|
|
Еще за десять веков до новой эры
гранат почитался за драгоценный камень наравне с рубином, изумрудом, алмазом.
В Библии есть такие строки: «Всяким камением драгим украсился еси, сардием, и
топазием, и смарагдом, и якинфом, и анфраксом, и сапфиром, и ясписом, и
сребром, и златом, и лигирием, и ахатом...» («Книга пророка Иезекииля», гл.
28, ст. 13). У Плиния Старшего встречаем упоминание о карбункуле — так он
называл минерал гранат.
В словаре В. И. Даля антракс трактуется как злая болячка,
злой вред, карбункул [1, т. 1, с. 18]. Карбункулом же, с одной стороны,
названа болячка, опасный, многоголовый веред, а с другой — пироп, драгоценный
камень из рода гранатов.
Вот как получается иногда! Одним и тем же словом обозначены
зловредная болячка и драгоценный камень. Произошло это, видимо, из-за того,
что слова «антракс» и «карбункул» в переводе с греческого и латинского
означают уголек. Черная болячка на теле похожа па уголек. Огненно-красные
сверкающие гранаты — тоже угольки, но тлеющие и пылающие. Кстати, слова
«антрацит», «карбон», «карбид», «карбонарий» — тех же корней.
На Руси гранаты-пиропы также называли антраксами и
карбункулами. «Книга глаголемая гречески алфавит» (XVII в.) сообщает:
«Анфракс камень честен велми зелен образом, обретаетжеся в Халкидоне
ливийстем, иже нарицается Африкия» [2, вып. 1, с. 41]. В фантастическом
«Сказании об Индийском царстве» (вторая половина XV в.) написано: «Есть
камень кармакаул, той же камень господин всем камением драгим, в нощи же
светит, аки огнь горит» [3, с. 362]. Немного дальше опять: «В той же палате
есть столпа два: на едином столпе камень, имя ему троп, а на другом столпе
камень, имя ему кармакаул, в нощи же светит камень той драгыи, аки день, а в
день, аки злато, а оба велики, аки корчаги» [3, с. 366].
«Сказанию об Индийском царстве» вторит рукопись XVII в.:
«Карфамуколос есть камень видом, аки югль горящь, светит же и нощию». «Книга
нарицаемая Козмография...» (XVIII в.) сообщает: «И там лежит корона их князя,
над чолом камень карбун безценний, и от того каменя як от огня светится» [4,
вып. 7, с. 77]. А теперь заглянем в совершенно реалистическое «Хождение за
три моря» Афанасия Никитина (1472 г.). Тверской купец и путешественник
рассказывает: «В Пегу же пристань немалая и живут в нем все индийские
дервиши. А родятся в нем драгоценные камни, маник, да яхут, да кырпук»
Легко догадаться, что кармакаул, карфамуколос, карбун и
кьтрпук есть измененные названия карбункула. Отметим также, что карбункул
считался господином всех драгоценных камней.
Позже гранаты стали называть бечетом и веписой (винисой).
«Торговая книга» XVI в. предостерегает: «Бечетьт за лал пе купите. Бечет
знати к цвету: в нем как пузырьки» [2, вып. 1, с. 183]. II еще: «А берегите
того, чтобы вам виипсы за лал не продали, а виниса камень красен, а цвет
жидок у нево» [2, вып. 2, с. 180]. Предостережения эти не лишни, так как лал
(драгоценная шпинель) значительно дороже граната.
Слово «вениса» происходит от персидского «бенеф- се» —
фиолетовый. (Бпруии, учепый-энциклопедист XI в., указывал, что красный цвет
граната пе лишен фиалкового оттенка [5, с. 78].) Бечет же., или бечета,
восходит к арабскому названию граната-альмандина — «биджази», описанному
Бируни в его знаменитой книге о драгоценных камнях.
Средневековый ученый-схоласт Альбертус Магнус перевел
слово «биджази» на латинский язык как «гранатус», т. е. подобный зернам [6,
с. 55]. Дело в том, что тесно сросшиеся алые кристаллы весьма напоминают
сочные зерна плода гранатового дерева. В наше время термин «гранаты» прочно
закрепился за множеством природных и искусственных соединений, аналогичных по
своей структуре.
