Спартак Ахметов - Беседы о геммологии

А Вернейль рвался дальше. Он мечтал вырастить сапфир, хотя в те времена даже с причиной его синей окраски не все было ясно. Ученый экспериментировал с различными оксидами и остановился на железе и титане. В 1911 году были опубликованы патенты на выращивание синего сапфира. Через два года общий объем производства сапфира достиг 1200 килограммов, а рубина — 2000 килограммов.

Метод Вернейля оказался пригодным и для выращивания шпинели. Первый синтез этого соединения осуществил А. Пари, студент Вернейля. Палитра шпинели несравненно шире корундовой. Здесь голубые, аквамариновые, синие, зеленые, розовые и другие цвета.

В 1913 году Огюст Вернейль умер. Прервалась полоса выращивания рубинов, сапфиров и шпинелей. Началась первая мировая война, потом пожар революций, кризисы. Людям было не до самоцветов и их искусственного получения…

В 30-х годах Р. Наккен вырастил пятиграммовые кристаллы кварца за девяносто часов. Его метод основывался на том, что растворимость кварцевого стекла превосходит растворимость кварца. Поэтому при одной и той же температуре стекло, насыпанное в автоклав, растворяется, а кварц выпадает из раствора и нарастает на затравку. Однако наступал момент, когда стекло покрывалось тонким слоем кварца и переставало питать раствор. Одновременно прекращался рост кристаллов кварца. Следовало разработать технологию синтеза, при которой в одном участке автоклава кварц растворялся бы, а в другом — выпадал из раствора. Задача содержала внутреннее противоречие и казалась неразрешимой.

Решение нашел А. Уокер в 1950 году. Он предложил нагревать автоклав раздельно: низ — до 673 кельвинов, а верхнюю часть — до 653 кельвинов. На дно автоклава насыпали кварцевую шихту, а вверху подвешивали затравочные кристаллы. Дальнейшее понятно. Конвекционные токи поднимают горячий, обогащенный кремнеземом раствор в верхнюю, более холодную зону автоклава. Выпавший из раствора кварц нарастает на затравку, а остывший раствор опускается вниз за новой порцией кремнезема. И так до тех пор, пока выросший кристалл не заполнит автоклав. Свои опыты Уокер проводил в растворах соды и щелочи. Максимальное его достижение — 312 граммов кварца за месяц.

В Советском Союзе опыты по синтезу кварца были начаты в 1939 году. Вел их Н. Н. Шефталь по методике Наккена и, естественно, больших успехов не добился. В результате почти тысячи экспериментов были получены только мелкие кристаллы. Однако ценнее их оказался приобретенный опыт. В самом начале 50-х годов Шефталь применил метод температурного перепада. Результаты не замедлили сказаться: из раствора карбоната натрия вырос кристалл весом 17 граммов.

Дальнейшие работы в Институте кристаллографии АН СССР возглавил В. П. Бутузов. Его группа занималась выращиванием кварца из смеси растворов соды и щелочи. В лучшем опыте за один месяц вырос кристалл весом 73 грамма. Затем кристаллов стало так много, что их использовали в технике. Испытания показали, что по своим свойствам они не отличались от природных. Это был успех.

Однако работу группы Бутузова пришлось прекратить. Во-первых, ученые не могли добиться хорошей воспроизводимости результатов. Во-вторых, неправильный выбор затравочных кристаллов приводил к образованию двойников. К тому же в одном из опытов автоклав «вспомнил», что произошел от «бомбы», и взорвался.

В 1952 году К. Браун, Н. Вустер и В. Вустер вырастили кристалл весом 150 граммов. Физические свойства его были аналогичны высококачественному природному кварцу. Почти одновременно группа советских ученых из Центральной научно-исследовательской лаборатории пьезотехники (ЦНИИЛП) вырастила кристаллы отличного кварца весом до 100 граммов. Однако до промышленного производства было далеко.

Не лучше обстояло дело с гранатами. Для их синтеза применили автоклавы и вырастили кристаллы андрадита и гидрогроссуляра. Пятидесятые годы увенчались синтезом уваровита сразу в нескольких лабораториях. Методика синтеза оказалась настолько простой, что этот изумрудно-зеленый гранат можно получить дома.

Возьмите 33,6 грамма гашеной извести, 30,4 грамма оксида хрома и 36 граммов оксида кремния (все это можно задешево купить в магазине химических реактивов). Тщательно перемешайте порошки, поставьте на электрическую или газовую плиту. Прокаливайте смесь примерно месяц. Полученный уваровит охладите до комнатной температуры. Вот и все. Вы стали обладателями чудесных кристаллов размерами до 0,01 миллиметра. Остается утешать себя, что более крупных кристаллов уваровита не получили и ученые, несмотря на их степени, звания и заслуги.

После многолетней кропотливой работы американцы Л. Кос и Х.-С. Йодер в 1955 году синтезировали пироп, спутник алмаза, и альмандин. Для этого им потребовалось оборудование, создающее давление до 3 гигапаскалей и температуру до 1300 кельвинов. Размеры полученных гранатов вполне приличные, из них можно огранить ювелирный камень. Однако себестоимость настолько велика, что даже миллионеры предпочтут съездить в Индию и купить природный гранат на восточном базаре.

Итак, первый раунд выращивания искусственных кристаллов кварца, рубина, граната, растянувшийся более чем на сто лет, закончился. Больших успехов ученые не добились. Однако они заложили довольно мощный фундамент под будущие исследования. Без большой натяжки столетнюю работу ученых можно сравнить с деятельностью алхимиков. Последние тоже не получили искомое — философский камень. Зато они изучили свойства многих кислот, щелочей, солей, синтезировали новые вещества, изобрели порох, фарфор, гремучую ртуть. Алхимиком был Роджер Бэкон, поплатившийся за это жизнью. Но он предсказал открытие телефона, самодвижущихся повозок и летательных аппаратов. Алхимики возвели совершенно необходимые ступени, по которым потомки пошли выше.

Перед решающей атакой.Иногда стратегия науки напоминает стратегию военного искусства. Каким образом выдающиеся полководцы прошлого — Александр Македонский, Святослав, Субудай — добивались решающей победы? Они концентрировали на главном направлении превосходящие силы. Так же решили поступить в нашей стране при синтезе кварца. В 1954 году на основе ЦНИИЛП создан Всесоюзный научно-исследовательский институт пьезооптического минерального сырья (ВНИИП). Лабораторию гидротермального синтеза возглавил А. А. Штернберг, талантливый ученый, очень добрый и справедливый человек. Под его началом собрались молодые специалисты Л. А. Гордиенко, В. Е. Хаджи, Л. И. Цинобер. Какое-то время понадобилось для решения организационных вопросов, для комплектации оборудования. Хороших автоклавов не было. Их изготовили из гаубичных стволов калибра 122 миллиметра. Возникали и другие проблемы, которые сначала казались неразрешимыми, а потом все-таки решались. Через некоторое время ученые приступили непосредственно к научным исследованиям.