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鑽石是地球上自然形成最堅硬的物質之一,很多時候我們都會有挑戰世界之最的想法,比如用鐵錘敲擊一下鑽石會怎麼樣,至少我是有過這樣想法的。
實際上,可能不需要你太用力,鑽石就會被擊碎。而在現實生活中,大鑽戒裡的鑽石因為撞擊而碎裂的案例也不在少數。
那麼問題來了,世界上最堅硬的物質憑什麼會碎呢?
為什麼鑽石能被打碎?
鑽石不僅堅硬,它也是自然界中最難形成的天然礦物之一,是在地球內部高溫高壓條件下由碳原子組成的物質。
它確實堅硬無比,但是打碎和堅硬程度關係不大,硬度只是衡量一種礦物相對耐磨損程度的指標,是通過一種礦物與另一種礦物摩擦來測量的。
比如你可以用金剛石(鑽石的原石)去切割玻璃,因為它的硬度比玻璃要高,所以可以很容易地把玻璃切割掉,硬度高的物質會在硬度低的物質上留下劃痕。
在敲打中是否「取勝」就要看物質的韌性了,這是物理學的另一個名詞,是用來衡量礦物對斷裂或變形的抵抗能力。
鑽石的莫氏硬度是10,算是最高級別的,其實硬度超過10的物質也是有的,比如聚合鑽石納米棒和四氮化三碳這樣的材料,不過都是人工合成的。
但是,鑽石的韌性就只能算是優良水平了,所以,雖然鑽石基本上不會被其他材料「劃傷」,但卻很容易被錘碎。
那麼是什麼影響了鑽石的韌性呢?
如果用最理性的方式思考問題的話,硬度和韌性確實是兩個完全不一樣的概念,就像鑽石可以劃傷鐵錘,又會被鐵錘擊碎一樣。
然而,如果要知道事物的本質,還是要從原子層面出發,硬度和韌性正是由組成物質的原子結構決定的。
鑽石由碳原子組成了一種獨特的結構,這些碳原子結合在一起形成了所謂的鑽石立方晶格結構。
這種結構非常獨特,它的每單位體積包含了最高數量的原子和化學鍵,這正是鑽石硬度高的原因,因為在這種結構下,原子可移動的空間極小。
其它物質也是一樣,硬度是由這種單位體積內原子情況決定的,它們沒有鑽石硬,則說明它們原子的可移動空間大。
其實,鑽石立方晶格結構的質量和完美程度決定了每個鑽石的硬度。這種結構不僅使不同材料之間表現的不同,在鑽石與鑽石之間也會不同。
所以,一名鑽石切割師會先辨認出一顆異常堅硬的鑽石(通過這種結構),然後將其作為切割其他鑽石的主石。
另外,鑽石的韌性不高也是它的原子結構造成的,因為它每單位體積的原子太多了,又緊密地聯繫在一起,所以沒有任何多餘空間可移動,換句話說沒法吸收衝擊力。
鋼鐵比鑽石更具韌性,就是因為它的原子結構更分散,當它受到攻擊時,它會在斷裂前彎曲或改變形狀,因為它的原子在化學鍵斷裂前有移動的空間。
最後
不過,同樣是鑽石的這種結構創造了鑽石的「分裂面」,這是鑽石內部的區域,在那裡化學鍵比其他的稍弱。
這意味著如果鑽石受到了實質性的衝擊,它會沿著這個分裂面斷裂,所以用錘子敲打鑽石時,它會變成玻璃碎片一樣。
善待你的鑽石吧!很可能一不小心就碎了一地,如果你的鑽石破裂了,那不是因為買到假的,只是因為鑽石的韌性不是很強而已。