Попробуем разобраться в структуре граната.
Общую формулу гранатов изображают в виде АзВ2- (Si04) з.
Вместо литеры «А» можно подставить следующие двухвалентные элементы: кальций
(Са), магний (Mg), железо (Fe), марганец (Мп); вместо «В»—трехвалентные
алюминий (А1), железо или хром (Сг). Под символом Si подразумевается элемент
кремний. Гранаты разного состава по-разному и называются. Например, упомянутый
уже пироп описывается формулой Mg3Al2-
• (Si04)s.
Общеизвестно, что атом — это наименьшая частичка
химического элемента, являющаяся носителем его свойств, а молекула — это
наименьшая частица вещества, обладающая ее химическими свойствами. Можно ли молекулу
считать наименьшей частицей кристалла, обладающей всеми свойствами кристалла?
Нет, нельзя. Алмаз и графит состоят из углерода. С одной стороны, они близкие
родственники. Их, например, можно сжечь в кислороде с образованием
углекислого газа. С другой стороны, алмаз — самый твердый кристалл в мире, а
графит — один из самых мягких. Значит, есть какой-то решающий фактор, резко
изменяющий свойства кристаллов. Этим фактором является взаимное расположение
молекул.
В графите атомы углерода уложены слоями. Структуру
кристалла можно представить в виде стопки бумажных листов, легко, отделяемых
друг от друга. Минимальная частичка, сохраняющая все свойства графита,
представляет собой параллелепипед, который называется элементарной ячейкой.
Высота ее равна 679, а сторона основания — 247 пикометров (пм). В такой
миниатюрной квартире «живут» четыре углеродных атома.
Элементарная ячейка алмаза имеет вид правильного куба,
сторона которого равна 356 пм. В ячейке на равном расстоянии друг от друга
расположились восемь атомов углерода. Несложные расчеты показывают, что
ячейка алмаза по объему в 1,6 раза меньше графитовой, а углеродных атомов
содержит вдвое больше. Поэтому алмаз так тверд.
Итак, элементарная ячейка — это наименьшая часть
кристалла, сохраняющая все его свойства. Если кристалл истолочь до размеров,
меньших его элементарной ячейки, то он перестанет существовать. Алмаз
превратится в сажу.
Пироп, как и любой кристалл, тоже состоит из элементарных
ячеек. Они имеют форму куба с размером стороны 1114 пм [7, с. 360]. В каждом
кубике находятся 24 атома магния, 16 — алюминия, 24 — кремния и 96 атомов
кислорода. Формулу пиропа следует писать так: Mg24Ali6(Si04)24. Но это очень
громоздко и неудобно. Поэтому договорились все коэффициенты уменьшить в
восемь раз и получили более удобную для различных операций формулу —
Mg3Al2(Si04)3.
Каждый атом, входящий в элементарную ячейку пиропа, можно
изобразить в виде шарика. Самый крупный шар — ион кислорода, его радиус
колеблется в пре делах от 138 до 142 пм. У магния ионный радиус меньше — 89
пм, у алюминия еще меньше — 53. Наконец, ионный радиус кремния равен 26 пм
[8, т. 6, с. 331].
В структуре пиропа каждый металлический ион окружен ионами
кислорода. Естественно, чем больше ионный радиус металла, тем большим
количеством кислородных шариков он может быть окружен.
Магниевый шарик собирает вокруг себя восемь шаров из
кислорода. При этом, если соединить центры кислородных шариков, образуется
очень интересный полиэдр ( 1, а). В общем-то это куб, противоположные грани
которого повернуты параллельно друг другу примерно» на 30°. Увеличилось и
количество ребер. Полиэдр назван кубом Томсона.
Ион алюминия окружен шестью ионами кислорода, которые
образуют восьмигранник-октаэдр ( 1, б). Самый маленький ион кремния удобно
размещается между четырьмя ионами кислорода, центры которых лежат в вершинах
четырехгранника-тетраэдра ( 1, в).
Итак, мы видим в пиропе три сорта строительных
«кирпичиков»: кубы Томсона, октаэдры и тетраэдры. Как же их сложить, чтобы
получился пироп?
