Каждый из вас знает, что эталоном твердости на сегодня так и остается алмаз. При определении механической твердости существующих на земле материалов твердость алмаза берется как эталон: при измерениях методом Мооса – в виде поверхностного образца, методами Виккерса или Роквелла – в качестве индентора (как более твердое тело при исследовании тела с меньшей твердостью). На сегодняшний день можно отметить несколько материалов, твердость которых приближается к характеристикам алмаза.
История использования минералов является следствием наблюдения археологических находок. Доисторический человек, чтобы покрыть свои потребности, использовал кремня и другие разновидности кварца. В неолитических обществах человек использовал драгоценные камни в качестве козыря. Когда он обнаружил, что металлы пришли к ним. Знание металлов и их использование характеризуют некоторые периоды древности, такие как бронзовый век или железный век. В настоящее время человек прямо или косвенно использует почти все известные минералы, более 600 видов минералов.
Сравниваются в данном случае оригинальные материалы, исходя из их микротвердости по методу Виккерса, когда материал считается сверхтвердым при показателях в более 40 ГПа. Твердость материалов может изменяться, в зависимости от характеристик синтеза образца или направления приложенной к нему нагрузки.
Колебания показателей твердости от 70 до 150 ГПа – общеустановленное понятие для твердых материалов, хотя эталонной величиной принято считать 115 ГПа. Давайте рассмотрим 10 самых твердых материалов, кроме алмаза, которые существуют в природе.
Основными характеристиками минеральных видов являются геометрический порядок, периодичность в расположении материи, а также природа атомов, входящих в химический состав минеральных видов. В контексте «Живой планеты Земля» мы заинтересованы в том, чтобы изложить некоторые аспекты минералов, потому что они являются составляющими пород, которые, в свою очередь, являются частью поверхностного состава Земли.
Область геологии, изучающая минералы, называется минералогией, являющейся областью с несколькими подобластями, одним из которых является Кристаллография, которая занимается изучением кристаллов. Понятие минерала сложно и сложно определить, и так все определения. Однако, учитывая наши цели, мы можем рассматривать их как природные вещества, неорганические, характеризующиеся определенными физическими и химическими свойствами. Спорным образом мы можем распространить это определение на жидкости и газы, найденные в природе, а также на органические ископаемые материалы.
10. Субоксид бора (B 6 O) - твердость до 45 ГПа
Субоксид бора обладает способностями создавать зерна, имеющие форму икосаэдров. Образованные зерна при этом не являются обособленными кристаллами или разновидностями квазикристаллов, представляя собой своеобразные кристаллы-двойники, состоящие из двух десятков спаренных кристаллов-тетраэдров.
Однако почти все минералы находятся в твердом состоянии и в кристаллической форме. Согласно определению, минералы представляют собой элементы или химические соединения, которые могут быть выражены с помощью химических формул, которые допускают небольшую вариацию, но сохраняют фиксированную структуру.
Таким образом, минералы состоят из атомов, расположенных в соответствии с регулярной трехмерной характеристикой модели для каждого минерала. Большинство минералов проявляется в виде кристаллов, видимых только под поляризованным светом микроскопа. Кристаллы представляют собой геометрические твердые тела, ограниченные плоскими гранями определенного химического состава. Плоские грани кристалла параллельны плоскостям его элементарной сетки. Элементарная сетка ограничивает часть пространства определенным количеством атомов.
10. Диборид рения (ReB 2) - твердость 48 ГПа
Многие исследователи ставят под сомнение вопрос, может ли этот материал причисляться к материалам сверхтвердого типа. Это вызвано весьма необычными механическими свойствами соединения.
Элементарная сетка, периодически повторяющаяся в трех направлениях пространства, определяет сеть трех измерений, которая будет геометрическим носителем атомных структур кристаллов. Геометрические свойства кристалла, такие как ребра, углы и плоскости граней, непосредственно связаны с его элементарной сеткой и могут быть описаны из ряда операций симметрии. Элементы симметрии кристалла в основном являются плоскостью симметрии, осью симметрии и центром симметрии.
