установленном порядке. Душа будет на месте, работа принесёт только удовлетворение.

Драгоценный камень, созданный самостоятельно, станет гордостью. Умелец постепенно научится менять оттенки рубинов. Следующим шагом будет творческая работа над полученными образцами, преобразование их предметы дизайна интерьера и оригинальные украшения.

Можно ли вырастить настоящий рубин в домашних условиях

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Меня, как девочку, очень интересуют драгоценные камни, манит их блеск и богатая игра переливов. Я люблю останавливаться у витрин ювелирных отделов и любоваться благородным блеском кристаллов. Особенно манят рубины. Они поразили меня еще в раннем детстве, когда мне прокололи уши и вдели первые сережки с красивыми алыми камнями. Сейчас я увлекаюсь химией, и недавно узнала, что оказывается рубины образуются в природе всего из двух веществ – оксида алюминия и оксида хрома (III) под действием высокой температуры. Как просто! Тогда, опираясь на эти знания, я решила попробовать создать свой настоящий рубин, который был бы ничуть не хуже природного.

Актуальность работы: исследование природных процессов при превращении простых химических веществ в драгоценный камень, по моему убеждению, должно способствовать популяризации науки «Химия» среди школьников.

Цель работы: вырастить настоящий рубин из подручных материалов в домашних условиях.

Для достижения цели я поставила перед собой следующие задачи:

Понять, что такое рубин и как он образуется в природе;

Изучить все известные методы искусственного выращивания рубинов;

Адаптировать один из методов для создания рубина в домашних условиях;

Вырастить минерал самостоятельно;

Доказать, что полученный камень на самом деле является рубином.

Для решения задач я применяю следующие методы исследования: изучение литературных и интернет — источников по исследуемой теме; наблюдение; эксперимент; анализ, обобщение и систематизация полученных данных.

Гипотеза: в домашних условиях можно вырастить самый настоящий рубин.

Что такое рубин

Рубин — это минерал, разновидность корунда, относится к классу оксидов. Красную окраску придаёт содержание примеси хрома Сr3+ (от сотых долей до 2%). Образуется при окислении алюминия Al кислородом О₂ при температуре 2000-2100 ℃ в присутствии хрома по химической формуле

4Al, (1)

Рубин представляет собой прозрачный или полупрозрачный минерал красного цвета различных оттенков, обладает высокой твердостью по шкале Мооса – 9, имеет плотность 3,99-4,1 г/см³, не растворим в кислотах, не плавится под паяльной трубкой, имеет стеклянный блеск, хрупкий из-за несовершенной спайности [4]. Еще одной разновидностью корунда является сапфир, обладающий той же химической формулой (1), но включающий примеси титана и железа. Эти примеси придают сапфиру синие оттенки. Таким образом, рубин и сапфир – «братья» — корунды, отличающиеся лишь цветом, но имеющие схожие свойства.

Образование рубина

2.1 Происхождение в природе

Я выяснила, что самый главный компонент рубина, алюминий – это один из самых распространенных химических элементов земной коры. Встречается повсеместно и входит в состав глины. Но почему же тогда природный рубин – такой редкий самоцвет? Все дело в особых условиях, при которых он образуется в земной коре. Рубины являются типичными гипогенными минералами, т.е. образуются в земной коре на глубине 3500-5000 м путем взаимодействии алюминия, кислорода и небольшого количества хрома при очень высокой температуре 2000-2100 ℃ и давлении в несколько десятков атмосфер. Процесс природного образования кристаллов длится несколько миллионов лет. Это сочетание температуры и давления становится возможным в процессе метаморфизма горных пород, например при движении земной коры [5].

В основном эти алые самоцветы находят в магматических горных породах, но иногда они встречаются и в осадочных (кристаллических мраморизованных известняках), а также россыпях. На сегодняшний день наиболее известны месторождения природных рубинов в Бирме, Индии (Шри-Ланка), Таиланде, Эфиопии, недавно открыто большое месторождение в Гренландии. На Южном Урале рубины встречаются в Ильменских горах (окрестности г. Миасса)(приложение А, рисунок А.1). Рубины образуются в виде отдельных или сросшихся в группы бочонкообразных, дипирамидальных и таблитчатых кристаллов (рис. А.2).

