Мінерали штучні

Визначення і загальна характеристика

МІНЕРА́ЛИ ШТУ́ЧНІ  — тверді неорганічні речовини (хімічні сполуки кристалічної будови), утворені методом синтезу в наукових лабораторіях чи на промислових підприємствах. На позначення М. ш. часто вживають термін «синтет. мінерали» (дехто з укр. учених вважає, що такий термін краще відповідає змісту явища). М. ш. є продуктами людської діяльності, за хім. складом, структурою та властивостями аналогічні або близькі до відповід. природ. мінералів (напр., алмаз, корунд, кварц, рубін, слюди та ін.). Водночас синтезують М. ш., що в природі не існують (напр., аліт, беліт). Цікавим є той факт, що окремі мінерали спочатку отримали штучно, а згодом їх знаходили в природі (йдеться, зокрема, про карборунд, або карбід кремнію, який ще в 19 ст. синтезували для пром. потреб; згодом природну речовину аналог. структури знайшли серед уламків заліз. метеорита в США, яку назвали муассаніт). Перші спроби отримання М. ш. відомі віддавна, однак систематично цією справою почали займатися в 19 ст. Особливістю М. ш., на відміну від мінералів, утворених у природ. умовах, є відсутність у них хім. і мех. домішок. За призначенням М. ш. поділяють на ювелірні (коштовні й напівкоштовні камені) й тех. (кристали, що застосовують для виготовлення будматеріалів, в абразив., керам. та багатьох ін. галузях промисловості). Цей поділ доволі умовний, оскільки в його основі — ступінь досконалості кристалів синтетич. мінералів, а не виокремлення їхніх видів (напр., алмаз використовують як у ювелір. справі, так і в промисловості для виготовлення різал. інструментів). У ювелір. галузі розрізнення природ. мінералів і М. ш., а також їхніх підробок має особливе значення, а сукупність знань про ювелірні мінерали та методи верифікації їхнього походження називається ґемологією. Окрім практичного, синтезування М. ш. має велике теор. значення, оскільки дозволяє науковцям глибоко вивчати процеси мінералоутворення (див. Мінералогія та Геологія). Вивченням і розробленням технологій їхнього виробництва займаються, напр., в Інституті надтвердих матеріалів НАНУ, Інституті проблем матеріалознавства НАНУ, Інституті фізики НАНУ, Інституті геохімії, мінералогії та рудоутворення НАНУ (усі — Київ) та Інституті монокристалів НАНУ (Харків), де 2009 вдалося виростити найбільший у світі кристал масою 504 кг. В Україні наук. проблеми М. ш. висвітлюють, зазвичай, у «Мінералогічному журналі». У природі кристали мінералів формуються в основному з водних розчинів природ. мінералізаторів внаслідок тривалих геотермал. процесів. Для отримання М. ш. природні умови моделюють, використовуючи методи кристалізації із розплавів, розчинів і газу. В Україні виготовляють бл. 30 різних видів М. ш. Напр., синтет. алмази (адаманти) одержують із суміші вуглецю з додаванням заліза, нікелю й кобальту та каталізаторів під дією високого тиску (1000–5000 МПа) і високої температури (1200–2000 °С). Є й інші способи синтезу алмазів, зокрема методом вибуху або вирощуванням. Перший передбачає штучне отримання алмазів у спец. камері під дією детонац. хвилі вибух. речовини, що забезпечує досягнення необхід. рівня тиску й температури. Другим — алмази отримують шляхом обдування метаном зародк. кристалу при т-рі бл. 1100 °С. 1961 в Інституті надтвердих матеріалів НАНУ під керівництвом В. Бакуля розроблено ефективну пром. технологію синтезу штуч. алмазів, а від 1963 налагоджено серійне їх виробництво. Укр. науковцям належить пріоритет у встановленні особливих умов синтезу дріб. порошк. алмазів, одержанні щільних полікристалів та вирощуванні великих прозорих досконалих монокристалів. Синтет. корунд — ще один найважливіший синтет. мінерал, який отримують під час нагрівання гібситу, діаспору до температури понад 1000 °С. У промисловості добувають обпаленням та плавленням бокситів і глинозему. Для вирощування монокристалів корунду використовують методи Вернейля й Чохральського. Завдяки своїм властивостям його широко застосовують у виробництві вогнетрив. і керам. матеріалів. У свою чергу, корунд. кераміка є необхідною в машинобудуванні, оптиці, електроніці, світлотехніці. Монокристали корунду застосовують у ювелір. промисловості, виробництві точних приладів, годинник. каменів, оптич. генераторах (лазерах). Синтет. кварц і синтет. силікатні мінерали на його основі (муліт, форстеріт, кордієрит) — важлива група М. ш. Кварц. кераміка й плавлений кварц — матеріали з високою вогнетривкістю та майже відсутнім тепл. розширенням, здатні без руйнування витримувати різкі перепади температури. Застосовують у скляній і легкій, хім. і маш.-буд. пром-стях, а також як конструкц. матеріал у косміч. техніці. Крім цього, п’єзоелектр. властивості кварцу використовують як основу кристаліч. осциляторів в електроніці, напр., в електрон. годинниках. Синтет. фотонні кристали — аналоги природ. опалу, структура яких характеризується періодич. зміною показника заломлення в простор. напрямках. Завдяки цьому фотонні кристали виконують функцію оптич. фільтра й застосовуються в тонкоплівк. оптиці, дисплеях нового покоління, оптич. «суперлінзах», які фокусують світло в точку з розмірами, меншими за довжину хвилі, тощо. Існує багато методів виготовлення фотон. кристалів, і нові методи продовжують з’являтися. Синтет. цеоліти — каркасні алюмосилікати лужних і лужноземел. металів, які не містять, на відміну від природ. цеолітів, т. зв. цеоліт. води. Із багатьох різновидів синтет. цеолітів лише кілька за складом і властивостями відповідають природ. мінералам, решта не мають аналогів у природі. Штучно синтезовані цеоліти знаходять широке застосування у водоочис. установках як адсорбенти, іонообмінники, молекулярні сита. Також їх широко застосовують як каталізатори багатьох процесів у нафтохімії та нафтопереробці; у с. госп-ві — для осушення газів і очищення природ. вод.

Завантажити статтю