Все мы наслышаны о том, что алмаз – это самый твердый минерал на нашей планете. Однако науке известен тот, который превосходит его по заявленному показателю. Изучать его непросто, так как он содержится только в метеоритах.
Твердость минерала означает не то, насколько он неподатлив на ощупь. Здесь имеется в виду его устойчивость к внешнему воздействию. Грубо говоря, может ли его что-нибудь поцарапать. У алмаза, согласно шкале Мооса, данное значение составляет 10 из 10. Определяется оно относительно несложно.
Нужно провести серию экспериментов, в ходе которых поверхность минерала царапается другими минералами. Если там остается характерная линия, делается вывод, что пострадавший объект не такой твердый, как тот, который оказался «победителем». Чем выше у минерала число Мооса, тем меньшим количеством собратьев он может быть поврежден.
Десятка в данном случае обозначает полную неуязвимость. Алмазы могут царапать друг друга. То же самое могут сделать некоторые синтетические материалы. Однако среди минералов это все же абсолютный чемпион.
почему АЛМАЗ САМЫЙ твердый минерал?
Шкала твердости Мооса
Что делает алмазы такими твердыми? Частично это объясняется тем, что они полностью состоят из углерода. Атомы, группирующиеся в те или иные минералы, образуют решетку, которая удерживается посредством химических связей. Последние являются преимущественно ионными и ковалентными. В первом случае электроны передаются от одного атома к другому, что обеспечивает завидную прочность.
Но ковалентная связь еще более устойчива, так как электроны здесь являются общими для атомов. Корунд, разновидностями которого являются рубины и сапфиры, может похвастать тем, что он использует оба вида связей. Алюминий обменивается электронами с кислородом, в то время как атомы последнего объединены еще и ковалентно. Так что в итоге твердость корунда по шкале Мооса равна девяти.
Красный корунд. Россия, Средний Урал. Фото: Маша Мильшина
Так как алмаз состоит из чистого углерода, внутри него используются только ковалентные связи. Но само по себе это не объясняет, почему он тверже рубина. Тот же графит, хоть и выглядит совершенно иначе, тоже состоит из названного химического элемента, но его твердость по шкале Мооса составляет всего 1.5. Он настолько мягкий, что его можно поцарапать даже ногтем.
Здесь уместно вспомнить ещё одно положение из школьной программы – о том, что нужно учитывать форму решетки минерала. Атомы графита образуют накладывающиеся двумерные слои. Внутри этих «листов» ковалентные связи очень прочны, однако бесконечные плоскости почти не держатся друг за друга. Именно поэтому грифель карандаша, изготовленный из этого материала, оставляет свой след на бумаге.
Атомы алмаза, тем временем, образуют трехмерную кубическую структуру, где каждый из них держится за четырех соседей. В отличие от графита, он сопротивляется воздействию со всех направлений. Если мы хотим найти более твердый материал, то должны присмотреться к чему-то такому, что состоит из чистого углерода, но имеет ещё более совершенную структуру.
Cамый твердый камень в мире
И именно в этот момент мы упомянем странно звучащее слово «лонсдейлит». Атомы этой модификации углерода образуют гексагональную решетку, то есть связаны ковалентно с шестью себе подобными. И два дополнительных узла должны дать нам ещё более твердый материал.
Кристаллическая структура алмаза состоит из гранецентрированной кубической решетки, каждое ребро имеет размер 3,6 ангстрем
К сожалению, подтвердить эту теорию на практике до сих пор не удалось. Несмотря на то, что лонсдейлит был описан еще в шестидесятых годах прошлого века, получить его в достаточном количестве никак не выходит. Этот минерал встречается в природе, но только не в земной. Мизерные его объемы найдены в чрезвычайно редких метеоритах, которые именуются урейлитами.
Они богаты углеродом, и, по мнению некоторых экспертов, порождены в результате разрушения карликовой планеты на заре существования Солнечной системы. Внутри этих «космических пришельцев» можно найти графит и алмазы, но в паре образцов был обнаружен лонсдейлит. Иногда здесь можно увидеть даже переходные зоны между этими минералами. Это наводит на предположение, что какое-то внешнее воздействие перестроило атомы углерода, в результате чего одни из них сформировали алмаз, а другие лонсдейлит.
NWA 4231, образец урейлитового метеорита.
Ученые продолжают работать над выявлением возможных причин подобной трансформации и установлением необходимых для неё условий. Если им удастся добиться желаемого результата, наука, скорее всего, получит технологию производства минерала, превосходящего твердостью алмаз. В настоящее время больше всего сторонников у сценария быстрой декомпрессии, так как в урейлитах также содержатся минералы, присутствующие в глубинах Земли. Все они, по всей видимости, образовались под огромным давлением, но затем, когда карликовая планета разлетелась на кусочки, её вещество подверглось воздействию космического вакуума.
