כאשר בוחנים את החומר הקשה ביותר בעולם שהומצא על ידי האדם, רוב האנשים חושבים מיד על יהלומים. וזה ללא ספק אחד החומרים הנוקשים ביותר על פני כדור הארץ. עם זאת, ישנם חומרים שעולים אפילו על יהלומים מבחינת עמידות וחוזק.
במאמר זה אנו הולכים לספר לכם מהו החומר הקשה ביותר בעולם ומה הופך חומר לקשה.
מהי קשיות
כשמדברים במונחים של טוהר, הקשיות של חומר נקבעת על פי ההרכב האטומי והמולקולרי שלו. הרכב זה יכול להיווצר באמצעות אינסוף שילובים אפשריים, והשילוב הספציפי של כל חומר של יסודות הוא שקובע בסופו של דבר את התכונות הכימיות והפיזיקליות הייחודיות שלו.
בשל המבנה האטומי שלו, פחמן הוא חומר ייחודי במיוחד. למרות שיש לו רק שישה פרוטונים בתוך הגרעין שלו, פחמן מסוגל ליצור קשרים מורכבים רבים הודות לרבגוניות של גיאומטריות הקשר שלו. ראויה לציון גם היכולת של פחמן להתחבר עם עצמו, במיוחד בלחצים גבוהים, שבהם ניתן ליצור סריג קריסטל יציב. בתנאים אידיאליים אלה, אטומי פחמן יכולים ליצור מבנה עמיד להפליא המכונה יהלום.
מאז הופעת הננוטכנולוגיה, ידוע כיום שיש לפחות שישה סיווגים של חומרים החורגים מחוזקם של יהלומים. יתר על כן, סביר מאוד שסכום זה יגדל בעתיד.
החומר הכי קשה בעולם
וורציט
Wurtzite מפורסם בעמידות יוצאת הדופן שלו, לעתים קרובות בהשוואה לעוצמת המאגמה המוקשה של הר געש. באמצעות אטומים שאינם פחמן, ניתן ליצור גביש עם בורון ניטריד (BN) כאחד המרכיבים. זה יוצר אפשרויות רבות כאשר היסודות החמישי והשביעי של הטבלה המחזורית משלבים כוחות. השילוב המתקבל יכול להתקיים בצורות שונות, כולל אמורפי (לא גבישי), משושה (דמוי גרפיט), מעוקב (קצת יותר רך מיהלום) ווורציט.
מבין כל הווריאציות האפשריות, הצורה הסופית היא המוזרה והקשה ביותר להפיק. וורציט מתעורר רק במהלך התפרצויות געשיות ונמצא בכמויות מוגבלות, כך שתכונות הקשיות המדויקות שלו לא נבדקו בקנה מידה גדול יותר. עם זאת, וורציט מהווה סוג אחר של סריג קריסטל, שהוא טטרהדרלי ולא מעוקב במרכז הפנים. ההדמיות האחרונות מצביעות על כך שהוא עולה על היהלום ב-18% מבחינת קשיות.
לונסדלייט
Lonsdaleite הוא מינרל שהקשיות שלו היא נושא לעניין, במיוחד בתחום חקר המטאוריטים. אם היינו מדמיינים תרחיש שבו מטאוריט המכיל פחמן, במיוחד גרפיט, נכנס לאטמוספירה של כדור הארץ ובא במגע עם כוכב הלכת שלנו, זה יהיה הגיוני להניח שגוף זה יהיה חם מאוד בעת הפגיעה. עם זאת, האמת היא שרק השכבות החיצוניות של המטאוריט יהיו נתונות לחימום, בעוד שהפנים נשאר קר במשך רוב מסעו לכדור הארץ.
עם הפגיעה, אין דומה לכוחות הפנימיים המופעלים מכל תופעת טבע אחרת על פני כדור הארץ. לחץ עצום זה גורם לגרפיט לעבור טרנספורמציה, וכתוצאה מכך מבנה גבישי מאוד. בניגוד ליהלום, מבנה זה אינו מעוקב אלא משושה, מה שמייצר קשיות העולה על היהלום ב-58%.
Dyneema
Dyneema הוא סיב שידוע שהוא חזק יותר מפלדה. מתרחקים מחומרים טבעיים, נעבור לחומרים סינטטיים. כשמדברים על Dyneema, חשוב לציין שמדובר בפולימר פוליאתילן תרמופלסטי בעל מאפיין יוצא דופן: משקלו המולקולרי גבוה מאוד. רוב המולקולות מורכבות משרשראות של אטומים שיש להם בסך הכל כמה אלפי יחידות מסה אטומית (פרוטונים ו/או נויטרונים).
עם זאת, UHMWPE (פוליאתילן במשקל מולקולרי גבוה במיוחד) מכיל שרשראות עם מסה מולקולרית של מיליוני יחידות מסה אטומית. שרשראות ארוכות כאלה גורמות לאינטראקציות בין-מולקולריות משופרות, ובסופו של דבר יוצרות את Dyneema, חומר חזק להפליא. למעשה, יש לו את עמידות הפגיעה הגבוהה ביותר מכל התרמופלסטיים המוכרים. חומר זה כל כך חזק עד שהוא מתעלה על כל שאר חבלי הקשירה והגרירה בשוק. יש לו אפילו את היכולת לעצור כדורים למרות היותו קל יותר ממים. למעשה, Dyneema חזקה פי חמישה עשר מכמות שווה של פלדה.
סגסוגת מתכת אמורפית או זכוכית מתכתית
שני מאפיינים מכריעים של כל החומרים הפיזיקליים הם חוזק, או כמות הכוח שהוא יכול לעמוד בו, וקשיחות, או יכולתו לעמוד בפני שברים. אנו משתמשים בקרמיקה כדוגמה: היא חזקה, אבל לא מאוד קשה; הם יכולים לשבור אפילו עם השפעה קלה. עם זאת, קבוצה של מדענים וחוקרים גילתה בשנת 2011 סוג חדש של זכוכית מיקרוסגסוגת, המורכבת מחמישה יסודות: זרחן, סיליקון, גרמניום, כסף ופלדיום. חומר חדשני זה עמיד יותר מפלדה.
ניירות דפוס
מאז סוף המאה ה-2, נקבע כי קיים סוג של פחמן עמיד יותר מיהלומים: ננו-צינוריות פחמן. על ידי סידור אטומי הפחמן בצורת משושה מתקבל מבנה גלילי מוצק שיציב יותר מכל מבנה אחר שהתגלה על ידי האדם. קוטר כל ננו-צינור הוא בין 4 ל-10 ננומטר, אך כל אחד מהם חזק ועמיד בצורה מרשימה. ננו-צינוריות פחמן שוקלות רק XNUMX% מהפלדה, אך חוזקן גדול פי מאות. הם גם עמידים בפני אש, בעלי מוליכות תרמית מצוינת ובעלי יכולות מיגון אלקטרומגנטיות בולטות. לחומר זה יש יישומים שונים בתחומים כמו פיזיקת חומרים, אלקטרוניקה, טכנולוגיה צבאית וביולוגיה.
כפי שניתן לראות, ישנם חומרים שהוציאו את היהלום מהכס כחומר הקשה ביותר בעולם. אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו ללמוד עוד על החומר הקשה ביותר בעולם ועל מאפייניו.