2.2. Изготовление искусственных рубинов

Синтетический минерал — искусственным образом созданный камень, характеристики которого ничем не отличаются от тех, что присущи настоящему природному минералу. «Искусственный», на сегодняшний день, не значит «поддельный», или «имитация». В лаборатории воссоздают контролируемые сочетания температуры и давления, свойственные природным условиям. В результате получаются почти идеальные кристаллы, имеющие высокую чистоту, прозрачность, более насыщенный цвет. Данные камни полностью признаны ювелирными мастерами и широко используются при создании украшений массового сегмента [3].

Получать драгоценные камни синтетическим (искусственным) путем научились еще в 19 веке. Сегодня распространены три основных метода:

Гидротермальный: тeхнoлoгия пpoизвoдcтвa гидpoтepмaльных камней cocтoит постепенной в кpиcтaллизaции вeщecтвa из водного pacтвopa пpи 650–700 °C и дaвлeнии 1500 aтм. Гидpoтepмaльныe кaмни выращивают в aвтoклaвe (ростовой камере) – cпeциaльнoм cocyдe из выcoкoпpoчнoй нержавеющей cтaли (рис.А.3). Рост кристалла длится примерно 4 недели.

Метод Чохральского: метод выращивания кристаллов путем вытягивания их вверх от свободной поверхности большого объема расплава (рис.А.4). Растущий кристалл (буля) принимает цилиндрическую форму при вращении установки. Процесс роста занимает 3-4 часа. В результате можно получить кристалл диаметром до 30 см и длиной до 2 м.

Метод Вернейля: заключается в выращивании кристалла в виде булипри плавлении мелкодисперсного порошка шихты, которая состоит из смеси оксида алюминия и окиси хрома (III) , в пламени кислородно-водородной горелки при температуре 2050-2100 ℃ (рис.А.5). Первые искусственно синтезированные кристаллы рубина Огюст Вернель продемонстрировал в Париже в 1902 г. Сегодня аппарат Вернейля является наиболее простым и популярным методом выращивания кристаллов рубинов и сапфиров.

Проанализировав данные способы получения кристаллов, я поняла, что в домашних условиях наиболее просто будет воссоздать именно метод Вернейля как наиболее понятный и простой.

Адаптация метода Вернейля для создания настоящего рубина в

домашних условиях

Изготовить самостоятельно аппарат Вернейля в привычном виде в домашних условиях и запустить его в дело было бы проблематично, т.к. в оригинале в аппарат подается одновременно кислород и водород. Из практики известно, что сочетание двух этих химических элементов в газообразном виде образует гремучий газ, способный легко взрываться и обладающий огромной разрушительной силой. Он образуется при смеси водорода и кислорода в соотношении 2:1 по формуле

. (2)

Поэтому, чтобы не рисковать здоровьем себя и близких, от подачи водорода решено было отказаться. Я выяснила, что Вернейль применял водород в сочетании с кислородом для горелки затем, чтобы получить нужную температуру пламени в 2050 ℃. Следовательно, если добиться создания пламени с нужной температурой, то применять водород вовсе не обязательно. Решено было добиться заданной температуры с помощью газового резака, который образует пламя за счет горения пропана. Резак есть у нас на даче.

Я разобралась в устройстве и принципе действия аппарата Вернейля и пришла к заключению, что для выращивания рубина достаточно соблюдения нескольких основных условий:

для придания рубину красного цвета нужно, чтобы в шихте присутствовало не более 2% по массе оксида хрома (III);

необходимо обеспечить бесперебойную равномерную подачу мелкодисперсной шихты в малых количествах к пламени резака;

шихта должна полностью расплавиться в пламени и стечь на огнестойкое основание или затравочный кристалл;

для улучшения прочностных характеристик и прозрачности полученного кристалла нужно обеспечить ему медленное остывание на воздухе.