Одна из гипотез говорит о том, что при столь резком изменении давления и температуры связи между атомами углерода могли сместиться, трансформировавшись в кубическую решетку алмаза, а лонсдейлит образовался позже. Однако авторы исследования, результаты которого были опубликованы в 2022 году, считают, что все было ровно наоборот. Атомы углерода в урейлите под сильнейшим внешним воздействием образовали лонсдейлит, большая часть которого по мере остывания остатков планеты превратилась в алмазы. В общем, чтобы создать достаточное количество лонсдейлита для проверки степени его твердости, требуется выяснить, как повторить этот процесс. После чего нужно не допустить быстрого остывания данной модификации углерода и «деградации» её в алмазы.
В 2021 году один научный коллектив заявил, что ему удалось не только изготовить лонсдейлит, но и экспериментально подтвердить его большую по сравнению с алмазом твердость. Однако метод, который им использовался, был несколько своеобразным. Полученный материал разрушился сразу по окончании «тестирования».
Остается дождаться, когда исследователи, устранив выявленные недостатки своей технологии, повторят успех и представят потрясенной публике синтетический лонсдейлит. Если он действительно окажется тверже алмаза, авторы изыскания станут очень богатыми людьми. Алмазы сегодня используются во множестве отраслей промышленности, и более твердый материал позволил бы получить еще более эффективные и долговечные инструменты. Что, конечно же, было бы просто замечательно.
Алмаз, который ученые использовали для получения лонсдейлита
Друзья! Спасибо вам всем за то, что остаетесь с нами и продолжаете нас читать. Так как сейчас Дзен платит исключительно за активность подписчиков, лучшей поддержкой нашего канала является ваш лайк или комментарий. Если вам понравилась наша публикация, то не забудьте оценить ее или написать какой-нибудь осмысленный комментарий. Спасибо!
Также вы можете прочитать другие наши статьи, если еще не сделали этого:
Источник: dzen.ru
Какой камень самый твердый в мире
Камни всегда были одним из самых интересных объектов исследования. Они могут поведать нам историю оформления нашей планеты, о ее тектонических сдвигах и огромным персонажах, которые оставили свой след в предыстории. Кроме того, в мире существуют огромное количество видов камней, которые имеют различные физические свойства. И вот мы собрали для вас топ-5 самых твердых камней в мире и расскажем какой из них занимает первое место.
Твердость камня – очень важная характеристика в их использовании. Некоторые камни используются для изготовления оружия, инструментов, ювелирных украшений и прочих изделий, требующих повышенной износоустойчивости. Именно поэтому каждый из камней топ-5 имеет такую важную роль в нашей жизни.
Каждый камень имеет свою уникальную качественную характеристику, которую можно определить по шкале Мооса. Этот показатель указывает твердость материалов и называется Модифицированной шкалой Мооса. В шкале использованы 10 минералов с твердостью, начиная с 1 (тальк) и заканчивая 10 (алмаз). В нашем случае камень, занимающий первое место, имеет наивысшую твердость по шкале Мооса. А теперь давайте рассмотрим топ-5 самых твердых камней в мире.
Важно знать: Шкала Мооса – это не единственный параметр, используемый для оценки физических свойств камней. Существуют также такие характеристики, как плотность, прочность, теплопроводность и другие.
Топ-5 самых твердых камней в мире
Камни — это естественные минералы, которые используются для строительства домов, дорог и многих других вещей. Некоторые камни очень твердые и прочные, что делает их особенно ценными.
Давайте рассмотрим пять самых твердых камней в мире:
- Алмаз — это самый твердый камень в мире. Его твёрдость составляет 10 баллов по шкале Мооса. Алмазы обычно используются в ювелирных изделиях, но также и в промышленности.
- Мохсовый корунд — его твёрдость составляет 9 баллов по шкале Мооса. Мохсовый корунд используется в производстве стекла, металлургии и при разработке космических кораблей.
- Топаз — твёрдость топаза составляет 8 баллов по шкале Мооса. Топазы используются в ювелирном деле, а также в научных и медицинских целях.
- Корунд — известен своей твёрдостью, которая составляет 9 баллов по шкале Мооса. Корунд используется в производстве стекла, электроники и металлургии.
- Берилл — твёрдость берилла составляет 7,5-8 баллов по шкале Мооса. Берилл используется в ювелирном деле, а также при производстве высокоточной оптики и ядерных реакторов.
Эти камни — настоящее сокровище для науки и промышленности. Их уникальные свойства делают их востребованными во многих областях.
