какой минерал является самым крепким в мире

ТОП-7 самых твердых камней и материалов в мире

Ценность минералов определяется многими критериями, в том числе степенью их твердости. Чем тверже камень, тем выше он ценится.

Твердостью считается способность камня противостоять механическому воздействию. Под механическим воздействием подразумеваются различные действия: удары, царапания, трение, вдавливания и т.д.

Существуют два критерия оценивания прочности камней: абсолютный критерий и шкала Мооса (относительный).

Твердость драгоценных минералов оценивается по шкале Мооса. Под таким измерением подразумевается сравнение твердости нового минерала с уже существующими эталонными твердыми камнями. Для этой процедуры на камне намечают гладкую зону и проводят по ней острым углом эталонного камня, крепко придавливая его при этом.

Самые твердые материалы на Земле

Самый прочный материал в мире, который тверже алмаза, – полимеризованный фуллерит. Этим материалом можно запросто поцарапать алмаз, с такой легкостью, будто это не драгоценный алмаз, а обычный пластик.

Данный материал представляет собой структурированный кристалл, узлы которого состоят из целых молекул, а не из маленьких атомов.

Лонсдейлит также считается крепким материалом. Это модификация аллотропного углерода, который по твердости близок к алмазу. Данный материал был извлечен из метеоритного кратера. Происхождение материала – графитное.

Третью позицию в рейтинге твердости прочно занимает вюртцитный нитрит бора. Высокую степень прочности данному материалу обеспечивает кристаллическая структура.

Наноструктурированный кубонит, или кингсонгит. Уникальные возможности данного материала обеспечили его частое использование в промышленности.

Нитрит углерода-бора занимает почетную пятую позицию в нашем рейтинге. Главными компонентами данного материала являются атомы бора, а также углерода с азотом.

7 интересных фактов об алмазах

Оттуда она «раздвигается» в противоположные стороны. Упирающийся в материк край коры подгибается под него и постепенно тонет в мантийном веществе. Вместе с осадочными породами, в которых много углерода. Этот процесс идет со скоростью порядка сантиметров в год, но непрерывно.

А это существенно, поскольку многие вещества по мере изменения давления переходят из одного состояния в другое. Скажем, стабильный при шести и более гектопаскалях стишовит при снижении давления превращается в коэсит, а при достижении поверхности — в хорошо знакомый нам кварц. Его химическая формула при этом, конечно, не меняется — это диоксид кремния, SiO2. Кроме того по давлению во включениях можно точно определить глубину формирования алмаза.

Обзор самых твердых горных пород

Самый твердый камень в мире – гранит, а пословица «твердый, как гранит» имеет не переносное, а прямое значение.

Кроме гранита, самые твердые горные породы – это сиенит и лабрадорит. Крепким камнем на Земле считается также черный габбро.

Эти породы намного тверже железа. Они появились на свете миллионы лет тому назад. Их появлению мы обязаны магме, которая в самых глубоких земных недрах постепенно застывала. Жидкие горные породы под воздействием высоких температур и атмосферного давления постепенно кристаллизовались.

Результатом таких природных процессов стали самые прочные камни на Земле. Этим камням свойственна полнокристаллическая структура зернистого характера. Такие породы имеют массивную заметную текстуру.

В пользу прочности гранита свидетельствует его возможность выдерживать почти 200 циклов замораживания и размораживания (будучи полностью погруженным в водное пространство). В то время как знакомый всем нам кирпич выдерживает всего лишь 15 таких циклов. А если ежегодно по граниту будут проходиться больше миллиона человек, то износ породы составит всего лишь 0,12 мм.

Все глубинные прочные породы очень схожи между собой. И очень часто только настоящий профессионал сможет отличить мелкозернистый гранит от габбро.

С черным гранитом также очень схож лабрадорит.

Причины схожести вышеперечисленных пород – одинаковые составные компоненты. Таковыми являются цветные минералы, слюда, а также кварц и шпаты. Твердые породы отличаются между собой только пропорциями содержания составных компонентов.

