Rozruch vyvolala nedávno slova uznávaného počítačového experta Stana Williamse z laboratoří Hewlett-Packard v Palo Alto (USA): „Nynější metoda výroby počítačových čipů leptáním jemnějších a jemnějších linek do křemíku pravděpodobně vyčerpá svůj potenciál asi do roku 2010!“
A co bude dál? Čeká svět computerová krize? Zdá se, že naštěstí nikoli. Další nanotechnologický průzkum by mohl ukázat, že záchranou se stane diamant. Na jeho povrch se totiž dají ukládat data takovým způsobem, který je 10 milionkrát hustší než kapacita paměti DVD disku, tedy asi 1015 bitu/cm2. (DVD zapisuje zhruba „pouhých“ 108bitu/cm2.)
Uveďme, že podle nejnovějších informací má pro potřeby americké armády vzniknout superpočítač, který dokáže za jedinou vteřinu vyřešit 20 triliónů matematických operací. Něco podobného by člověk s pomocí kalkulačky teoreticky zvládl teprve za 1,2 miliónu let!
Williams i jiní odborníci se domnívají, že právě s uvedeným využitím diamantů se dá vyřešit exponenciální růst výkonu počítačů, který trvá už přes padesát let (tzv. Mooreův zákon).
Gemologie je živá věda
Diamant i další nerosty neboli minerály jsou chemické sloučeniny, ze kterých se skládají horniny. Tento pevný materiál je základem zemského povrchu na souši i pod mořem. Nejstarší horniny se zatím podařilo objevit v severozápadní Kanadě. Jejich stáří vědci odhadují na téměř čtyři miliardy let, tedy jen o trochu méně než je věk samotné zemské kůry.
Drahé kameny získané v surovém stavbu se potom odborně různými způsoby opracovávají, brousí. Spolu s drahými kovy tvoří skutečné přírodní poklady. Dosud experti objevili a popsali 3700 minerálních druhů. Z toho je asi 130 reprezentantů drahých kamenů. Proto se z mineralogie jako nauky o minerálech nedávno vydělila gemologie – specializovaná interdisciplinární věda o drahých kamenech. V ní se spojují poznatky z optiky, mineralogie, geografie, historie a ekonomiky. Zakladatelem gemologie u nás byl RNDr. Jiří Kouřimský, CSc., jenž zemřel loni v srpnu.
Diamant kraluje
Nejvzácnějším drahokamem a také nejtvrdší látkou na Zemi je diamant. Lze ho řezat jen pilkou s diamantovým ostřím. Pojmenování pochází buď z řeckého adamas (nepřemožitelný) či z arabského almas (nejtvrdší). Tento minerál uhlíku se vyskytuje hlavně v náplavech, do kterých se dostal vodou ze zvětralých mateřských hornin.
Základ diamantu tvoří uhlík –jeden z nejběžnějších prvků na Zemi. Proč je tedy diamant tak drahocenný? Proč se kvůli němu krade, vraždí, ba i válčí? Uhlík v něm se totiž mění v drahý kámen pouze tehdy, když na něj působí velký žár (2000° C) a tlak(až 70 000 kg) v zemské kůře. Z rozžhavené hlubiny se však musí dostat na povrch pomocí pohybující se horniny. A k tomu dochází jen zcela výjimečně!
Již kolem roku 400 n. l. ho znali ve starověké Indii. Ta do 18. století byla jeho výhradním dodavatelem. Od roku 1871 se datuje historie mohutného naleziště diamantů u jihoafrického města Kimberley, kde geologové objevili krystalky diamantu v tmavé eruptivní (vyvřelé) hornině. Ta dostala název kimberlit.
Dodnes bylo na všech kontinentech odhaleno na 1600 kimberlitových těles. Říká se jim tak proto, že útvary kimberlitů, které tvarem připomínají válce či komíny, téměř prostřelují zemskou kůru.