Сочетание всех элементов симметрии приводит к 32 классам симметрии, через которые все кристаллы делятся. Согласно некоторым общим или сходным характеристикам, эти 32 класса могут быть распределены семью большими группами, так называемыми кристаллическими системами.
Послойное чередование разных атомов делает этот материал анизотропным. Поэтому измерение показателей твердости получаются разными при наличии разнотипных кристаллографических плоскостей. Таким образом, испытаниями диборида рения при малых нагрузках обеспечивается твердость в 48 ГПа, а при увеличении нагрузки твердость становится намного меньше и составляет приблизительно 22 ГПа.
Прорастание и рост кристалла всегда зависят от физико-химических условий среды. Физико-химические условия, определяющие генезис минералов, в большинстве случаев очень сложны и в настоящее время невозможно воспроизвести в лаборатории. Основными факторами кондиционирования являются температура, давление и концентрация химических элементов. Эти факторы не являются независимыми: в одном растворе растворимость соединения возрастает с температурой, за небольшим исключением. Кристалл, прорастающий из пересыщенного раствора, растет, фиксируя молекулы на его поверхности.
8. Борид магния-алюминия (AlMgB 14) - твердость до 51 ГПа
Состав представляет собой смесь алюминия, магния, бора с невысокими показателями трения скольжения, а также высокой твердостью. Эти качества могли бы стать находкой для производства современных машин и механизмов, работающих без смазки. Но использование материала в такой вариации пока что считается непомерно дорогим.
Химические свойства минералов тесно связаны, конечно, с их химическим составом, с природой атомов и ионов, которые их составляют. Но они также зависят, как и физические свойства, от их структуры, т.е. от расположения элементарных частиц. Характеристики межатомных связей в минералах таковы, что мы можем рассматривать структуру как ассоциацию сфер, размеры которых определяются ионным радиусом атома. Катионы, меньшие сферы, будут окружены анионами, большими сферами. Таким образом, ассоциативный катион плюс анион образует координирующий многогранник.
AlMgB14 - специальные тоненькие пленки, создающиеся при помощи лазерного напыления импульсного типа, имеют способность обладать микротвердостью до 51 ГПа.
7. Бор-углерод-кремний - твердость до 70 ГПа
Основа такого соединения обеспечивает сплаву качества, подразумевающие оптимальную устойчивость к химическим воздействиям негативного типа и высокой температуре. Такой материал обеспечивается микротвердостью до 70 ГПа.
Координационные многогранники требуют электрической нейтральности. Согласно этой модели, мы могли бы думать, что каждый минерал будет соответствовать единой структуре и единому химическому составу, выраженному совершенно определенной химической формулой.
Оказывается, что большинство минералов с равным химическим составом относятся к одному классу симметрии и к одной кристаллической системе. Однако исключения из-за многих причин связаны, в основном, с различными условиями давления и температуры, в которых образуются минералы.
Таким образом, в качестве примера, давайте посмотрим на случай минерала, называемого оливином. Его химический состав равен 2. Это объясняет, что железо и магний смешиваются во всех пропорциях, поэтому химический состав оливина не определен. Между этими двумя полюсами могут существовать все промежуточные композиции, поддерживающие структуру. Это случай изоморфизма.
6. Карбид бора B 4 C (B 12 C 3) - твердость до 72 ГПа
Еще один материал – карбид бора. Вещество достаточно активно стало использоваться в разных сферах промышленности практически сразу же после его изобретения в 18 веке.
Микротвердость материала достигает 49 ГПа, но доказано, что и этот показатель можно увеличить посредством добавления ионов аргона в строение кристаллической решетки – до 72 ГПа.
Поскольку структура не изменяется, изоморфные вещества проявляют очень похожую кристаллическую форму, независимо от их химической природы. Давайте посмотрим еще одну исключительную ситуацию, хотя есть еще много. Алмаз состоит, химически, только атомами углерода; Другой минерал, графит, также состоит из атомов углерода. Хотя эти два вида минералов состоят из одного и того же химического углерода, эти два вида минералов при кристаллизации в определенных физико-химических условиях приобретают очень разные кристаллические формы с разной степенью симметрии.