Прочный гранит имеет разновидности. Самым ценным является карельский гранит черного окраса. На просторах нашей необъятной страны есть месторождения коричнево-красных, а также серых и даже белых разновидностей гранита. В Испании есть даже розовый и зеленоватый гранит.

Кроме вышеперечисленных твердых пород, существуют также вулканические, которые отличаются особой прочностью. Это базальты и диабазы, липариты и порфиры, а также трахиты. По своим составным компонентам они совсем не отличаются от глубинных твердых пород.

Источник

Алмаз: самый твердый и крепкий минерал в мире

Многоликий углерод

Во вселенной углерод является одним из самых распространенных элементов. Эволюция некоторых классов звезд заканчивается образованием именно углерода. Природный круговорот этого элемента на Земле происходит при участии основного его соединения — углекислого газа. Именно он поглощается растениями в процессе фотосинтеза, а из атомов углерода складываются органические вещества. Этот же газ выделяется живыми организмами в процессе жизнедеятельности. Углеродные цепочки — основа жизни на Земле.

Характеристика химического элемента

Поскольку в чистом виде углерод с древности использовался человеком как топливо, его так и назвали. Carboneum на латинском означает «уголь».

На внешнем уровне атома этого элемента находятся 4 электрона. Такое положение элемента между металлами и неметаллами дало ему возможность образовывать совершенно разные химические связи. Именно этим объясняется многообразие природных и искусственных форм существования углерода, а также тот факт, что именно он послужил основой для целого класса веществ, именуемых органическими.

Аллотропные модификации

Количество тригональных модификаций больше. Именно в этом классе аллотропов создаются новые, искусственные формы. К числу тригональных аллотропов принадлежат:

Дигональная структура углерода образует карбин. В нем атомы углерода связаны в цепочки. Среди смешанных и аморфных форм этого элемента можно выделить:

Каждая аллотропная модификация обладает своими физическими и механическими свойствами. Например, лонсдейлит имеет более «разряженную» кристаллическую решетку, и его твёрдость составляет 7−8 по Моосу, хотя показатель преломления тот же, что и у алмаза. Графит является мягким материалом: он отслаивается, что позволяет использовать его как карандаш.

На основе слоистой структуры графита были созданы графен и нанотрубки — однослойные кристаллические решетки с гексагональной структурой. Они имеют широкие перспективы использования в медицине и технике.

Свойства и применение алмаза

Алмаз — наверное, самая известная аллотропная форма углерода. Известность она получила за счет как своей уникальной твердости, так и по причине использования этого минерала в ювелирной промышленности.

Твердый минерал

Плавится алмаз при высоких температурах, от 3700 до 4 тыс. градусов. Но еще раньше, при 850 градусах, он начинает гореть, а без доступа воздуха при достижении половины от температуры плавления превращается в графит.

Известно то, что в плотных средах скорость света становится меньше и при попадании в них волн невидимого человеческим глазом диапазона эти волны становятся видимыми. Явление это называется люминисценцией, причем алмаз способен сделать видимыми не только ультрафиолетовые волны, но и рентгеновские. Благодаря последним можно обнаружить алмазы в куче пустой породы: такой метод называется рентгенолюминесценцией.

История добычи

Все изменилось в XIX веке, когда в Южной Африке около современного города Кимберли на ферме братьев де Бирс обосновались искатели алмазов. Камней на этих землях было много, но настоящая промышленная их добыча стала связана с именем Сесиля Родса. Он не разбогател на копании, как и все старатели, поэтому решил заработать на обслуживании этого процесса: он продавал старателям продукты, откачивал из шахт воду, для чего приобрел единственную в Африке помпу, торговал инструментом. В обмен Родс получал не деньги (их все равно не было), а участие в прибыли, добытые алмазы и земельные паи.