Итак, пока это только теоретические выкладки, но получится ли вырастить настоящий рубин на практике?

Подготовка исходных элементов

Для изготовления рубина мне необходимы следующие элементы:

химические реактивы: порошок оксида алюминия и порошок оксида хрома(III) ;

дозирующее устройство, которое должно подавать шихту к пламени в малых количествах, при этом постоянно встряхивая ее, чтобы предотвратить слёживание;

аппарат газовой резки, защитные перчатки и очки;

огнестойкое инертное основание, лучше всего подошел графитовый тигель;

теплоизолированная камера для медленного остывания кристалла (термос) (прил. Б, рис. Б.1).

Если с последними тремя элементами проблем не возникло, то с дозирующим устройством и с оксидом хрома все было не так просто. Оксид алюминия я приобрела без проблем в магазине химических реактивов, но вот просто так купить оксид хрома (III) не получилось, так как в малых количествах он не продается, и приобрести его можно только в мешках по 5 кг и более. Тогда я подумала, что если окись хрома нельзя купить, то надо ее получить!

4.1 Получение оксида хрома (III)

Читая [6], я узнала, что можно выделить самостоятельно, применив широко известную в кругах химиков реакцию Бёттгера (вулкан Бёттгера). Этот опыт нравится всем детям. Смысл его таков: если взять кристаллический порошок дихромата аммония и раскалить или поджечь его, то начнется самоподдерживаемая экзотермическая реакция. В результате дихромат аммония разложится на три вещества – оксид хрома (III) , газообразный азот и водяной пар

(3)

Дихромат аммония входит в состав детских наборов для химических экспериментов, и купить его не составило труда. Я проделала этот весёлый зрелищный опыт вместе с моей младшей сестрой, она была в полном восторге. В результате реакции (3) получилось много темно-зелёного порошка (рис.Б.2), а азот и водяной пар улетучились в воздух.

Итак, теперь у меня есть окись хрома, значит, я стала еще на 1 шаг ближе к получению рубина.

4.2 Изготовление дозирующего устройства

Основной задачей дозирующего устройства является дозирование и встряхивание шихты. Мы с папой придумали взять большой шприц объемом 10 мл без поршня, он будет служить емкостью для шихты, к тому же у него есть малое выходное отверстие, удобное для высыпания небольшой порции смеси. Вместо иглы к шприцу прикрепили тонкую стальную трубочку, чтобы подводить шихту близко к пламени резака. Для встряхивания смеси к шприцу приклеили два вибромоторчика, которые работают от батареек на 1,5 вольта (рис. Б.3).

4.3 Приготовление шихты

Так как по рекомендации Вернейля для получения красной окраски кристалла в смеси реагентов должно быть не более 2% примеси по массе, то для приготовления шихты можно взять, например, 50 г окиси алюминия и чуть меньше 1г окиси хрома. Смесь реагентов надо хорошо перемешать до получения равномерно окрашенного в бледно-зелёный цвет порошка. Я так и сделала, но оказалось, что частички оксида хрома крупнее порошка окиси алюминия, и однородная смесь не получалась. Пришлось растереть их в ступке. В итоге я добилась однородной бледно-зеленой шихты (рис. Б.4).

Итак, подготовительная работа завершена, можно приступать к выращиванию рубина!

Выращивание рубина

Попытка №1: мы настроили газовый резак на малое пламя, опустили горелку в тигель и стали потихоньку сыпать шихту в пламя. Большая часть шихты разлеталась мимо из-за высокой скорости газа, но малая часть порошка все же начала плавиться в пламени, и через некоторое время на дне тигля образовался небольшой черный кристаллик. Когда образец остыл, он приобрел ярко алый цвет. Значит мы на верном пути! Я продолжала сыпать порошок дальше, смесь сплавлялась, минерал рос, но смотреть на него было невозможно, так как он стал очень яркий из-за высокой температуры (около 2000 ℃). Надо отметить, что процесс плавки очень медленный! Спустя 3 часа получился сплав, по цвету и блеску похожий на алый рубин, но совершенно непрозрачный (прил. В, рис. В.1). Я обрадовалась, но когда сплав окончательно остыл, то распался на части (рис. В.2). Оказалось, что шихта сплавилась только сверху, внутри она осталась порошком. Попутно в тигле образовалось еще несколько более мелких камней алого цвета, но внутри они тоже не сплавились. Вывод: значит, температура пламени оказалась недостаточно высока, и для полного сплавления шихты нужно увеличить время нагрева и повысить температуру пламени.

