Космический материал, который тверже алмаза — LegendaPress

Космический материал, который тверже алмаза

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.

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

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. 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

Комментарии к статье (0)

Добавить комментарий

Top.Mail.Ru