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世界上所有的物质都有一些固定的特性存在 , 比如液体的气化、固体的融化等固定性质 。 而今天我们要讨论的 , 是世界上最坚硬的物质 , 其中包括多个方面的 , 比如地球上的单质、化合物以及宇宙中的最硬物质 。
【钻石|地球上有哪些坚硬的物质?钻石不算什么,碳炔才是王者】当然 , 为了体现这些物质的硬度强弱 , 物理学家提出了不同的硬度测试标准 , 比如我们所熟知的莫氏硬度、维氏硬度等等 。 这里需要指出的是 , 硬度是固体特有的属性 , 从外部来看 , 硬度是固体对外界问题入侵的局部抵抗能力的表现 。
内在表现为固体分子间组成的结构稳定性强弱 , 所以同样是碳单质 , 木炭的结构就没有钻石的结构牢固 , 硬度也就无法相提并论了 。
首先要出场的 , 是金属中最硬的元素——铬(Cr) , 在元素周期表中排名24 。 最早是法国化学家沃克兰在18世纪在矿石中发现的 , 单质颜色呈钢灰色多以铬铁矿FeCr2O4形式存在 。
而在地球上的非金属元素中 , 最坚硬的物质就是钻石 , 在人类社会中是爱情的象征 。 它是由碳单质组成 , 每个碳原子和相邻的4个原子组成的一个正四面体 , 结构相当稳定 。 由于硬度太大 , 想要切割金刚石只有用激光和钻石粉才行 。
同样 , 在生活中我们也会利用金刚石超强的硬度 , 来当做切割工具 , 比如玻璃切割器头部 , 就有金刚石 。 当然了 , 自然界地大物博 , 由碳元素既然能构成钻石这样坚硬的物质 , 人类也能在此基础上发明创造 。
根据碳原子排列方式的不同 , 人类创造出了各式各样的同素异形体 , 比如石墨、石墨烯等 。 拿钻石做比较 , 比它更硬的东西 , 在自然界中是不存在的 , 不过人类却造了出来 , 石墨烯就是其中之一 。
石墨烯和钻石两者同根同源 , 都是由碳单质组成 。 但它的用途可要比金刚石更多、更广泛 , 由于其良好的导电性、光学特性等等 , 一切看起来都和有革命性 , 因此被广泛运用在航空、航天等领域 。
不过和它的兄弟硫化碳炔比起来 , 硬度还是要差一点 , 这种材料结果很简单 , 就是一串单原子组成 , 有一维属性 。 由于它已经扁得不能再扁了 , 所以再怎么挤压 , 都没有间隙了 。 因此 , 它是人类制造的所有物质里最坚硬的存在 , 比钻石强40倍 , 是石墨烯的两倍 , 属于未来科技材料 。
不过这仅仅是在地球上的最硬物质 , 将眼光看得更远一些 , 你会发现宇宙中的一些物质 , 硬度才是真的可怕 。 比如中子星内核物质 。 在上个世纪60年代 , 科学家发现了中子星 , 它是已知天体中 , 密度最大的天体(黑洞除外) , 是水密度的100亿倍 。
相当于把太阳压缩成月亮的区别 , 超重的质量让它由于了巨大的引力 , 引力又将中子星内核原子距离极限压缩 , 使得中子星核心坚不可摧 , 金刚石的硬度和它比起来就像旺旺小小酥和铁块的区别 。
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