Úvod
Předchozí článek Co je diamant? vysvětlil, že diamant je uhlík vázaný v trojrozměrné sp3 mřížce — a že právě tato struktura je zdrojem jeho tvrdosti, lesku a ohně. Tento článek zachází hlouběji do krystalografie: jaký tvar tato mřížka zaujímá, do jakých forem diamantový krystal dorůstá, kde se nacházejí jeho roviny oslabení a co se stane, když se růst krystalu mírně odchýlí od ideálu.
Nejde o abstraktní otázky. Krystalový tvar surového diamantu určuje, jak k němu brusič přistoupí. Roviny štěpnosti diktují, kde lze kámen čistě rozdělit a kde je náchylný k poškození. Zdvojení ovlivňuje průchod světla hotovým kamenem. Pochopení krystalové struktury diamantu propojuje geologii surových diamantů s rozhodnutími, která formují každý vybroušený kámen, s nímž se setkáte ve vitríně klenotnictví.
Klíčové body
Kubická krystalová soustava
Minerály se klasifikují do sedmi krystalových soustav podle symetrie jejich základní buňky — nejmenšího opakujícího se bloku, z něhož se skládá celý krystal. Diamant patří do kubické soustavy, nazývané též izometrická soustava. V této soustavě jsou tři krystalografické osy stejně dlouhé a svírají pravé úhly. Jedná se o nejsymetričtější ze všech krystalových soustav.
Konkrétní struktura diamantu v rámci kubické soustavy je kubická plošně centrovaná (FCC) mřížka s dvouatomovou bází. Každý atom uhlíku leží ve středu čtyřstěnu tvořeného jeho čtyřmi nejbližšími sousedy a tento vzor se identicky opakuje ve všech směrech. Díky této vysoké symetrii je diamant opticky izotropní — jeho index lomu (2,417) je stejný bez ohledu na směr, kterým světlo krystalem prochází. To je klíčový rozdíl oproti mnoha jiným drahokamům. Safír (trigonální soustava) a smaragd (hexagonální soustava) jsou dvojlomné: světlo se v nich štěpí na dva paprsky šířící se různou rychlostí v závislosti na směru. V diamantu se světlo chová ve všech osách stejně.
Základní buňka diamantu má mřížkový parametr 3,567 angströmů. Do každé základní buňky náleží osm atomů uhlíku. Z této geometrie plyne hustota: 3,52 g/cm3, která je shodná u všech přírodních i laboratorně vyrobených diamantů.
Krystalové tvary — jak vypadají surové diamanty
Krystalový tvar (habitus) popisuje vnější podobu, do které minerál obvykle dorůstá. Zatímco vnitřní struktura diamantu je vždy stejná FCC mřížka, vnější forma se liší v závislosti na podmínkách růstu — teplotě, tlaku, rychlosti růstu a chemismu okolního prostředí.
Oktaedr. Nejběžnější tvar u přírodních diamantů drahokamové kvality. Oktaedr má osm rovnostranných trojúhelníkových stěn a připomíná dvě pyramidy spojené základnami. Oktaedrické stěny odpovídají krystalografickým rovinám {111}. Mnoho surových diamantů přichází do brusíren jako úplné nebo neúplné oktaédry. Oktaedrický tvar je pro brusiče významný, protože nabízí přirozenou symetrii umožňující efektivní výtěžnost — dobře utvářený oktaedr lze rozříznout na dvě poloviny a z každé vybrousit kulatý briliant.
Krychle. Kubické diamanty jsou ohraničeny stěnami {100} — šesti čtvercovými plochami v pravých úhlech. Krychlový tvar je u drahokamového surového materiálu méně častý a převažuje u průmyslového diamantu. Kubické krystaly často vypadají neprůhledně nebo průsvitně, nikoli průhledně, ačkoli se čistý kubický surový materiál vyskytuje. Povrch kubických diamantů často vykazuje charakteristickou stupňovitou nebo terasovitou texturu způsobenou střídáním růstových vrstev.
Dodekaédr (kosočtverečný dodekaédr). Dvanáct kosočtverečných stěn ohraničených rovinami {110}. Dodekaédrické diamanty jsou běžné a často vykazují zakřivené či zaoblené stěny namísto plochých a ostrých stěn, jaké vidíme u oktaédrů. Toto zaoblení je výsledkem rozpouštění — krystal se v plášti částečně resorboval dříve, než dosáhl povrchu. Mnoho surových diamantů drahokamové kvality má dodekaédrický tvar nebo přechodnou formu mezi oktaédrem a dodekaédrem.