5. Нитрид углерода-бора - твердость до 76 ГПа
Исследователи и ученые со всего мира давно пытаются синтезировать многосложные сверхтвердые материалы, в чем уже были достигнуты ощутимые результаты. Компонентами соединения являются атомы бора, углерода и азота – близкие по размерам. Качественная твердость материала доходит до 76 ГПа.
Когда алмаз кристаллизуется в кубической системе, графит кристаллизуется в гексагональной системе. Мы говорим, что эти два соединения являются полиморфными, поскольку химически одинаковые имеют разную симметрию. Среди этих конкретных физико-химических условий температура имеет первостепенное значение. Это имеет академический интерес, поскольку нет причин превращать драгоценный камень, такой как алмаз, в гораздо более дешевый и богатый материал, такой как графит.
Появление минералов с характерными для других кристаллическими формами является относительно вульгарным явлением в Природе и называется псевдоморфизмом. В этом случае минералы представляют ложные формы. Псевдоморфы могут иметь различный генезис. Минералы представляют физические, химические и оптические свойства, которые позволяют характеризовать их и идентифицировать.
4. Наноструктурированный кубонит - твердость до 108 ГПа
Материал еще называется кингсонгитом, боразоном или эльбором, а также обладает уникальными качествами, успешно используемыми в современной промышленности. При показателях твердости кубонита в 80-90 ГПа, близких к алмазному эталону, сила закона Холла-Петча способна обусловить их значительный рост.
Среди физических свойств мы выделяем твердость, цвет, цвет прорисовки, прозрачность и яркость. Твердость - это, по определению, сопротивление, которое минерал предлагает царапать, вызванное внешним механическим воздействием. Минералогическая практика использует относительные шкалы твердости, представленные некоторыми минералами. Наиболее распространенной является шкала Мооса, которая содержит 10 градусов и состоит исключительно из белых минералов. Минералы расположены в соответствии с их степенью твердости от наименее тяжелой и следующим образом: 1-тальк, 2-гипс, 3-кальцит, 4-флюорит, 5-апатит, 6-ортоклаз, 7-кварц, 8 9-корунд, 10-алмаз.
Это означает, что при уменьшении размеров кристаллических зерен увеличивается твердость материала – существуют определенные возможности увеличения до 108 ГПа.
3. Вюртцитный нитрид бора - твердость до 114 ГПа
Вюрцитная кристаллическая структура обеспечивает высокие показатели твердости данному материалу. При локальных структурных модификациях, во время приложения нагрузки конкретного типа, связи между атомами в решетке вещества перераспределяются. В этот момент качественная твердость материала становится больше на 78 %.
Например, минерал будет иметь твердость приблизительно 8½, если топаз будет царапаться, но поцарапан корундом. Цвет, являющийся одной из важных характеристик, не очень надежный. Например, берилл может быть бесцветным, белым, бледно-желтым, зеленым, розовым, голубоватым, фиолетовым. По цвету у Берилла большое количество сортов. Цвет минерала зависит от поглощения некоторых колебаний белого света и отражения других. Цвет обычно обусловлен химическим составом, т.е. наличием атомов данного элемента, в структуре минерала.
Кроме того, способ расположения элементов в кристаллической сети минерала и валентность, которые они имеют, влияют на цвет. Цвет микроэлементов можно определить простым способом. Царапина минерала в фрагмент неглазурованного фарфора. Цвет порошка, оставленного на фарфоре, - это цвет полоски.
Лонсдейлит является аллотропной модификацией углерода и отличается явной схожестью с алмазом. Обнаружен твердый природный материал был в метеоритном кратере, образовавшись из графита – одного из компонентов метеорита, однако рекордной степенью прочности он не обладал.
Прозрачность - это свойство, которое минералы должны пропускать через свет. По степени прозрачности можно выделить прозрачные, полупрозрачные, полупрозрачные, непрозрачные и непрозрачные минералы. Яркость - свойство минерала отражать свет. Это зависит от многих факторов, среди которых показатель преломления, хроматическая дисперсия, поглощение света и характеристики исследуемой поверхности. Мы можем выделить несколько типов блеска: металлический, адамантиновый, стекловидный, жирный, жемчужный.