Алмазы образуются под высоким давлением, приурочены их месторождения к зонам древнего вулканизма. Места прорыва магмы на поверхность, заполненные впоследствии породой, стали называться кимберлитовыми трубками — в честь города Кимберли. Сегодня крупнейшими добытчиками алмазов являются следующие страны (список в порядке убывания):

Ювелирное дело и техника

Существует несколько способов огранки алмазов, при которой они лучше всего проявляют такое свое свойство, как игру цвета. Играет свою роль и исходная форма камня, поскольку огранщик старается свести его потери к минимуму. Наиболее распространенными формами бриллианта являются:

Редким камням придают индивидуальную форму. Зачастую такие камни имеют имена.

Отходы ювелирного производства массово применяются в промышленности для изготовления абразивного инструмента, сверел и резцов. Несмотря на свою низкую ударопрочность, в составе композитов алмаз показывает себя с лучшей стороны: другие материалы компенсируют его хрупкость.

Этот минерал имеет хорошие перспективы в микроэлектронике. У него высокие показатели пробивного напряжения, хорошая устойчивость к радиации и высокая теплопроводность, ввиду чего алмаз имеет преимущества перед кремнием в экстремальных условиях. Получены пленочные кристаллы с донорскими и акцепторными примесями в структуре — бором и фосфором.

Сравнение механических свойств

Какой минерал самый твердый, всем ясно — алмаз. Но если обратить внимание на другие его качества и сравнить с некоторыми искусственными материалами, то алмаз можно оставить далеко позади. Так, предел прочности на сжатие среди природных минералов у алмаза действительно высок — 1961 МПа. Но у твердых сплавов он выше и может достигать 4903 МПа. То же самое касается прочности на изгиб, которая составляет 206—490 МПа, что сравнимо с показателями для стали. У твердых сплавов этот показатель выше в 4 раза.

Слабое место алмаза — его хрупкость. Ударная вязкость этого минерала всего в полтора раза выше, чем у стекла; разбить его молотком труда не составит. Поэтому назвать алмаз самым прочным минералом нельзя.

Что касается твердости, то сравнить самый твердый минерал в мире с другими можно в таблице. В ней будут даны как относительные, так и абсолютные показатели этой величины, измеренные склерометром.

Близкая к алмазу модификация углерода — лонсдейлит — имеет твердость 7,5. Чуть тверже его один из искусственных камней — фианит. Часто именно он заменяет алмаз в ювелирных изделиях для удешевления. Другой заменитель — муассанит, представляет собой карбид кремния и его твердость приближается к таковой у алмаза — 9,25.

Иногда в быту твердость оценивают оконным стеклом. Оно в этой шкале находится между баллами 5 и 6. Таким образом, стекло может царапать апатит и все, что выше него, а ортоклаз и более твердые минералы сами царапают стекло. Стальным напильником можно обработать ортоклаз, а медью — кальцит. Поэтому ничего удивительного в строительстве египетских пирамид нет: известняк прекрасно пилился медным инструментом. Наконец, гипс и тальк можно крошить ногтями.

В последние годы нашли материал тверже алмаза. Его создали на основе другой модификации углерода — фуллерена, и назвали фуллеритом. Его структура представляет собой молекулярный кристалл, элементарная единица которого состоит из 60 атомов углерода, соединенных в сферу. Найти ему применение пока что не удалось, да и производить фуллерит сложно — для его синтеза требуется сверхвысокое давление.

Источник

Какой камень самый крепкий и твердый в мире: обзор и интересные факты

Человек оценивает прочность материала, чтобы понять, насколько долго прослужит вещь. Если речь идет о камне, внимание обращают на его твердость. Чем она выше, тем самоцвет крепче и дольше сохранит свойства. В число самых прочных минералов включили всего 1 камень, но ученые обнародовали более обширный перечень.

Самый твердый в мире камень

Для оценки прочности минералов используют 10-бальную таблицу Мооса и абсолютную шкалу линейной твердости. В обеих системах градации алмаз указали самым крепким камнем. Но за эталон взяли природный самоцвет без внутренних дефектов.

В ХХ столетии геммологи дополнили перечень эталонных образцов Мооса видами самоцветов с промежуточными показателями твердости. Сейчас рассматривают 20 степеней прочности: от 1 до 10 плюс позиции 1,5–9,5 (к целому числу добавили 0,5 балла).

