Najtwardszy minerał we wszechświecie. To wcale nie musi być diament

Co widzisz w swojej głowie po usłyszeniu słowa “diament”? W większości przypadków przychodzą do głowy dwie cechy: ich zachwycający, lśniący wygląd oraz ich legendarna już twardość. Powszechnie przyjmuje się, że diament jest najtwardszym materiałem we wszechświecie. Nie ma bowiem narzędzi, które są w stanie przeciąć diament, a jednocześnie to właśnie diamentowe ostrza wykorzystuje się do cięcia wszelkich innych twardych materiałów. Czy jednak na pewno jest tak, że pod względem twardości jest diament, a potem długo, długo nic? Okazuje się, że jest to zagadnienie dużo bardziej skomplikowane, niż by mogło się wydawać.
Najtwardszy minerał we wszechświecie. To wcale nie musi być diament

Pierwszą próbę sklasyfikowania twardości różnych minerałów podjęto już ponad dwieście lat temu. Była to próba na tyle skuteczna, że jej efekty wykorzystuje się do dzisiaj. Autorem powstałej wtedy skali nazwanej zresztą od jego nazwiska był Friedrich Mohs. Skala Mohsa przyporządkowuje poszczególnym minerałom wartości liczbowe w zakresie od 1 do 10, gdzie 10 oznacza najwyższą twardość. Mohs wartość tę nadał właśnie diamentom. Od tego momentu przyjmuje się, że diament jest najtwardszym minerałem i faktycznie trzeba przyznać, że na początku XIX wieku nie istniały żadne substancje, które byłyby w stanie pod względem twardości pobić diamenty.

Na przestrzeni kolejnych dwustu lat powstało jednak jeszcze wiele innych skal twardości. Można tutaj wymienić chociażby skały Vickersa, Rockwella czy Knoopa. Ich autorzy wykorzystywali coraz bardziej zaawansowane metody pomiaru twardości. Z czasem uznano, że określenie absolutnej twardości diamentów jest dużo trudniejsze, niż się mogło wydawać. Jakby nie patrzeć diament diamentowi nierówny i te, które mają w swojej strukturze jakiekolwiek zanieczyszczenia, mają już niższą twardość niż ich czystsze odpowiedniki (typ IIa stanowi jednak zaledwie 1-2 proc. naturalnie występujących diamentów). Z czasem nawet okazało się, że istnieją minerały, które także mogłyby pretendować do miana najtwardszych substancji we wszechświecie. Pojawiło się nawet zagrożenie strącenia diamentu z piedestału.

Taką substancją może być np. wurcyt azotku boru (wBN), produkt procesów zachodzących we wnętrzach wulkanów. Symulacje chemiczne wskazują bowiem, że jego struktura krystaliczna może być twardsza od diamentu, choć opinie chemików wciąż są w tej kwestii podzielone i jak na razie nie udało się dojść do żadnego konsensusu, głównie ze względu na to, że naturalne ziarna wBN są zbyt małe, aby można było je właściwie przetestować. Warto tutaj jednak zaznaczyć, że jest to tylko jeden z przykładowych pretendentów do miana najtwardszej substancji we wszechświecie, a ich lista stopniowo z czasem się wydłuża.

Innym pretendentem do miana najtwardszego minerału we wszechświecie jest iście kosmiczna skała, czyli lonsdaleit, która na Ziemię dociera w meteorytach. Minerał tej jest zbudowany z atomów węgla, tak jak diament, ale są one ułożone w struktury sześciokątne, a nie sześcienne. W naturze struktura sześciokątna np. w plastrach miodu jest niezwykle wytrzymała. Naukowcy wskazują, że lonsdaleit może być 58 proc. twardszy od diamentu. Problem w tym, że bardzo ciężko trafić na czysty lonsdaleit, a wszelkie zanieczyszczenia skutecznie obniżają jego twardość.

Czytaj także: Diament twardszy niż… sam diament? To, co odkryli, nie pochodzi z Ziemi

Jeżeli do palety minerałów naturalnych dołączymy te wytworzone w laboratoriach, to nie sposób nie wspomnieć o grafenie, który jest dwuwymiarową strukturą węglową o grubości jednego atomu. Tutaj naukowcy nie mają wątpliwości — jedna warstwa grafenu jest twardsza od diamentu. Trzeba tutaj jednak zwrócić uwagę, że mówimy tutaj o twardości warstwy węgla o grubości jednego atomu.

W laboratoriach powstają także inne materiały syntetyczne, które zbudowane są np. z węglowych nanorurek. Wszystkie one teoretycznie mogłyby być twardsze od diamentu. Problem jednak w tym, że jak na razie posiadamy ich tak niewielkie ilości, że nie da się na nich przeprowadzić właściwych testów twardości, a więc nie da się jednoznacznie praktycznie ustalić, czy faktycznie są one twardsze od diamentu.

W zastosowaniach praktycznych prym nadal wiedzie diament, ale warto mieć z tyłu głowy świadomość, że nie jest to jakiś absolutny szczyt i z czasem mogą pojawić się materiały, które będą w stanie ciąć i szlifować inne twarde materiały, w tym diamenty, szybciej i wydajniej.