V posledních dvou desetiletích se však ukazuje, že diamanty vznikaly i v jiných typech hornin než je kimberlit. A co víc – jsou i na tzv. impaktech – v místech, kde na zemi kdysi dávno dopadlo nějaké přirozené kosmické těleso, někdy velký meteorit.
Nejde pouze o barvu
Drahokamové nerosty vynikají řadou význačných kvalit – tvarem nerozřezaných
krystalů, barvou, tvrdostí, indexem lomu i měrnou hmotností (hustotou). Hodnotu drahého kamenu spoluurčuje také množství výskytu, lesk, čistota, barva, tvrdost i poptávka.
Barvy u diamantů jsou v zásadě dány vadou mřížky v krystalu a přítomností
vzácných stopových prvků. Zabarvení ostatních drahých kamenů většinou způsobují oxidy kovů, které tvoří buď příměsi, nebo složky.(Více se dozvíte v separátním příspěvku.)
Právě barva mnohým drahým kamenům zaručuje jejich výjimečnost. Pro své čisté zbarvení se dočkal obdivu průhledný červený rubín, modrý safír, zelený smaragd, žlutý topas. Neprůsvitné či nejasně vypadající drahé kameny (zejména opály a řada polodrahokamů) za svou krásu a přitažlivost vděčí jedině barvám.
Příroda čaruje
Od renomovaného gemologa Jaroslava Hyršla jsme se dozvěděli: „Na kamenech se zkoumá jeho druh, původ a změny. Dnes není ani podstatné určit typ kamene, třeba zda jde o safír či topas, ale jestli je přírodní a jaké má inkluze, tedy vtroušeniny. To je to, co vidíte uvnitř kamene. Žádný kámen není úplně čistý. Vždycky tam naleznete drobné bublinky, částečky minerálu, kteéý s ním krystalovaly. Podle nich poznáte, jestli je kámen pravý či ne, a co se s ním v průběhu doby dělo. Zkoumá se to při velkém zvětšení v mikroskopu.“
Právě badatel Hyršl dospěl k překvapujícímu objevu, když mohl prozkoumat české korunovační klenoty. Tak mj. zjistil, že z tzv. ostatkového kříže se ztratilo pět safírů, které kdosi – nejspíše v 19. století – umně nahradil pouhým tyrkysovým sklem, byť s fasetovým brusem. Ještě větší překvapení však v listopadu 1998 přinesl výzkum svatováclavské koruny s využitím moderních metod. Tehdy se klenoty poprvé digitálně fotografovaly. Ukázalo se, že nejdůležitější kámen čelní strany není rubín, ale rubelit – červená odrůda turmalínu. Také „zelený safír“ se proměnil v akvamarín apod.
Drahé kovy cestují vesmírem
Samozřejmě na vzácném královském klenotu nechybějí ani drahé kovy jako zlato a stříbro- další připomínky toho, jaká je příroda všemocná čarodějka. Dokázala to i největším valounem (hroudou) čistého zlata, který byl nalezen v Austrálii roku 1869. Vážil 70 kg a získal přezdívku Welcome Stranger (Vítaný host). Dnes by měl hodnotu asi 21 milionů korun. Častěji se však drahé kovy objevují v podobě rudy – tedy smíšené s jinými nerosty.
Drahé výtvory přírody se dříve používaly především pro krásu, k obchodování, jako symbol majetnosti. S průmyslovou revolucí se však stále více začaly využívat i pro jiné účely. Čisté diamanty se tradičně uplatňovaly v klenotnictví, ty horší pak v průmyslu jako brusný materiál. Platina se využívá jako výborný katalyzátor, který urychluje chemické reakce. Nejméně desetkrát lépe než ocel vedou teplo stříbro a zlato, které jsou také skvělými vodiči elektřiny, což se hojně využívá v elektronice. Výjimkou není ani stříbřitý či zlatavý kov v různých galvanizačních lázních.