Представьте себе прозрачный куб, противоположные вершины
которого соединены прямыми линиями — диагоналями. Разумеется, количество
телесных диагоналей не может быть больше четырех ( 2). Соединим гранями два
таких куба, сверху на них поставим еще два. В каждом из кубов проведем только
одну телесную диагональ таким образом, чтобы они не повторяли друг друга, не
были параллельными. Это сделать легко, поскольку у нас четыре куба и четыре
возможности провести диагональ ( 3). Теперь на каждую диагональ нанижем
алюмокислородные октаэдры. В результате мы получили четыре непересекающихся
низки бус. Вот они-то, по мнению академика Н. В. Белова [9], и являются
основным структурным мотивом любого граната ( 4). А кубы Томсона и
кремнекислородные тетраэдры нужны для того, чтобы соединить между собой низки
бус в прочный каркас ( 5).
Однако если каждый ион магния окружен восемью ионами
кислорода, то всего потребуется 24 иона кислорода. Да на два алюминия надо
отдать 12 ионов кислорода, да еще 12 на три иона кремния. Итого получается 48
кислородных ионов. А в формуле пиропа их всего- навсего 12. В чем дело?
Да, кислорода явно не хватает. И для создания гранатовой
структуры природа так располагает строительные «кирпичики», что один и тот же
ион кислорода входит и в тетраэдр, и в октаэдр, и в куб Томсона. Иначе
говоря, все строительные элементы сцеплены друг с другом вершинами. Природа
успешно преодолела противоречие: удовлетворила потребности всех ионов в
кислороде и в то же время создала на диво ажурное и прочное соединение.
Кроме того, природа уравняла положительные и отрицательные
валентности. Действительно, суммарный за- # ряд двухвалентного магния,
трехвалентного алюминия и четырехвалентного кремния в пиропе равен +24, а
общий заряд кислородных ионов равен —24. Удивительно точный баланс!
Тонкая, невидимая глазом структура определяет форму
зримого кристалла пиропа. Четыре непересекающихся низки бус диктуют положение
граней и ребер. Академик Н. В. Белов считает, что грани и ребра в гранате
должны быть непременно параллельны по отношению к основному структурному
мотиву. Этому условию удовлетворяют такие формы кристаллов, как
ромбододекаэдр и тетрагонтрпоктаэдр [10].
Попробуем разобраться в этих многоэтажных словах.
Учение о кристаллах развивалось в Древней Элладе, и многие
термины пришли к нам из греческого языка. Поэтому прежде всего составим
небольшой словарик: ди — два, три — три, тетра — четыре, пента — пять, гекса
— шесть, опта — восемь, додека — двенадцать, гон — угол, эдр — грань.
Этих девяти слов вполне достаточно, чтобы описать облик
любых гранатов.
Разложим слово «тетрагоитриоктаэдр» на простые множители:
тетра—гон—три—окта—эдр. «Тетрагон» переводится как «четыре угла», т. е.
«четырехугольник». Два следующих слова означают «трижды восемь», или
«двадцать четыре». Наконец, «эдр» соответствует слову «грань».
Полный перевод слова — «двадцать четыре четырехугольных
грани». Действительно, тетрагоитриоктаэдр представляет собой замкнутый
двадцатичетырехгранник, каждая грань которого есть четырехугольник с попарно
равными сторонами ( 6, а).
Теперь проделаем обратную работу: по форме кристалла
определим его название. Вот мы держим в руках кроваво-красный кристалл
граната. Каждая его грань является ромбом, а количество таких ромбов равно
12. Что это может быть? Конечно, ромбододекаэдр ( 6, б)!
Теперь уже совсем легко разобраться в таких изыко- ломных
словах, как пентагонтритетраэдр, тригоитриокта- эдр, пентагондодекаэдр. Ну, а
тетраэдр и октаэдр, которыми мы обозначили строительные «кирпичики» в
структуре граната, и вовсе не представляют сложности.
Кстати, ромбододекаэдр настолько характерен для гранатов,
что такую форму кристаллов даже предлагали назвать гранатоэдром.
|