Nó bắt nguồn từ sâu trong các ngôi sao khổng lồ màu đỏ, là một phần của chất béo quan trọng, axit amin và carbohydrate, có thể tạo thành hàng triệu hợp chất với các nguyên tố hóa học khác nhau và tùy thuộc vào cấu trúc, có các tính chất cơ học hoàn toàn khác nhau. Thân bút chì mềm và giòn và viên kim cương khoáng cứng nhất được làm từ cùng một vật liệu xây dựng - carbon. Điều gì làm cho một viên kim cương trở nên độc đáo như vậy? Nó được sử dụng ở đâu? Giá trị của nó là gì?
Dây dẫn nhiệt không thể phá hủy
Trong bản dịch từ tiếng Hy Lạp cổ đại, từ "kim cương" có nghĩa là "không thể phá hủy". Ngay cả trước thời cổ đại, người ta đã biết đến sức mạnh đáng kinh ngạc của loại đá này. Vào thời cổ đại, kim cương được buôn bán rộng rãi ở Ấn Độ và Ai Cập. Và khoáng chất này đã đến với các khu vực rộng lớn ở châu Âu sau các chiến dịch tích cực của Alexander Đại đế. Ông đã mang những viên đá như những tạo tác kỳ diệu. Người Hy Lạp cổ đại gọi khoáng chất cứng nhất này là nước mắt của các vị thần rơi xuống trái đất.
Nhưng bí mật về sự bất khả chiến bại của viên đá nằm ở chỗ,chắc chắn không theo thuyết thần bí và không liên quan đến thế giới tâm linh. Cấu trúc mạng tinh thể rõ ràng của nguyên tố ở dạng tứ diện và liên kết bền vững giữa các nguyên tử cacbon mang lại độ bền cao nhất. Do cấu trúc giống nhau, kim cương là chất dẫn nhiệt tuyệt vời. Ví dụ: nếu có thể tạo ra một thìa cà phê từ một viên kim cương, bạn sẽ không thể khuấy đường vào trà nóng với nó, vì bạn sẽ tự bỏng ngay khi thìa chạm vào nước sôi.
So sánh độ cứng của khoáng chất
Làm thế nào để xác định khoáng chất nào là khó nhất? Nhà khoáng vật học tài năng người Đức Karl Friedrich Moos đã hiểu rõ vấn đề này vào thế kỷ XIX. Năm 1811, nhà khoa học đề xuất sử dụng một thang đo so sánh để xác định độ cứng của các khoáng chất khác nhau. Nó bao gồm mười điểm, mỗi điểm tương ứng với một loại khoáng chất nhất định. Đầu tiên (talc) là mềm nhất và cuối cùng, tương ứng, là cứng nhất. Việc xác minh được thực hiện bằng thực nghiệm. Nếu một mẫu (ví dụ, bạc) bị xước bởi fluorit, nằm ở vạch thứ tư trên thang đo, nhưng không bị thạch cao làm hỏng (tiêu chuẩn thang đo số hai), thì bạc có độ cứng là 3 trên thang Mohs.
Khoáng chất cứng nhất là kim cương. Anh ấy đứng thứ mười. Và mặc dù bảng Mohs đã được đưa vào lưu hành vào đầu thế kỷ XIX nhưng nó vẫn được áp dụng rộng rãi. Tuy nhiên, cần nhớ rằng bảng này không phải là tuyến tính. Điều này có nghĩa là một viên kim cương số 10 sẽ không cứng gấp đôi.apatit, đứng thứ 5 trong bảng. Các phương pháp khác được sử dụng để xác định giá trị tuyệt đối của độ cứng.
Từ vua chúa đến công nhân
Trong một thời gian dài, kim cương là đặc quyền của các bậc thầy trang sức độc quyền. Tuy nhiên, với sự phát triển của ngành công nghiệp, loại khoáng chất cứng nhất này ngày càng được xem xét không chỉ từ khía cạnh thẩm mỹ thông thường, mà còn từ quan điểm về các tính chất vật lý độc đáo của nó. Lúc đầu, trong sản xuất công cụ, người ta sử dụng kim cương tự nhiên không thể cắt được. Đây là những viên đá có những khuyết tật đến nỗi người thợ kim hoàn không thể loại bỏ được. Chúng được gọi là kim cương kỹ thuật.