Среди драгоценностей на первом месте стоит бриллиант — тот же природный алмаз, только уже ограненный. Это самый твердый камень. Ювелиры используют экземпляры без скрытых трещин и примесей, а правильно выполненная огранка придает прочности.

Последние исследования подтвердили, что на земле есть самоцветы тверже. Искусственно синтезированный алмаз — более крепкий по сравнению с природным аналогом. Среди пород естественного происхождения самым прочным называют лонсдейлит и вюрцитообразный нитрид бора. В списках полимерных кристаллов первое место занял фуллерит.

Смотрите передачу о том, как создают бриллиант:

Самый прочный природный самоцвет

Алмаз — самый крепкий из всех природных минералов, известных на момент создания шкалы Мооса. Название в переводе с греческого обозначает «несокрушимый».

В природе находят образцы следующих цветов:

Самым крепким считают бесцветный алмаз (из-за отсутствия примесей). Фридрих Моос назвал его эталоном твердости и дал 10 баллов. В абсолютной шкале линейной прочности стоит показатель 1500. Самоцвет легко царапает такие материалы, как каленое стекло, повреждает поверхность сапфира, рубина и других менее прочных пород.

Непригодные для украшений образцы используют при изготовлении наконечников, дисков, резцов, других инструментов с алмазным напылением. Ими обрабатывают более мягкие природные и искусственные материалы.

Смотрите факты про камень алмаз:

Прочнейший синтетический камень

В местах падения метеоритов с графитом находят кристаллы, названные гексагональными алмазами. Они тверже бриллианта на 50–58 %.

Из-за мизерного количества природных гексагональных алмазов камни стали синтезировать. Искусственно выращенный самоцвет назвали лонсдейлит — по фамилии кристаллографа Kathleen Lonsdale.

Лонсдейлиты не используют в украшениях или промышленности из-за больших финансовых затрат на выращивание. Ученые работают над удешевлением синтеза.

К просмотру обзорное видео про вещество:

Другие рекордсмены по твердости среди минералов

На втором месте после гексагонального алмаза стоит вюрцит (вюрцитообразный) нитрид бора. Крепкий кристалл на 18 % тверже бриллианта. В природе находят мало, встречается в местах вулканического извержения. Камень синтезируют соединением бора с азотом. Применяют для изготовления полировальных и шлифовальных инструментов.

Крепкие камни по Моосу с показателями твердости (в баллах):

Источник

Самые твёрдые минералы на планете (по шкале Мооса) + ФОТО

Многоликий углерод

Во вселенной углерод является одним из самых распространенных элементов. Эволюция некоторых классов звезд заканчивается образованием именно углерода. Природный круговорот этого элемента на Земле происходит при участии основного его соединения — углекислого газа. Именно он поглощается растениями в процессе фотосинтеза, а из атомов углерода складываются органические вещества. Этот же газ выделяется живыми организмами в процессе жизнедеятельности. Углеродные цепочки — основа жизни на Земле.

Характеристика химического элемента

Поскольку в чистом виде углерод с древности использовался человеком как топливо, его так и назвали. Carboneum на латинском означает «уголь».

На внешнем уровне атома этого элемента находятся 4 электрона. Такое положение элемента между металлами и неметаллами дало ему возможность образовывать совершенно разные химические связи. Именно этим объясняется многообразие природных и искусственных форм существования углерода, а также тот факт, что именно он послужил основой для целого класса веществ, именуемых органическими.

Аллотропные модификации

Количество тригональных модификаций больше. Именно в этом классе аллотропов создаются новые, искусственные формы. К числу тригональных аллотропов принадлежат:

Дигональная структура углерода образует карбин. В нем атомы углерода связаны в цепочки. Среди смешанных и аморфных форм этого элемента можно выделить:

Каждая аллотропная модификация обладает своими физическими и механическими свойствами. Например, лонсдейлит имеет более «разряженную» кристаллическую решетку, и его твёрдость составляет 7−8 по Моосу, хотя показатель преломления тот же, что и у алмаза. Графит является мягким материалом: он отслаивается, что позволяет использовать его как карандаш.