Далеко не исчерпывающий, давайте также приведем еще некоторые свойства минералов, думая о тех, кто хочет идентифицировать минералы, не говоря уже о своих конкретных коллекциях или, возможно, о удовольствии учебы. Пироэлектричество состоит в появлении электрической поляризации, когда минерал подвергается воздействию тепла.
Учеными было доказано еще в 2009 году, что отсутствие примесей способно обеспечить твердость, превышающую твердость алмаза. Высокие показатели твердости способны обеспечиваться в этом случае, как и в случае с вюртцитным нитридом бора.
Полимеризованный фуллерит считается в наше время самым твердым материалом, известным науке. Это структурированный молекулярный кристалл, узлы которого состоят из целых молекул, а не из отдельных атомов.
Пьезоэлектричество состоит в появлении электрической поляризации, когда минерал подвергается силам сжатия или растяжения. Расщепление является тем свойством, что кристаллы должны пробиваться через четко определенные ретикулярные плоскости. Эти плоскости, как упоминалось выше, параллельны возможным граням кристалла, и существует зависимость между расщеплением и атомной структурой минерала. Расщепление слюды и кальцита хорошо известно.
Для получения дополнительной информации обратитесь к специализированной библиографии. В современных минералогических лабораториях наряду с изучением вышеупомянутых свойств для идентификации минералов используются сложные методы, такие как рентгеновская дифракция, дифференциальный термический анализ, спектральный анализ, электронный микрозондовый и другие. Все эти методы требуют сложного и дорогостоящего лабораторного оборудования, а также специализированного обучения. Зачем использовать сложные методы?
Твердость фуллерита составляет до 310 ГПа, и он способен поцарапать алмазную поверхность, как обычный пластик. Как видите, алмаз это больше не самый твёрдый природный материал в мире, науке доступны более твердые соединения.
Происхождение названия, данное различным минеральным видам, весьма разнообразно. Проблемы с именами не просты. Как и во всех естественных науках, необходимо классифицировать минералы с помощью системы, которая позволяет их сравнивать и идентифицировать. Благодаря использованию рентгеновских лучей и изучению химического состава и кристаллографических свойств было возможно распределить все известные минералы по классам, подклассам и группам. Эта классификация называется кристаллохимии. Силикаты образуют наиболее распространенный и важный класс земной коры.
Пока это самые твердые материалы на Земле, известные науке. Вполне возможно, в скором времени нас ждут новые открытия и прорыв в области химии/физики, что позволит добиться более высокой твердости.
самый твердый камень
Альтернативные описанияДрагоценный камень, минерал кристаллического строения, блеском и твердостью превосходящий все другие минералы
Прозрачный кристалл такого минерала, ограненный и отшлифованный особым образом
Что-либо чрезвычайно ценное, незаурядное, исключительное (переносное значение)
Драгоценный камень, уважаемый стеклорезами
Инструмент для резки стекла
Камень чистой воды
Кинотеатр в Москве, ул. Шаболовка
Клипер, на котором три года плавал композитор Н. А. Римский-Корсаков
Король среди драгоценных камней
Минерал, добываемый в Якутии
Музыкальный хит Алисы Мон
Подобно льву среди зверей, он царствует среди камней
Прозрачный драгоценный камень, блеском и твердостью превосходящий все другие минералы
Самый твердый минерал в природе
Стихотворение А. Фета
Химическое вещество, естественный абразивный материал
. «Куллинан»
Прекрасный вариант графита
. «... и в грязи видать» (поговорка)
Российская космическая станция
Фильм Эдварда Цвика «Кровавый...»
Неотесанный бриллиант
Что добывает компания «Де Бирс»?
В Древнем Риме рабу, сумевшему расколоть этот камень, обещали свободу
Переведите на арабский язык слово «твердейший»
В шкале Мооса на первом месте находится тальк, на третьем - кальцит, на седьмом - кварц, а что в этой шкале находится на десятом месте?
Название этого минерала происходит от греческого слова «adamas» - «несокрушимый»
Какой камень можно найти в кимберлитовой трубке?
