Quando si pensa al materiale più duro del mondo inventato dall'uomo, la maggior parte delle persone pensa immediatamente ai diamanti. Ed è senza dubbio uno dei materiali più rigidi del pianeta. Tuttavia, ci sono materiali che superano anche i diamanti in termini di durata e resistenza.
In questo articolo ti diremo qual è il materiale più duro al mondo e cosa rende dura una sostanza.
Cos'è la durezza
Quando parliamo in termini di purezza, la durezza di una sostanza è determinata dalla sua composizione atomica e molecolare. Questa composizione può essere creata attraverso un numero infinito di combinazioni possibili e la combinazione specifica di elementi di ciascun materiale è ciò che in definitiva determina i suoi attributi chimici e fisici unici.
Grazie alla sua struttura atomica, il carbonio è un materiale eccezionalmente unico. Pur avendo solo sei protoni nel nucleo, il carbonio è in grado di formare numerosi legami complessi grazie alla versatilità delle sue geometrie di legame. Degna di nota è anche la capacità del carbonio di combinarsi con se stesso, soprattutto ad alte pressioni, dove può generarsi un reticolo cristallino stabile. In queste condizioni ideali, gli atomi di carbonio possono creare una struttura straordinariamente durevole nota come diamante.
Dall'avvento della nanotecnologia, è ormai riconosciuto che esistono almeno sei classificazioni di sostanze che superano la resistenza dei diamanti. Inoltre, è molto probabile che tale importo aumenterà in futuro.
Il materiale più duro del mondo
Wurtzite
La wurtzite è famosa per la sua eccezionale durabilità, spesso paragonata alla forza del magma indurito di un vulcano. Utilizzando atomi diversi dal carbonio, è possibile generare un cristallo con nitruro di boro (BN) come uno dei componenti. Ciò crea numerose possibilità poiché il quinto e il settimo elemento della tavola periodica uniscono le forze. La combinazione risultante può esistere in varie forme, tra cui amorfa (non cristallina), esagonale (simile alla grafite), cubica (leggermente più morbida del diamante) e wurtzite.
Di tutte le possibili variazioni, la forma finale è la più strana e tremendamente ardua da produrre. La wurtzite si forma solo durante le eruzioni vulcaniche ed è stata trovata in quantità limitate, quindi le sue esatte proprietà di durezza non sono state testate su scala più ampia. Tuttavia, la wurtzite costituisce un diverso tipo di reticolo cristallino, che è tetraedrico anziché cubico a facce centrate. Le ultime simulazioni indicano che supera il diamante del 18% in termini di durezza.
Lonsdaleite
La lonsdaleite è un minerale la cui durezza è argomento di interesse, in particolare nel campo della ricerca sui meteoriti. Se immaginassimo uno scenario in cui un meteorite contenente carbonio, in particolare grafite, entrasse nell'atmosfera terrestre ed entrasse in contatto con il nostro pianeta, sarebbe logico supporre che questo corpo sarebbe estremamente caldo al momento dell'impatto. Tuttavia, la verità è che solo gli strati esterni del meteorite sarebbero soggetti a riscaldamento, mentre l’interno rimarrebbe freddo per gran parte del suo viaggio verso la Terra.
Al momento dell'impatto, le forze interne esercitate non hanno eguali in nessun altro fenomeno naturale sulla superficie terrestre. Questa immensa pressione fa sì che la grafite subisca una trasformazione, risultando in una struttura altamente cristallina. A differenza del diamante, questa struttura non è cubica ma esagonale, il che produce una durezza che supera del 58% quella del diamante.
Dyneema
Il Dyneema è una fibra nota per essere più resistente dell'acciaio. Allontanandosi dalle sostanze naturali, passeremo ai materiali sintetici. Quando si parla di Dyneema è importante notare che si tratta di un polimero di polietilene termoplastico con una caratteristica straordinaria: il suo peso molecolare è molto elevato. La maggior parte delle molecole è costituita da catene di atomi che hanno un totale di poche migliaia di unità di massa atomica (protoni e/o neutroni).
Tuttavia, l'UHMWPE (polietilene ad altissimo peso molecolare) contiene catene con una massa molecolare di milioni di unità di massa atomica. Catene così lunghe danno luogo a interazioni intermolecolari migliorate, creando infine Dyneema, un materiale incredibilmente robusto. Infatti, ha la più alta resistenza agli urti tra tutti i materiali termoplastici riconosciuti. Questo materiale è così resistente che supera tutte le altre funi di ancoraggio e traino presenti sul mercato. Ha persino la capacità di fermare i proiettili nonostante sia più leggero dell'acqua. Infatti, il Dyneema è quindici volte più resistente di una pari quantità di acciaio.
Lega metallica amorfa o vetro metallico
Due proprietà cruciali di tutte le sostanze fisiche sono la forza, ovvero la quantità di forza che può sopportare, e la tenacità, ovvero la sua capacità di resistere alla frattura. Prendiamo come esempio la ceramica: è resistente, ma non molto dura; Possono pareggiare anche con un impatto minore. Tuttavia, un gruppo di scienziati e ricercatori ha scoperto nel 2011 un nuovo tipo di vetro microlega, composto da cinque elementi: fosforo, silicio, germanio, argento e palladio. Questo materiale innovativo è più durevole dell'acciaio.
buckypaper
Dalla fine del XX secolo è stato accertato che esiste un tipo di carbonio più resistente dei diamanti: i nanotubi di carbonio. Disponendo gli atomi di carbonio in forma esagonale si ottiene una struttura cilindrica solida, più stabile di qualsiasi altra struttura scoperta dall'uomo. Ogni nanotubo ha un diametro compreso tra 2 e 4 nanometri, ma ognuno è straordinariamente resistente e durevole. I nanotubi di carbonio pesano solo il 10% dell'acciaio, ma la loro resistenza è centinaia di volte maggiore. Sono inoltre resistenti al fuoco, hanno un'eccellente conduttività termica e hanno notevoli capacità di schermatura elettromagnetica. Questo materiale ha varie applicazioni in campi come la fisica dei materiali, l'elettronica, la tecnologia militare e la biologia.
Come puoi vedere, ci sono materiali che hanno detronizzato il diamante come materiale più duro al mondo. Spero che con queste informazioni tu possa conoscere meglio il materiale più duro al mondo e le sue caratteristiche.