Попытка№2: мы собраличасти распавшегося камня, а также остальные сплавленные кусочки. Папа настроил пламя на более высокую температуру, и мы снова начали нагревать сплав. Это долгий и утомительно скучный процесс. В тигель невозможно было заглянуть, так как нагретый сплав светил очень ярко, гораздо ярче, чем в первый раз. Не спасали даже защитные очки. Процесс шел почти вслепую. Спустя 2 часа нагрев прекратили. В результате получилось несколько оплавленных камней. Они стали более стекловидными, плотными, более прозрачными, сильно уменьшились в размере, так как из них вышли газовые примеси (рис. В.3).

Далее мы прогревали каждый образец отдельно и давали им всем очень медленно остывать. Вывод: в результате получились красивые камни с глянцевым стекловидным блеском, полупрозрачные, их оттенки варьировались от алого до бледно-розового (рис. В.4). Но можно ли назвать их рубинами?

Идентификация образцов

В источниках [1,2] описаны основные признаки рубинов:

Химический состав: высокотемпературный сплав и ;

Цвет: от коричнево-красного до бледно-розовового с сиреневым отливом;

Блеск: глянцевый, стекловидный;

Прозрачность: абсолютно прозрачным настоящий рубин быть не может из-за большого числа включений. Чаще замутнен. Пропускает свет, при этом светится оттенками розового и красного. Идеально прозрачными могут быть только очень редкие природные образцы, которых единицы в мире, а также лабораторные кристаллы;

Наличие включений (трещины, газовые пузырьки): присутствуют всегда. Отсутствуют только у подделок и лабораторных кристаллов;

Теплопроводность (способность проводить тепловую энергию): низкая (медленно нагревается и медленно остывает);

Твердость по шкале Мооса: 9 – способен легко царапать стекло и топаз (твердость по Моосу – 8);

Способность светиться в УФ-лучах: яркое малиновое свечение. Основной признак!

Я выбрала среди камней 5 самых удачных образцов и проанализировала их согласно вышеприведенным признакам, и могу сделать вывод, что все мои камни соответствуют понятию «рубин». Результат идентификации признаков выполнен в табличной форме и представлен в приложении Г.

Но домашней идентификации образцов мне показалось мало, я решила обратиться к специалисту по минералам за профессиональным мнением. Я встретилась с заведующей учебным геологическим музеем, кандидатом геолого-минералогических наук, доцентом кафедры «Строительные материалы» Южно-Уральского университета, геологом с огромным опытом, Татьяной Ивановной Тараниной. Она исследовала кристаллы под 10-кратным увеличительным стеклом, замерила их плотность и температуропроводность на профессиональном оборудовании и пришла к заключению, что все кристаллы являются искусственно созданными корундами с окраской и свойствами, присущими рубинам (рис. Г.2).

Вывод: это просто удивительно! Мне действительно удалось самой вырастить настоящий искусственный рубин в домашних условиях с помощью доступных средств!

Я решила, что такая красота не должна пропадать зря, поэтому мы с папой выбрали самый большой рубин весом 1 ct и отнесли его в ювелирную мастерскую, где на его основе изготовили ювелирный подвес из серебра. Получился отличный подарок для мамы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Итак, завершив исследовательскую работу по созданию настоящего рубина в домашних условиях, я могу сделать следующие выводы:

Подтверждена гипотеза о том, что в домашних условиях из вполне доступных средств можно вырастить настоящий рубин. Причем, немного меняя количество оксида хрома (III) в шихте, можно варьировать цвет рубина от сиренево-розового до насыщенного красного.