Где находится самый твердый камень в мире
Самый твердый камень в мире — алмаз, может быть найден в разных частях мира. Однако, некоторые области географически известны своими значительными запасами алмазов и являются главными поставщиками на мировом рынке.
Одной из таких областей является Южно-Африканская Республика, которая производит около половины всего мирового объема добычи алмазов. Эту область называют «Алмазной столицей мира» и она расположена в провинции Лимпопо. Также значительные запасы алмазов можно найти в Западной Африке, России, Канаде, Австралии и Бразилии.
Добыча алмазов — это кропотливый процесс, который проводится в суровых природных условиях. Многие алмазные рудники находятся в далеких от удаленных местах, где нужно преодолевать тяжелые климатические условия и трудности в добыче и транспортировке материала.
Таким образом, самый твердый камень в мире может быть найден в разных уголках планеты, и его добыча — это сложный и многогранный процесс, связанный с трудностями и вызовами. Однако, алмазы остаются одними из самых ценных камней в мире, которые используются во многих отраслях, включая ювелирный бизнес.
Какие еще камни входят в топ-5 самых твердых
Кроме алмаза, на первом месте среди самых твердых камней, в топ-5 также входят рутил, карборунд, толуолит и сфалерит.
Рутил, или титановый диоксид, находится на втором месте в рейтинге самых твердых камней. Он используется в материалах для производства часовых стекол и электронных устройств, а также в косметологии.
Карборунд, или кремнезем карбид, находится на третьем месте среди самых твердых камней. Он широко используется в производстве абразивных материалов, таких как бруски и круги для заточки и полировки.
Толуолит, или борный нитрид, занимает четвертое место в списке самых твердых камней. Он используется в электронике, высокотемпературных приложениях и как абразивный материал.
Сфалерит, или цинковый сульфид, находится на пятом месте в рейтинге. Он широко используется в промышленности как минеральное сырье для производства цинка и других важных металлов.
Какие свойства делают эти камни настолько твердыми
Камни, которые входят в топ-5 самых твердых в мире, отличаются особыми свойствами, которые позволяют им сохранять свою твердость даже при воздействии огромных нагрузок.
Первое из таких свойств — высокая плотность. Чем плотнее камень, тем сложнее его разрушить. Ведь каждый микроскопический кусочек материала в таком камне находится на месте благодаря сильному притяжению между молекулами.
Вторым свойством, которым обладают твердые камни, является упорядоченная структура кристаллов. У многих камней кристаллы располагаются в регулярные сетки, за счет чего они получают твердость и прочность.
Третьим свойством является химическая стойкость камня. Некоторые камни не подвергаются разложению воздействием кислот и щелочей, что делает их твердыми и долговечными.
Наконец, четвертым свойством, которое обуславливает твердость камня, является способность его молекул соединяться ковалентными связями. Это означает, что между молекулами камня имеется очень сильная связь, которую сложно разорвать.
В целом, все эти свойства в той или иной мере присутствуют у камней, которые входят в список самых твердых в мире. Именно благодаря им эти камни обладают высочайшей прочностью и устойчивостью к внешним воздействиям.
Источник: stduviewer-free.ru
Самый твердый минерал в природе
Он зарождается в недрах красных звездных гигантов, входит в состав жизненно необходимых жиров, аминокислот и углеводов, может образовывать миллионы соединений с разными химическими элементами и в зависимости от структуры имеет абсолютно разные механические свойства. Мягкий и ломкий стержень карандаша и самый твердый минерал алмаз состоят из одного и того же строительного материала – углерода. Благодаря чему алмаз настолько уникален? Где его используют? В чем его ценность?
Несокрушимый теплопроводник
В переводе с древнегреческого языка слово «алмаз» обозначает «несокрушимый». Еще до времен античности людям была известна невероятная прочность этого камня. В древности алмазами широко торговали в Индии и Египте. А на европейские просторы этот минерал попал после захватнических походов Александра Македонского. Он привез камни в качестве магических артефактов.
Древние греки называли этот самый твердый минерал слезами богов, которые попали на землю.
Но секрет несокрушимости камня кроется, конечно, не в мистике и не в связи с духовным миром. Четкая структура решетки элемента в виде тетраэдров и сильная связь между атомами углерода обеспечивают самую высокую прочность. Благодаря этой же структуре алмаз является отличным теплопроводником. К примеру, если бы было возможно сделать чайную ложечку из цельного куска алмаза, вы не смогли бы размешать ею сахар в горячем чае, потому что обожглись бы в тот же момент, как только ложечка прикоснулась бы к кипятку.
