世界上最坚硬的东西是什么?为什么它能这么坚硬?
常规物质当中,最硬的物质应该就是钻石了,钻石(金刚石)的莫氏硬度为10,刚玉的莫氏硬度为9,不锈钢的硬度大约为5.5;而一些特殊的合成物质,比如氮化碳(β—C3N4)和聚合钻石纳米棒,其莫氏硬度比钻石还高。
硬度,表示材料在局部抵抗外来物质压入其表面的能力;对材料硬度的划分有很多方法,比如莫氏硬度,就是利用棱锥形金刚钻针,以一定荷载刻划材料表面,然后测量其划痕深度来表示其材料的硬度。
几种物质的莫氏硬度为:
黄金2.5
贝壳3.5
铂金4.5
不锈钢5.5
牙齿6
石英(玻璃)7
刚玉9
钻石10
新型材料中有一种氮化硼,其硬度略比钻石低,属于超硬物质,常作为刀具材料;人类目前在实验室中能合成的最硬材料是氮化碳(β—C3N4),该物质1989年在理论上预言存在,1993年首次合成出来,其硬度比钻石还高。
钻石是碳的同素异形体,其原子成分和石墨是一样的,但是钻石的原子组合结构非常特殊,钻石中的每个碳原子都有四个共价键,组成了正四面体的钻石晶胞,原子结构十分牢固。
钻石的硬度虽然很大,但是脆性也大,受到重击时会发生破裂,就如玻璃硬度比钢铁高很多,但是玻璃易碎一样。
在茫茫的宇宙中,有很多极端天体的奇异物质,其硬度远远超过金刚石,比如白矮星经过数百亿年的冷却后会形成黑矮星,理论上黑矮星物质的硬度,就远远超过金刚石,同样中子星冷却后形成的黑中子星,其硬度更高。
世界上最硬的物质是金刚石。人们在割玻璃时,只要用一把镶有金刚石的小刀在玻璃上轻轻一划,坚硬的玻璃就会立刻「一分为二」;地质勘探用的钻探机、钻头上镶上了金刚石,能大大加快向下钻进的速度。
金刚石和煤、石墨一样,它的化学组成都是普普通通的碳。奇怪的是,金刚石的硬度却大大超过它的「同胞兄弟」,这是因为它们的分子结构不一样。在石墨分子中,碳原子相互的结合力很小,很容易滑动、散开;而金刚石分子中,它的碳原子是整齐地排列成立体结构,原子与原子之间牢固地连结起来,所以特别坚硬。世界上天然金刚石的产量很小,因此很珍贵。近年来,人们已用石墨制成了人造金刚石,可与真正的金刚石媲美。