Какое из известных веществ самое твердое?
С некоторых пор уже не алмаз.
В 2005 г. ученые из Университета Байройт в Германии, подвергнув чистый углерод воздействию необычайно высоких температур под давлением, создали новый материал. Его назвали «гипералмаз», или «агрегированные наностержни алмаза» (ADNR), и, хотя материал этот невероятно твердый, с виду он больше напоминает асфальт или блестящий черный пудинг.
Давно не секрет, что с помощью давления и тепла можно превратить одну форму чистого углерода (графит) в другую (алмаз). Однако байройтская команда не использовала ни ту ни другую. Они взяли третью форму чистого углерода – фуллерит, также известный как бакминстерфуллерен или «бакиболы». Шестьдесят углеродных атомов образуют молекулу в форме футбольного мяча – или одного из множества геодезических куполов, спроектированных американским архитектором Ричардом Бакминстером Фуллером (1895–1983).
В алмазе атомы углерода организованы в кубики, уложенные в пирамидки; новое же вещество состоит из крошечных сцепленных друг с другом стерженьков. Из-за своих размеров они и получили название «наностержни»: nanos в переводе с греческого означает «карлик». Каждый – в микрон (одна миллионная часть метра) длиной и 20 нанометров (20 миллиардных долей метра) толщиной, что примерно одна пятидесятитысячная часть толщины волоса человека.
Воздействие на фуллерит сверхвысоких температур (2220 °C) и сжатия (в 200 000 раз превышающего нормальное давление атмосферы) создало не только самое твердое, но и самое жесткое и плотное вещество из известных науке.
Плотность материала определяется тем, насколько тесно упакованы молекулы, и измеряется она с помощью рентгеновских лучей. ADNR на 0,3 % плотнее алмаза.
Жесткость – мера сжимаемости, величина силы, которая должна быть приложена равномерно со всех сторон, чтобы материал уменьшился в объеме. Основной единицей жесткости служит паскаль, по имени Блеза Паскаля (1623–1662), французского математика, который помог усовершенствовать барометр – прибор для измерения атмосферного давления. Показатель жесткости ADNR – 491 гигапаскаль (гПа), у алмаза он = 442 гПа, а у железа = 180 гПа. Таким образом, ADNR в три раза труднее сжать, чем железо.
Определить твердость несколько проще: если один материал оставляет царапину на другом, значит, первый тверже второго. В 1812 г. немецкий минералог Фридрих Моос (1773–1839) предложил десятибалльную шкалу относительной твердости минералов – шкалу Мооса. Начинается она с мягчайшего талька (единица по шкале Мооса). Довольно мягок свинец (1,5); ноготь ранжируется в 2,5 (такая же твердость у золота); посередине шкалы – стекло и ножевая сталь (5,5). Простая наждачка (которую делают из корунда) – 9 единиц по шкале Мооса, ну а вершину шкалы, при показателе 10, занимает алмаз. Поскольку ADNR может процарапать алмаз, он, в буквальном смысле, «зашкаливает».
И наконец, еще более неутешительная новость для фанатов алмазов: эти бриллианты не «навсегда». Графит (который, как ни странно, – одно из наиболее мягких веществ, известных науке: он мягок, как тальк) химически намного устойчивее алмаза. На самом деле любой алмаз очень медленно превращается обратно в графит. Правда, процесс этот незаметен. Не стоит опасаться, что в один прекрасный день серьги у вас в ушах обернутся карандашами.