Работа носит практический характер, так как я доказала на деле, что выплавить камень можно проще, чем это делал Вернейль. К тому же мой метод более безопасный, ведь создать высокую температуру плавления шихты можно с помощью газового резака, а не опасной водородной горелки.

Выращенный рубин можно вставить в ювелирное изделие и подарить любимым людям. Это будет бесценный и незабываемый подарок, сделанный своими руками.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Демидов М. Как отличить натуральный рубин от искусственного и подделки: ювелирный блог / М. Демидов // «Ювелирный дом Максима Демидова. Как отличить натуральный рубин». — https://maxim-demidov.ru/blog/kak-otlichit-naturalnyj-rubin;

Кедрова В.А. Как отличить рубин от подделки: методы определения подлинности камня. / В.А. Кедрова // «Как отличить натуральный рубин от искусственного?» . — https://jgems.ru/interesnoe/kak-otlichit-rubin;

Лагутенков А.А. Большая энциклопедия драгоценных камней/ А.А. Лагутенков. – М.: Издательство АСТ, 2018. – 224 с.: илл.;

Рубин – Википедия // «Рубин». — https://ru.wikipedia.org/wiki/Рубин;

Энциклопедия для детей. Том 4. Геология. /Глав. ред. С.Т. Измаилова. – М.: Аванта+, 1995. – 624 с.: илл.;

Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. /Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта+, 2000. – 640 с.: илл.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение А. Происхождение рубинов

Рисунок А.1 Карта добычи рубинов в мире

в)

б)

а)

Рисунок А.2 Виды кристаллов рубина в природе:

а) бочонкообразный б) дипирамидальный в) таблитчатый

Рисунок А.3 Гидротермальный метод выращивания рубина

Рисунок А.4 Метод Чохральского Рисунок А.5 Метод Вернейля

Приложение Б. Подготовка исходных материалов для создания рубина

Рисунок Б.1 Исходные материалы для выращивания рубина

Рисунок Б.2 Вулкан Бёттгера и оксид хрома (III)

б)

а)

в)

Рисунок Б.4 Приготовление шихты:

в)

Рисунок Б.3 Изготовление дозирующего устройства:

а) исходные детали б) изготовление в) готовое устройство

ПРИЛОЖЕНИЕ В. Выращивание рубина

а) б) в)

Рисунок В.1 Выращивание рубина. Попытка №1

а) плавление шихты в пламени б) сплав в тигле в) получившийся образец

Рисунок В.4

Окончательный вид образцов после прогрева каждого камня отдельно

Рисунок В.3 Попытка №2.

Сплавленные кусочки

распавшегося ранее камня

Рисунок В.5

Самый крупный и красивый камень весом 1 ct

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Идентификация образцов

Наименование признака	образец №1	о бразец №2	образец №3	о бразец №4	о бразец №5
Химический состав: сплав +	да
Цвет: от коричнево-красного до бледно-розового с сиреневым отливом	розовый	бордовый	красный	малиновый	темно-малиновый
Блеск: глянцевый, стекловидный	да
Прозрачность: абсолютно прозрачным настоящий рубин быть не может из-за большого числа включений. Чаще замутнен. Пропускает свет, при этом светится оттенками розового и красного.	полупрозрачен, замутнен, пропускает свет, на свету приобретает красивый розово-сиреневый оттенок	непрозрачен, замутнен, пропускает свет, на свету приобретает красивый малиновый оттенок	непрозрачен, пропускает свет, на свету приобретает яркий красный оттенок	замутнен, пропускает свет, на свету приобретает красивый розово-малиновый оттенок	замутнен, пропускает свет, на свету приобретает красивый малиновый оттенок
Наличие включений (трещины, газовые пузырьки): присутствуют всегда	да
Теплопроводность (способность проводить тепловую энергию): низкая (медленно нагревается и медленно остывает)	низкая
Твердость по шкале Мооса: 9 – способен легко царапать стекло	оставляет царапины на топазе
Способность светиться в УФ-лучах	яркое малиновое свечение

Рисунок Д.4

Засыпаем известь

Рисунок Д.5

Заливаем воду

Рисунок Г.1 Рубины и другие природные кристаллы в УФ-лампе.