Dlouho by se dalo vypočítávat využití v medicíně – počínaje stomatologií, opravami chrupu. Velkou šancí jsou tyto přírodní poklady rovněž pro nanomedicínu, které má patřit budoucnost. Drahocennosti se v rozmanitých formách objevují i v souvislosti s cestami do vesmíru. Například už existují uhlíková nanovlákna, která mají zajímavé chemické i mechanické vlastnosti. Lze je mj. využít v kosmických lodích jako ultrapevná vlákna či ložiska bez tření. Výborné zkušenosti jsou s optickými i high – tech optickými komunikačními zařízeními…
Nanotechnologie jsou nadějí pro budoucnost
Uhlíkové atomy diamantu vytvářejí krystalovou mřížku. Každý z nich je spojen se čtyřmi ostatními atomy velmi pevnou vazbou. Některé vazby jsou však slabší, a proto se diamanty dají v některých směrech štípat – hovoří se o plochách štěpnosti
Diamant je nejtvrdším známým pozemským materiálem. Proto se právě teď při pokusech
v USA dvě diamantové desky využívají jako jakési protilehlé kovadlinky, mezi které se pod značným tlakem vkládají různé testované látky – nejspíše využitelné při nanotechnologiích. Uhlíkové nanotrubky jsou zase nejpevnější. Ideální by bylo, kdyby se podařilo vlastnosti obou zmíněných forem uhlíku kombinovat.
Přesně o to se nyní pokusili výzkumníci z Argonne National Laboratory v USA. Umístili nanotrubky do plazmového reaktoru, který se používá i k výrobě nanokrystalického diamantového filmu. Nanotrubky byly orientovány tak, aby plazma reagovala s jejich konci. Experimentátoři totiž doufali, že tímto způsobem docílí růstu diamantových krystalů. Bohužel, ve skutečnosti plazma konce nanotrubek prostě odpařilo.
Náhodný objev čeká na využití
Při podrobnějším průzkumu výsledku se však ukázalo, že některé nanotrubky byly při experimentu „naležato“, takže plazma působilo na jejich plášť. Experimentátory přesto čekalo příjemné překvapení, protože narušením a opětovným vytvořením vazební struktury vznikly na nanotrubkách útvary podobné křidélkům.
Nyní znalci horečně zkoumají, k čemu by tento zcela náhodný výsledek mohli využít. Možnosti se již rýsují: Modifikace hladkého a nereaktivního pláště nanotrubek je totiž obtížnou záležitostí, takže každá metoda je dobrá. Vznikem křidélek se také zvětší povrch nanotrubek, což může mít klíčový význam pro mnoho aplikací. Což však platí i v případě mnoha jiných drahých kamenů a kovů.
Poznáváme tvrdost minerálů
Tvrdost nerostu vyjadřuje odpor minerálu proti vniknutí jiného tělesa. Z fyzikálního hlediska není zcela přesně definována. Jde totiž o mnoho vlastností založených na soudržnosti nerostů. Ve značné míře tvrdost souvisí se štěpností: Ve směru rovnoběžném se štěpnými trhlinami je nejmenší, kolmo na trhliny největší. U tvrdosti nerostů hraje velkou roli i vzdálenosti mezi strukturními částečkami (značné rozdíly jsou např. u některých polymorfních minerálů, jako je grafit-diamant) a poloměr atomů či iontů (minerály s atomy a ionty menšími jsou tvrdší, s většími jsou měkčí). Tvrdost je jedním z nejdůležitějších diagnostických znaků
V mineralogické praxi na celém světě se vžily relativní srovnávací stupnice reprezentované určitými minerály. Nejrozšířenější je deseticiferná tzv. Mohsova stupnice tvrdosti. Nerosty jsou zde seřazeny postupně tak, jak stoupá jejich tvrdost. Rozdíly v tvrdosti sousedních členů Mohsovy stupnice však nejsou stejné. U měkčích členů jsou malé, u nejtvrdších výrazně stoupají.
