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。
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。
你还知道哪些硬度超强的物质呢?