На основе слоистой структуры графита были созданы графен и нанотрубки — однослойные кристаллические решетки с гексагональной структурой. Они имеют широкие перспективы использования в медицине и технике.

Графен

Гибкий экран из графена

Лист графена (аллотроп углерода) толщиной в один атом в 200 раз сильнее, чем сталь. Хотя графен похож на целлофан, он действительно поражает. Понадобится школьный автобус, балансирующий на карандаше, чтобы проткнуть стандартный лист А1 из этого материала!

Берилл / Beryl

Разновидности: Аквамарин, Изумруд, Гелиодор

Его название с латинского языка переводится как «драгоценный камень цвета морской волны». Огромные залежи берилла находятся в странах латинской Америки и на Урале.

Чарующие своими оттенками и формой самоцветы активно применяются при изготовлении ювелирных украшений, декоративно-прикладном искусстве для изготовления резных шкатулок и ожерелий.

Тальк не может поцарапать гипс, поэтому он на втором месте в шкале Мооса. Гипс является сульфатным минералом, состоящим из гидрата сульфата кальция. Его можно использовать в качестве удобрения. Различные гипсовые смеси использовались ещё в скульптурах Месопотамии, Древнего Рима и Византии. Широко используется в медицине и в скульптуре.

Орбитальные снимки с разведывательного аппарата на Марсе указывают на существование гипсовых дюн в северном полушарии Красной планеты. США, Индия и Бразилия являются странами с самыми большими запасами гипса в мире.

Рутил / Rutile

Минерал из класса оксидов впервые был обнаружен в ходе геологических разведок на Урале. Довольно распространённый минерал, месторождения которого раскинулись на всех континентах планеты.

В основе кристаллической формулы заложены оксиды титана, а также имеются примеси железа, олова, ванадия, тантала. В 1940-х годах научились получать синтетический рутил, не уступающий свойствами своему природному аналогу.

Гексагональный алмаз

Еще десять лет назад алмаз можно было считать самым твердым материалом на Земле. Но в 2009 году группа ученых из Китая и США сумела доказать ложность такого утверждения. По их убеждению, самым прочным веществом в мире является искусственный материал под названием лонсдейлит (или гексагональный алмаз).

При помощи метода компьютерного моделирования ученым удалось установить, что данный материал на 58% прочнее, нежели алмаз. И если последний разрушается при давлении в 97 гигапаскалей, то лонсдейлит способен выдерживать нагрузки в 152 гигапаскалей.

Однако гексагональный алмаз существует пока только лишь в теории. Впрочем, ученые сомневаются, что новый материал когда-либо будет применяться на практике. Ведь процесс его получения является чрезвычайно сложным и дорогостоящим.

Карбин

Молекулярная структура карбина

Несмотря на то что он является единой цепочкой атомов, карбин имеет удвоенную прочность на растяжение от графена и в три раза большую жёсткость, чем алмаз.

Топаз

Топаз является силикатным минералом алюминия и фтора. Имеет кристаллическую решетку пирамидальной формы. Чистый топаз прозрачный и бесцветный, но обычно окрашен разными примесями. Топаз может иметь различные цвета: желтый, бледно-серый, красноватый или сине-коричневый. Этот минерал является полудрагоценным. Большие запасы топаза находятся в Шри-Ланке, Германии, Австралии, Норвегии, Японии, Мексике, Бразилии и США.

Сплавы против металлов

Сплавы представляют собой комбинации металлов, и основной причиной их создания является получение более прочного материала. Наиболее важным сплавом является сталь, которая представляет собой комбинацию железа и углерода. Чем выше прочность сплава — тем лучше. И обычная сталь тут не является «чемпионом». Особенно перспективными представляются металлургам сплавы на основе ванадиевой стали: несколько компаний выпускают варианты с пределом прочности до 5205 МПа.