Kombinované a přechodné formy. V praxi mnoho surových diamantů vykazuje stěny více než jednoho krystalového tvaru — například oktaedr se seříznutými hranami, na nichž se objevují dodekaédrické plochy. Relativní rozvinutí různých typů stěn poskytuje vodítka o podmínkách, za nichž diamant vznikl, a jak dlouho pobýval v různých teplotních prostředích v zemském plášti.
Ploché a tabulkovité krystaly. Některé surové diamanty rostou ve formě zploštělých destiček. Tyto tenké, často trojúhelníkové krystaly se nazývají makly (viz níže — zdvojení). Pro brusiče představují zvláštní výzvu, protože jejich geometrie omezuje hloubku dostupnou pro fasetky spodku.
Roviny štěpnosti
Štěpnost je tendence krystalu lámat se podél specifických rovin, kde je atomová vazba relativně slabší. U diamantu dochází ke štěpnosti podél oktaedrických rovin {111} — tedy stejných rovin, které tvoří stěny oktaedrického krystalu.
Může se to zdát rozporuplné: diamant je nejtvrdší přírodní materiál, a přesto jej lze rozdělit podél definovaných směrů. Klíčem je rozdíl mezi tvrdostí (odolností proti poškrábání) a houževnatostí (odolností proti lomu). Tvrdost měří obtížnost vytlačení atomů na povrchu. Štěpnost měří energii potřebnou k oddělení jedné roviny atomů od sousední. Ve směru {111} je hustota atomových vazeb protínajících rovinu nižší než v jiných směrech, čímž vzniká preferenční lomová cesta.
Diamant má čtyři roviny štěpnosti odpovídající čtyřem jedinečným orientacím rodiny rovin {111} v kubické soustavě. Zkušený štěpař umí nastavit břit podél jedné z těchto rovin a přesným úderem rozdělit surový diamant čistě na dva kusy. Tato technika byla hlavní metodou dělení surových diamantů, než se ve dvacátém století stalo standardem mechanické řezání. Dodnes se používá ve specifických situacích, kdy je řezání nepraktické — například při odstraňování velké inkluze umístěné blízko povrchu.
Důsledky pro šperkařství. Štěpnost znamená, že diamanty nejsou nezničitelné. Tenké hrany — nožová rondista nebo špičatý cíp marýzy či hrušky — jsou zranitelné. Ostrý úder ve směru štěpnosti může kámen odštípnout nebo rozlomit. To je jeden z důvodů, proč gemologové doporučují ochranná zasazení (například V-krapy nebo objímky) pro špičaté tvary diamantů.
Zdvojení
Ke zdvojení dochází, když dvě nebo více krystalových domén vyrůstají společně v odlišných orientacích a sdílejí společnou krystalografickou rovinu. U diamantu je nejčastějším zákonem zdvojení spinelové zdvojení, při němž jsou dvě krystalové poloviny zrcadlově otočeny přes rovinu {111}. Výsledný krystal se nazývá makla.
Kontaktní zdvojení (makly). Makla je typicky zploštělý trojúhelníkový krystal, který vypadá jako dvě mělké oktaedrické poloviny spojené základnami a pootočené o 180 stupňů vůči sobě. Rovina zdvojení prochází středem kamene. Makly jsou běžné — představují významný podíl produkce přírodních surových diamantů.
Zdvojení ovlivňuje diamant několika praktickými způsoby:
Obtížnost broušení. Dvě krystalové domény mají odlišnou orientaci zrna. Protože tvrdost diamantu se mírně liší s krystalografickým směrem (vlastnost nazývaná diferenční tvrdost neboli směrová tvrdost), musí brusič při přechodu z jedné domény zdvojení do druhé upravit směr leštění. Zdvojený surový materiál se leští obtížněji než nezdvojený.
Narušení štěpnosti. Roviny štěpnosti v každé doméně zdvojení probíhají různými směry. To znamená, že zdvojený diamant nelze štěpit přes hranici zdvojení — rovina štěpnosti v jedné doméně nepokračuje do druhé. Paradoxně jsou tak zdvojené diamanty v některých orientacích houževnatější (odolnější proti lomu) než nezdvojené krystaly, protože trhlina se nemůže šířit přímo přes celý kámen.