Theo thời gian, nhu cầu về các công cụ có cạnh khoan và cắt kim cương ngày càng tăng. Ví dụ, trong ngành xây dựng, máy khoan kim cương đang có nhu cầu cao. Ưu điểm của chúng so với các đối tác làm bằng hợp kim kim loại cứng là khi làm việc với máy khoan kim cương, các vết nứt siêu nhỏ không hình thành trong vật liệu. Kim cương cắt dễ dàng và sạch sẽ bất kỳ vật liệu nào, dù là đá, bê tông hay kim loại. Và sự vắng mặt của các vết nứt nhỏ là chìa khóa cho độ bền của cấu trúc. Ngoài ra, bản thân quá trình làm việc cũng nhanh hơn, dễ dàng hơn và yên tĩnh hơn rất nhiều.
Dựa trên điều này, không có gì ngạc nhiên khi theo số liệu năm 2016, chỉ riêng Nga đã sản xuất 1200 loại dụng cụ và thiết bị khác nhau, bộ phận làm việc chính trong số đó là kim cương.
Ứng dụng y tế
Khoáng chất cứng nhất trong tự nhiên không chỉ thích hợp để sử dụng trong quá trình chế biến thô và cứngcon giống. Kim cương cũng không thể thiếu trong các dụng cụ y tế. Xét cho cùng, vết rạch mô càng mỏng và càng chính xác thì cơ thể càng phục hồi tốt hơn. Và đối với các ca phẫu thuật phức tạp trên các cơ quan quan trọng, chiều rộng của vết rạch còn đóng vai trò quyết định hơn thế nữa.
Ngoài ra, dao mổ với lớp màng kim cương mỏng trên lưỡi dao luôn sắc bén trong thời gian dài.
Triển vọng trong lĩnh vực điện tử
Việc phát triển các mạch tích hợp kim cương cũng đang được thúc đẩy tích cực. Trong đó, những viên kim cương nhỏ được sử dụng để làm mặt sau. Thiết bị được sản xuất theo phương pháp này có khả năng chống lại sự thay đổi nhiệt độ và tăng điện áp lớn hơn. Kim cương cũng có thể được sử dụng để truyền dữ liệu trong viễn thông. Tính năng của những tinh thể này cho phép bạn truyền tín hiệu có tần số khác nhau đồng thời trên cùng một sợi cáp.
Khoáng chất cứng nhất trên Trái đất giúp khám phá không gian
Ngoài ra, kim cương đang được yêu cầu trong ngành công nghiệp hóa chất. Một môi trường xâm thực dễ làm hỏng thủy tinh hoàn toàn không phải là điều kinh khủng đối với một viên kim cương. Các nhà vật lý sử dụng tinh thể để tiến hành các thí nghiệm vật lý lượng tử và khám phá không gian.
Khi tạo quang học cho kính thiên văn, các yêu cầu về độ chính xác và độ tin cậy của vật liệu trở nên quan trọng. Đây là nơi phát huy tác dụng của khoáng chất tự nhiên cứng nhất, có các thông số vật lý và hóa học vượt trội.
Tổng hợp kim cương
Với nhu cầu cao vềkhoáng chất quý giá cứng nhất đã nảy sinh câu hỏi về sự tổng hợp nhân tạo của nó. Lưu ý rằng không có trữ lượng đá nào có thể đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng. Và sau những thí nghiệm kéo dài, các nhà khoa học đã tạo ra một chất tương tự của kim cương tự nhiên, có tất cả các tính năng cần thiết. Cho đến nay, việc sản xuất kim cương nhân tạo cho nhu cầu công nghiệp đã trở thành thông lệ phổ biến.
Có một số phương pháp để tổng hợp khoáng chất này. Loại thứ nhất là loại gần nhất với sự hình thành của nó trong môi trường tự nhiên. Quá trình tổng hợp được thực hiện bằng cách sử dụng nhiệt độ cực cao và áp suất cực lớn. Kỹ thuật thứ hai cho phép bạn chiết xuất kim cương từ hơi nước. Nó được sử dụng trong công nghệ phim - tinh thể được áp dụng như một lớp màng mỏng trên các cạnh cắt của dụng cụ. Phương pháp này đặc biệt có nhu cầu trong sản xuất dụng cụ phẫu thuật. Và thứ ba tạo ra sự tán xạ của các tinh thể nhỏ bằng cách sử dụng kích nổ và làm lạnh nhanh.
Các thí nghiệm được tiếp tục và boron nitride được tổng hợp, loại kim cương này cứng hơn 20% so với kim cương tự nhiên. Tuy nhiên, mặc dù chất này rất nhỏ nên kim cương theo truyền thống được coi là khoáng chất cứng nhất.