На рисунке Г.1 показаны различные природные минералы (слева) и выплавленные рубины (справа), помещенные в УФ-лампу. При включении УФ-лампы рубины приобретают красивое яркое малиновое свечение, а остальные камни – нет.

Рисунок Г.2 Татьяна Ивановна Таранина, заведующая учебным геологическим музеем, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры «Строительные материалы и изделия» Южно-Уральского государственного университета

Рисунок Г.3 Заключение о соответствии выращенных образцов искусственным рубинам

Рисунок Г.4

Ювелирный подвес из самого крупного рубина

Просмотров работы: 97

В геммологии, которая изучает обработанные ювелирные вставки, есть три понятия: натуральные (природные), синтетические и искусственные минералы. С первым все ясно — это то, что самостоятельно образовалось в природе. А два следующих требуют пояснения, потому что это не одно и то же. Синтетический рубин — полный аналог натурального, только выращенный человеком в специальном автоклаве. Искусственный рубин — это имитация самоцвета, чаще всего обладающая другим химическим составом и иными физическими свойствами.

Описание

Рубином называется красный корунд. Натуральный и синтетический самоцвет имеет одинаковую формулу Al2O3, а его цвет связан с ионами хрома. Физические свойства также не отличаются. Искусственный рубин имеет твердость 9: он может оставить след на топазе, кварце, а оставить след на нем способен лишь алмаз.

Плотность относительно высокая — 4 г/см3. Может быть выращен как кристалликами, так и бульками — цилиндрическими кусками с зауженным концом. Качество высокое, хотя могут присутствовать включения флюса, пузырьки. Специалисты-геммологи отличают от натурального камня с помощью специального прибора, в котором видны изогнутые линии роста. У настоящего минерала они прямые.

В природе драгоценный камень имеет различное происхождение, но больше всего добывается из россыпей.

Синтетический рубин, используемый для вставок в украшения, получают в специально сконструированных автоклавах. Первые мелкие образцы были получены из расплава в первой половине XIX века. Через полвека его стали делать в производственных масштабах.

К настоящему времени высококачественный искусственный рубин можно получить, используя следующие методы выращивания:

• гидротермальный синтез — кристаллы растут в растворе легкоплавкого вещества;
• Чохральского — на поверхность расплава помещается затравка, которая постепенно растет и поднимается кверху;
• гарнисажную плавку — с помощью высокочастотного излучения;
• Вернеля — плавка порошка оксида алюминия с хромом.

Как вырастить рубин

Вряд ли у кого-то дома найдется химическая лаборатория с автоклавом и набором химреактивов. Поэтому выращивание синтетических кристаллов рубина в домашних условиях невозможно из-за отсутствия специального оборудования. Однако похожую по цвету имитацию вырастить реально. Самый простой вариант — купить в магазине химический набор для выращивания кристаллов рубина, например, из серии «Волшебные кристаллы».

Процесс такой:

1. Порошок пересыпают в стаканчик, заливают кипятком, размешивают до полного растворения и выкладывают на дно каменной основы.
2. Часа через два, когда жидкость охладится, опустить затравочные кристаллы, закрыть крышкой и оставить в полном покое на сутки.
3. Затем крышку снять, можно накрыть бумажкой и ждать 2—4 недели. Спустя это время возникнет щетка рубинов.

Можно попробовать вырастить рубин методом Вернеля, но для этого нужны хорошие познания в химии, физике, технике и наличие аппарата, предназначенного для этих целей.

В нем можно поддерживать температуру более 2000 градусов — именно при ней плавится данный камень. Мощность прибора — полкиловатта в час, его габариты: метр на метр при высоте 2,7 метра. Весит 7 центнеров.