Углерод в ранге драгоценности
Царь камней
Самый твердый минерал
Камень, символ апреля
Твердый и прекрасный вариант графита
Драгоценный углерод
Камень для точного глаза
Суть «Орлова»
Минерал, драгоценный камень первого класса
Марка российского телевизора
Сорт пшеницы
Абразивный материал, самый твердый минерал
Московский кинотеатр
Точный глаз
. «шах», «Орлов»
Бриллиант без огранки
Тверже него нет ничего
Прочный стеклорез
. «шах» и «Орлов»
Царь среди камней
Бриллиант
Король драгоценных камней
Сырец бриллианта
. «пепел и...» Анджея Вайды
Будущий бриллиант
. «звезда Сьерра-Леоне»
Благородный родич графита
Драгоценная деталь стеклореза
Углерод-аристократ
Камень «Орлов»
. «твердолобый» минерал
Король среди самоцветов
Камень, помогающий при тяжелых родах
Исходник для бриллианта
Драгоценное сравнение для точного глаза
Король среди минералов
Бриллиант до огранки
Король самоцветов
Самый твердый из минералов
Бриллиант для стеклореза
Драгоценность в стеклорезе
Бриллиант в начале карьеры
Чистый углерод
Богатый родственник графита
Драгоценный минерал
Камень в стеклорезе
Стеклорезный камень
. «орлов» среди камней
Драгоценность для резки стекла
Какой драгоценный камень может погубить только высокая температура?
Очень твердый камень
Самая твердая драгоценность
Драгоценный камень
Камень, режущий стекло
. «фондовый» минерал
Заготовка для бриллианта
Верный глаз
Прочный камень
Адамант
Самый твердый минерал
Минерал, одна из кристаллических полиморфных модификаций углерода
Драгоценный камень
Прозрачный драгоценный камень, минерал (символ невинности, твёрдости и храбрости)
Инструмент для резки стекла в виде острого куска этого камня, вделанного в р укоятку
Тип минерала, относящийся к самородным элементам
. "... и в грязи видать" (поговорка)
. "Орлов" среди камней
. "Твердолобый" минерал
. "Фондовый" минерал
. "пепел и..." Анджея Вайды
. "шах", "Орлов"
. "Звезда Сьерра-Леоне"
. "Куллинан"
. "Шах" и "Орлов"
В шкале Мооса на первом месте находится тальк, на третьем - кальцит, на седьмом - кварц, а что в этой шкале находится на десятом месте
Драгоценный камень для родившихся под знаком овна
Ж. первый по блеску, твердости и ценности из дорогих (честных) камней; адамант, бриллиант. Алмаз, чистый углерод в гранках (кристаллах), сгорает без остатка, образуя угольную кислоту. Алмаз название общее: бриллиант, более ценный по величине и полной грани, осаживается сквозниною, без подложки; алмаз, неполной грани, плоский, бывает в глухой (с исподу) оправе; розетка, искра, самый мелкий алмаз. Алмаз стекольщичий, неграненый, сырой, в оправе на ребро, на природную грань. Это алмазец порядочный; это алмазик годный; это алмазишка дрянной; а вот алмазище царский. Алмаз стекольщика белит, негоден, не режет, а только скребет, царапает. Свой глаз алмаз, свой призор. Алмаз алмазом режется, вор вором губится, в сыщики берут такого же вора. Тверд (верен, дорог), как алмаз. Алмаз ангельская слеза, поверье. Алмазный перстень, с алмазами; алмазный прииск, алмазный блеск. Алмазистый, алмазовидный, подобный ему, сходный с ним. Алмазник м. торгующий честными каменьями. Алмазчик м. бриллиантщик, ювелир, кто гранит алмазы или оправляет дорогие каменья
Какой драгоценный камень может погубить только высокая температура
Какой камень можно найти в кимберлитовой трубке
Камень "Орлов"
Минерал - эталон точного глаза
Название этого минерала происходит от греческого слова "adamas" - "несокрушимый"
Очень крепкий камень
Переведите на арабский язык слово "твердейший"
Сверхпрочный камень
Суть "Орлова"
Фильм Эдварда Цвика "Кровавый..."
Что добывает компания "Де Бирс"