Самый твердый материал на земле

Давно «известно», что ни один из материалов, ни одно вещество не способно сравниться по твёрдости с алмазом. (На самом деле это не так). Но всё-таки, какие материалы приближаются к нему по этому параметру, и как именно определяется твёрдость?

Колорадоит – отрава золотой лихорадки

Впервые этот минерал был найден в штате Колорадо (США) среди магматических пород, из-за чего он и получил такое название. Эта уникальная порода является теллуридом ртути, часто встречающимся рядом с месторождениями золота. Она даже внешне напоминает зернистую россыпь крошечных ртутных шариков, переливающихся чёрным и стальным цветами с радужным отливом.

Такие самородки часто принимали за золото в США и Австралии во время золотой лихорадки. Они и впрямь содержат небольшое количество драгоценного металла. Но опасность, исходящая от необычной породы, намного превышает возможную выгоду. Если взять её в руки и согреть теплом человеческого тела, минерал начинает выделять смертельно опасный пар – попадание его частиц в лёгкие и пищеварительный тракт может стать причиной развития опухолей, язв и рубцов. Подобный эффект возникает, даже если просто поместить колорадоит под прямые солнечные лучи. Поэтому в жаркие дни любая деятельность, направленная на добывание данного камня, приостанавливается.

Месторождения алмазов

Несмотря на редкость, этот камень достаточно широко распространен. В промышленных масштабах его добывают на всех континентах, кроме Антарктиды. Наиболее крупные месторождения находятся в ЮАР. В этой стране расположена компания De Beers, являющаяся крупнейшим международным экспортером алмазов. Также этими драгоценными камнями богаты Ангола, Ботсвана, Намибия, Танзания, Канада, Австралия.

В России лидер алмазодобывающей промышленности – компания «АЛРОСА». Эта организация занимает второе место после корпорации De Beers, осуществляющей добычу, обработку и продажу природных алмазов.

Паучий шелк – один из самых прочных материалов на Земле

Несмотря на свои удивительные свойства, наткнуться на паутину и особенно в лесу максимально неприятно

Прочность алмаза

О прочности самого ценного камня уже очень много сказано. Минерал практически невозможно расколоть или раскрошить. Мало того, при попытке поцарапать самоцветом стекло, он оставит на нём след в виде царапины, а сам при этом нисколько не пострадает. Но так ли это на самом деле?

Можно ли разбить алмаз

Безусловно, если положить камень под пресс и спустить рычаг, минерал сразу же рассыпется. Но вот при незначительных ударах у вас вряд ли получится повредить структуру самоцвета? Так можно ли разбить алмаз? Конечно же, можно. Но тут дело даже не в силе удара, а в правильности его направления.

Для примера можно вспомнить историю со знаменитым алмазом Куллинан. Он имел просто внушительные размеры, ведь его масса равнялась 3106,75 карата. Это чуть более 600 грамм. Так вот при попытке изготовить из минерала бриллианты, ювелиры столкнулись с трудностями, ведь расколоть самоцвет оказалось не так уж просто. Но в какой-то момент Йозеф Ашер, лучший гранильщик того времени, который и изучал Куллинан, заметил на поверхности камня небольшую трещину. Именно этот незначительный дефект позволил разобраться Ашеру, как же расколоть кристалл. Он приставил к царапине стамеску и ударил по ней молотком. Расчёт оказался более чем правильным — минерал раскололся на две части.

Таким образом, можно сделать вывод, что алмаз всё-таки можно разбить, если верно рассчитать место удара и воздействовать на него в правильном направлении.

Что крепче алмаза

Если сравнивать алмаз с другими природными минералами, то прочнее него нет ничего. По шкале Мооса он получил наивысший балл — 10. Только корунд и топаз лишь немного уступают ему по этой характеристике.

Если же сравнивать его с другими кристаллическими веществами, то крепче него считаются:

Конечно же, не стоит забывать, что в современной науке учёные постоянно открывают новые сплавы, которые отличаются ничуть не меньшей твёрдостью, чем алмаз. Но если рассматривать камень исключительно как драгоценный камень (бриллиант), то твёрже его нет ничего на планете Земля.

Источник