Выращивание кристаллов из сахара

Лучше всего испробовать выращивание «рубинов» из подручных веществ, например, сахара. И пусть это будет искусственная имитация, но сам процесс доставит большое удовольствие, а результат поразит несведущих знакомых и родственников.

Так как кристаллики будут сделаны из растворимого порошка, то их можно поместить в стеклянную фенечку.

Для алхимической процедуры понадобится 3 стакана сахара-песка, пищевой краситель рубинового оттенка (для пасхальных яиц), стакан (200 мл) воды. Основные этапы:

1. Из сахара и воды сварить сироп.
2. Всыпать краситель, мешая до полного растворения.
3. Немного охладить сироп.
4. Нитку длиной 5—6 см приклеить к полоске из картона.
5. К другому кончику приклеить резиновым клеем кристаллик сахара.
6. Протолкнуть кристаллик до середины стакана, картонную полоску оставив поперек горлышка.
7. Накрыть бумагой и ждать кристаллизации.

Если получился насыщенный раствор, то искусственный «рубин» не растворится, а начнет расти.

Выращивание камней из красной кровяной соли

Красная кровяная соль — это гексацианоферрат (III) калия. Из него получается самый лучший цвет, похожий на оттенки бирманских самоцветов. Однако ставить опыты с детьми не рекомендуется из-за опасности, которую таит в себе вещество: ним можно сильно отравиться. Заказывают порошок на специальных сайтах, где продают химреактивы.

Способ выращивания «рубинов» в домашних условиях таков:

• вскипятить 350 мл горячей воды, убрать с огня на 5 минут, чтобы охладилась до 90—95 ℃;
• 200 граммов красной кровяной соли залить горячей водой, хорошо перемешать;
• опустить на дно гладкий плоский камень-гальку шириной 3—4 см;
• накрыть банку бумагой и поставить в шкаф — в спокойное место, недоступное для детей.

Недели через 2—3 на камне вырастет щетка из кристаллов цвета искусственного рубина.

Необходимо следить, чтобы раствор полностью покрывал будущий «самоцвет». Как только он выглянул из нее, раствор слить, а камень с выращенными «рубинами» извлечь и высушить.

Все емкости и палочки выбросить!

Выращивание кристаллов из пищевой соли

Безопасным способом получения рубинового самоцвета является кристаллизация из поваренной (пищевой) соли. Хотя оттенок не всегда получается таким, какой хотелось бы.

Понадобится 1 кг соли крупного помола (не йодированной), 400 мл горячей воды. Из красителей снова следует обратиться к пищевой краске для яиц нужного цвета.

• банку емкостью 0,5 л заполнить наполовину солью, долить не до верха горячую воду;
• хорошо помешивая, добиться полного растворения вещества;
• досыпать еще 5 столовых ложек соли, повторить процедуру — и так до тех пор, пока соль не перестанет растворяться;
• добавить пищевой краситель (несколько пакетов, чтобы оттенок был очень сочным);
• процедить раствор через 2—3 слоя широкого бинта в другую стеклянную банку, поставить в тихое место;
• к нитке приклеить резиновым клеем или привязать кристалл из пакета, опустить в раствор;
• другой конец нити закрепить на плоской палочке длиной больше, чем диаметр банки, положить поперек горлышка;
• накрыть бумагой и ждать, когда вокруг затравки сформируется искусственный «рубин».

Синтетические самоцветы, полученные с помощью размещенных дома аппаратов, могут стать основой бизнеса для индивидуальных предпринимателей. Но это требует знания законодательства, больших вложений, поиска рынка сбыта, кооперации с такими же ювелирами-надомниками.

Искусственные «рубины», выращенные в домашних условиях с минимумом финансовых затрат, могут стать основой отличной коллекции. Она привлечет внимание гостей своей необычностью. Кроме того, из окрашенных кристалликов соли и сахара, помещенных в стеклянную мини-бутылочку, получится необычный сувенир для ребенка или подростка.