Vnitřní odrazy. Roviny zdvojení mohou působit jako vnitřní reflektory nebo způsobovat lokalizované napětí, které se pod zvětšením někdy jeví jako viditelná linie zrna. Při hodnocení čistoty jsou takzvané twinning wisps — jemné nitkovité inkluze spojené s rovinami zdvojení — uznávanou charakteristikou čistoty v reportech GIA.
Cyklické a penetrační zdvojení. Tyto formy jsou méně běžné než jednoduché kontaktní zdvojení a vznikají, když se vzájemně protínají více domén zdvojení. Hvězdicovité nebo pěticípé cyklické zdvojení je známé, ale vzácné. Penetrační zdvojení, při němž se dva oktaedrické krystaly navzájem pronikají, vytváří vizuálně pozoruhodné vzorky ceněné sběrateli minerálů, pro drahokamové broušení se však používají zřídka.
Povrchové znaky
Surové diamantové krystaly nesou povrchové značky, které prozrazují jejich růst a geologickou historii:
- Trigony — drobné trojúhelníkové prohlubně na oktaedrických stěnách, orientované opačně vůči obrysu stěny. Vznikají přirozeným leptáním a rozpouštěním. Jejich hloubka a ostrost ukazují, jak silnou resorpci krystal prodělal.
- Růstové linie — jemné rovnoběžné čáry na krystalových stěnách, sledující postupné růstové vrstvy. Nejlépe jsou viditelné na kubických stěnách.
- Štítovité lamely — ploché, štítovité vyvýšeniny na dodekaédrických stěnách, zaznamenávající přechod z oktaedrického do dodekaédrického růstu.
- Leptací kanálky — úzké, trubicovité kanálky pronikající povrchem krystalu, způsobené chemickým rozpouštěním podél linií defektů.
Tyto znaky jsou při broušení a leštění odstraněny, ale vedou brusiče při hodnocení surového kamene — odhalují vnitřní napětí, směr růstu a potenciální zóny inkluzí ještě před prvním řezem.
Často kladené otázky
Do jaké krystalové soustavy patří diamant?
Diamant patří do kubické (izometrické) krystalové soustavy. Jeho atomy tvoří kubickou plošně centrovanou mřížku, která se rovnoměrně opakuje ve třech rozměrech, díky čemuž je diamant opticky izotropní — jeho index lomu 2,417 je stejný bez ohledu na směr, kterým světlo krystalem prochází.
Jak vypadá surový diamant?
Nejčastějším přírodním tvarem je oktaedr — dvě čtyřstranné pyramidy spojené základnami. Surové diamanty se vyskytují také jako krychle, dodekaédry (dvanáctistěny s často zaoblenými plochami) a ploché trojúhelníkové makly vzniklé zdvojením. Povrchové znaky jako trigony a růstové linie prozrazují geologickou historii krystalu.
Proč lze diamant rozštěpit, když je nejtvrdším materiálem?
Diamant se štěpí podél čtyř oktaedrických rovin {111}, kde je hustota atomových vazeb protínajících rovinu nižší než v jiných směrech. Tvrdost měří odolnost proti poškrábání, štěpnost měří odolnost proti rozštěpení podél specifických rovin. Brusičské dílny využívají tyto roviny štěpnosti po staletí k dělení surových kamenů.
Co je makla diamantu?
Makla je zdvojený diamantový krystal — dvě krystalové poloviny zrcadlově otočené přes rovinu {111}, čímž vzniká plochý trojúhelníkový kámen. Makly jsou v přírodě běžné a představují brusičskou výzvu, protože dvě krystalové domény mají odlišnou orientaci zrna, což vyžaduje úpravu směru leštění při přechodu přes hranici zdvojení.
Shrnutí
Diamant krystalizuje v kubické soustavě jako kubická plošně centrovaná mřížka s plnou trojrozměrnou symetrií. Jeho nejběžnějším přírodním tvarem je oktaedr, ačkoli se v závislosti na podmínkách růstu vyskytují i krychle, dodekaédry a zaoblené formy vzniklé rozpouštěním. Čtyři roviny štěpnosti podél směrů {111} dávají brusičům možnost dělit surový materiál, ale zároveň vytvářejí zranitelná místa na tenkých hranách hotových kamenů. Zdvojení — zejména vznik makel — komplikuje broušení zavedením více orientací zrna, ale současně zvyšuje houževnatost tím, že brání šíření trhlin přes hranice zdvojení. Krystalografie diamantu není oddělena od jeho krásy ani trvanlivosti — je jejich přímým zdrojem.