Сравнение твердости минералов
Как определить, какой минерал — самый твердый? Этим вопросом в девятнадцатом веке вплотную занялся талантливый немецкий минеролог Карл Фридрих Моос. В 1811 году ученый предложил использовать для определения твердости различных минералов сравнительную шкалу. Она состоит из десяти пунктов, каждому из которых соответствует определенный минерал.
Первый (тальк) – самый мягкий, а последний, соответственно – самый твердый. Проверка осуществляется экспериментально. Если образец (к примеру, серебро) царапается флюоритом, который по шкале располагается на четвертой строчке, но не повреждается гипсом (эталон шкалы под номером два), значит, серебро имеет твердость 3 по шкале Мооса.
Самый твердый минерал – это алмаз. Он занимает десятую строчку. И хотя таблица Мооса была введена в обращение еще в начале девятнадцатого века, она до сих пор остается широко применимой. Однако стоит помнить, что данная таблица не является линейной.
Это значит, что алмаз, находящийся под десятым номером, не будет ровно в два раза тверже апатита, который занимает пятое место в таблице. Для определения абсолютного значения твердости применяются другие методы.
Из королей в рабочие
Долгое время алмазы были прерогативой исключительно ювелирных мастеров. Однако с развитием промышленности этот самый твердый минерал все чаще стал рассматриваться не только с привычной эстетической стороны, но и с точки зрения его уникальных физических свойств. Сначала при производстве инструментов использовали природные алмазы, не подлежащие огранке. Это камни, которые имели такие дефекты, которые невозможно было устранить ювелиру. Их стали называть техническими алмазами.
Шло время, и потребность в инструментах с алмазными режущими и сверлящими кромками возрастала. К примеру, в сфере строительства весьма востребованы алмазные сверла. Их преимущество перед собратьями, выполненными из сплавов твердых металлов, — в том, что при работе алмазным сверлом в материале не образуются микротрещины.
Алмаз легко и чисто срезает любой материал, будь то камень, бетон или металл. А отсутствие микротрещин – залог долговечности строения. К тому же сам процесс работы проходит значительно быстрее, заметно легче и намного тише.
Исходя из этого, неудивительно, что, по данным за 2016 год, только в одной России выпускается 1200 видов различного инструмента и оборудования, основной рабочей частью которых является алмаз.
Применение в медицине
Самый твердый минерал в природе подходит не только для использования в обработке грубых и твердых пород. Алмаз также незаменим в медицинских инструментах. Ведь чем тоньше и аккуратнее разрез тканей, тем лучше организм справляется с восстановлением. А для сложных операций на жизненно важных органах ширина разреза и подавно играет решающую роль.
Кроме того, скальпель с тонкой алмазной пленкой на лезвии остается острым на протяжении длительного периода времени.
Перспективы в электронике
Активно продвигается и разработка алмазных интегральных микросхем. В них крошечные алмазы используются для подложки. Техника, произведенная таким методом, более устойчива к перепаду температур и большим скачкам напряжения. Еще алмазы можно использовать для передачи данных в телекоммуникации. Особенности этих кристаллов позволяют передавать сигналы разной частоты одновременно по одному и тому же кабелю.
Самый твердый минерал на Земле помогает в освоении космоса
Также алмаз востребован в химической промышленности. Агрессивная среда, которая запросто повреждает стекло, абсолютно не страшна для алмаза. Физики используют кристаллы для проведения экспериментов по квантовой физике и исследования космического пространства.
При создании оптики телескопов требования к точности и надежности материалов становятся критичными. Тут в игру и вступает самый твердый природный минерал, который отличается выдающимися физическими и химическими параметрами.
Синтезирование алмазов
При столь интенсивном спросе на самый твердый драгоценный минерал остро встал вопрос о его искусственном синтезировании. Отметим, что никакие запасы камней не в состоянии удовлетворить все нарастающую потребность. И после длительных экспериментов ученым удалось создать аналог природного алмаза, обладающий всеми необходимыми особенностями. К сегодняшнему дню производство искусственных алмазов для промышленных нужд уже стало обыденной практикой.
Существует несколько методик синтезирования этого минерала. Первая – наиболее приближенная к его формированию в естественной среде. Синтез производят, используя сверхвысокую температуру и огромное давление. Вторая методика позволяет извлекать алмаз из пара. Она используется в пленочной технологии – кристаллы тончайшей пленкой наносят на режущие кромки инструментов.
Особенно этот метод востребован в изготовлении хирургических инструментов. А третий производит россыпь мелких кристаллов при помощи детонации и быстрого охлаждения.
Эксперименты продолжались, и был синтезирован нитрид бора, который на 20% тверже природного алмаза. Однако пока этого вещества настолько мало, что алмаз традиционно продолжают считать самым твердым минералом.
Источник: fb.ru