1 – mastek (anglicky: talc)
2 – sůl kamenná (gypsum)
3 – vápenec (kalcite)
4 – kazivec (fluorite)
5 – apatit ( apatite)
6 – živec (orthoclase)
7 – křemen (quartz)
8 – topas (topaz)
9 – korund (corundum)
10 – diamant (diamond)
Někdy se užívá pojem mikrotvrdosti (podle Vickerse) v kg/mm2. Převáděcí tabulka je tato:
Stupeň tvrdosti (Mohs) Mikrotvrdost (Vickers)
1 odpovídá 30 kg/mm2
2 60
3 120
4 200
5 550
6 750
7 1100
8 1500
9 2000
Tvrdost se kvalitativně zjišťuje rýpáním zkoumaného minerálu ocelovou a měděnou jehlou; tak se dají odlišit tři stupně tvrdosti. Kvantitativně se zjišťuje mikrotvrdost pomocí mikrotvrdoměru. Jde o kombinace odrazového mikroskopu s tzv. indentorem – pružinovým zařízením. Přiměřeným závažím (většinou 100 g) se vyvine tlak na diamantový hrot tvaru pyramidky, která vniká do zkoumaného materiálu úměrně k jeho tvrdosti. Zjištěná mikrotvrdost ve Vickersově stupnici se převede na stupeň tvrdosti podle Mohse.
Jak to je z pohledu chemie?
Akvamaríny
Jde o modré nebo modrozelené odrůdy nerostu berylu. Nejlepší se těží v Brazílii a na Urale.
Ametyst
Jsou formou průhledného křemene s fialovou barvou. Těží se v Rusku a Jižní Americe.
Diamanty
Představují čistý krystalizovaný uhlík – nejtvrdší přírodní látku. Největší jsou z Jižní Afriky.
Nejcennější jsou bezbarvé, ale velké množství z nich má nazelenalý či nažloutlý odstín. Je možné nalézt i minerály zabarvené hnědě, růžově, zeleně nebo šedě.
Granáty
Vznikají ze dvou kovů a oxidu křemičitého. Granáty s hliníkem a hořčíkem tvoří zvlášť cenné rubínově červené pyropy.
Olivíny
Reprezentují silikáty hořčíku a železa. Nejjemnější pocházejí z Barmy a Thajska.
Opály
Jedná se o formu vodnatého oxidu křemičitého. Nejcennější exempláře jsou takzvané černé opály z Austrálie se záblesky několika měňavých barev.
Perly
Tyto organické drahé kameny. vznikají v perlorodkách. Tam se utvářejí z perleti, látky měňavého lesku, která tvoří vnitřní vrstvu lastur. Perly jsou ceněny pro svůj lesk.
Rubíny
Jsou červenou odrůdou šedého nebo bezbarvého oxidu hlinitého(korundu). Nejjemnější rubíny z Barmy s chrómovou příměsí jsou temně modročervené.
Safíry
Podobně jako rubíny jsou odrůdou nerostu korundu. Vyskytuje se v mnoha barvách, za nejcennější je považována modrá. Nejlepší druhy pochází z Barmy a Thajska.
Smaragdy
Kvalitní drahé kameny jsou vzácnou zelenou odrůdou nerostu berylu. Nejlepší se nacházejí v Kolumbii.
Topasy
Nerost složený z hliníku, oxidu křemičitého a fluóru. Nejvíce jsou ceněny žluté odrůdy Nacházejí se hlavně v Brazílii, Rusku a USA.
Tyrkysy
Představují vodnatý fosfát mědi a hliníku, obsahující někdy železo. Za nejcennější je považována blankytně modrá barva. Tyrkys pochází z Íránu; v turečtině znamená „kámen“.
Vltavíny
Věda je řadí k záhadným minerálům, protože údajně kdysi dávno přiletěl z vesmíru. K broušení do klenotů se hodí jen sytě zelený, čirý vltavín. Má tvrdost asi 6, 5 a bod tání vyšší než ohnivzdorné sklo.
