Какой самый твердый материал на свете? «Алмаз» – уверенно ответим мы! А почему? «А потому» – не менее уверенно дополним мы свой ответ. Разберемся сегодня с этим "потому".
Сразу отметим, что алмаз – мастак вводить в заблуждение. Вот например, в его честь названа кристаллическая решетка. Так и называется: решетка типа алмаз.
Можно подумать, что с ней-то и связана высокая твердость. Но вот только оказывается, что решеткой типа алмаз обладает еще и не очень-то твердый кремний. Выходит, одной решетки мало.
Обратим внимание, из чего эту решетку составляет. А составляют ее ковалентные связи C–C. В своем классе (ковалентных связей) они являются одними из самых прочных и обладают энергией 347 кДж/моль (отсюда и прочность всех этих графенов и углеродных нанотрубок). У кремния, например, *всего 226 кДж/моль*.
Но и энергии связи недостаточно. Углерод обладает малым атомным радиусом 0,077 нм, что делает связь не только сильной, но и короткой. Углеродины тесно напичканы друг к дружке, да еще и крепко держатся.
Вернемся к решетке: решетка типа алмаз изотропна: куда ни ткни, везде (почти) нет слабого места. Она вся состоит из устойчивых «пирамидок»-четверок углеродин, и эту устойчивость наследует и весь кристалл в целом.
С такими вводными в кристалле практически невозможно движение дислокаций, невозможна деформация. Энергия образования и движения дислокации в алмазе сопоставима с энергией, необходимой для его разрушения.
Твердость алмаза – это совокупность всех этих факторов. Как-то так сложилось, что больше ни один материал не может похвастать сразу всеми из них.