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2020
07-29

钻石比铁硬许多倍,如果用铁锤砸钻石会怎么样?

钻石的形成原因是什么?钻石是怎么形成的

大部分钻石是在地质的高温高压下形成的。而钻石形成条件的压力在4.5到6Gpa,温度在1100到1500。大致换算下来相当于地下150到200km的深度。 从目前开采的钻石矿中发现,绝大多数的钻石形成年代都在20亿至30亿年前,在南非地区发现的一些钻石的年龄甚至达到了45

钻石比铁硬多了

钻石是自然界已知最坚硬的物体,它的莫氏硬度为10。铁的莫氏硬度大约在4~4.5之间,可以说钻石比铁硬一倍吗?你错了。

莫氏硬度以等级划分,10是最高等级,它代表绝对硬度为1500的钻石,而铁的绝对硬度大约只有21~35。由此可见,钻石的硬度至少是铁的40倍!

钻石是如此坚硬,如果我们用铁锤砸一粒钻石会发生什么?它会碎裂还是嵌入到铁里面去?

这是一个有趣的问题,我们今天就从科学的角度来为你解开谜团。

砸钻石?

砸钻石很费钱

有朋友可能会说,这还不简单,你砸一颗试试不就有结果了!

老粥是无论如何砸不起钻石的,这小东西太贵了,并且我所掌握的知识告诉我:“最好别试,你玩不起。”

那将是非常痛的领悟

不过,国外倒真是有好事者拿真钻石来做过实验,他们将一颗价值6000美元的天然钻石放在铁砧上,用同样是铁的锤子来敲击它,结果悲剧了:钻石并没有嵌入到铁里面,而是被敲的粉碎。

下面就是钻石碎裂过程的慢镜头,6000美元瞬间化为乌有。

钻石碎裂的慢镜头

这实验有一个问题

不知道你有没有注意到铁锤接触到钻石瞬间的画面:这颗钻石是斜着放在铁砧上的,就像图一的钻石那样。而如果我们将它的尖端向上,只要敲击的力度不太大,钻石还真未必这么容易就碎成渣渣。

钻石尖端的强度要高许多

热爱物理的朋友一定听说过一种叫作“钻石砧座”的东西,它的英文名为Diamond anvil cell(DAC),这是物理学家最爱的工具之一。通过将两颗钻石的尖端相对挤压,可以在亚毫米大小的空间里产生最高相当于770万个大气压的巨大压强,这可以模拟地球中心甚至木星内部的极端压力,有传言称哈佛大学的团队曾经用这种装置将液态氢压成了金属氢,只可惜后来“装置漏气”,金属氢消失了。

钻石砧座的显微照片

钻石砧的两颗钻石相互挤压能产生如此高的压强,说明钻石在某些状态下的耐压性还是非常高的,如果你将其尖端朝上,再用铁锤砸它,很多时候它会完好无损地跳起来。这是因为当铁锤撞击钻石的瞬间,钻石几乎不变形,它将力传递到下方的铁砧使其变形,铁砧反弹的力让钻石弹跳起来。

钻石在敲击后弹跳起来

这到底是为什么呢?我们需要从钻石的分子结构说起。

钻石的分子结构

与石墨和石墨烯一样,钻石是碳的一种同素异形体。碳原子最外层有4个电子,在高温高压下,每一个碳原子都可以与其相邻的4个碳原子形成共价键,这样碳原子的最外层都达到8个电子的稳定状态。同样地,每5个原子组成的一个四面体也像金字塔一样稳定,当其顶端的原子受压,压力会均匀向下传递给另外四个原子。

这是钻石的一个晶胞,它会分散压力

世界上最大的钻石|九颗钻石 十分祝福

世界上已知的最大的钻石。大家都有了解一点,库里南钻石。 可是这颗钻石现在在哪里? 经历过切割以后,变成了什么样子呢? 发 现: 迄今世界上最大的一颗钻石是1905年1月27日在南非扎伊尔伯里梅尔(Premier)发现的,它的体积宛若正常人的拳头大小,重3107克

我们将这5个碳原子组合而成的四面体菱形结构称为一个“晶胞”,钻石就是由许许多多晶胞结合在一起的巨大稳定分子。当这个分子的顶端受压时,压力会通过碳原子的键迅速分散到晶体内其它原子,从而将压力分散开来。

钻石的晶体排列

到目前为止,在自然界还没有发现其它的分子结构比钻石晶体的分子结构更稳固,因此钻石的硬度和抗压强度是最强的。

万物皆有其弱点

所谓“成也萧何败也萧何”,钻石的这种结构看起来相当完美,却也并非无懈可击。

我们只要将这个晶体稍稍转一个角度,就能发现它其实也是“分层”的,层与层之间的碳原子键要少得多。

侧向是钻石晶体的薄弱点

相比于垂直方向,碳-碳键的侧向受力能力则要弱许多。如果我们给钻石施加的力并不是从晶体的“顶端”垂直向下,而是斜着施加在这些“分层”的侧面,这些薄弱的键就会发生断裂。

在材料科学中,物体吸收外部冲击能量产生塑形变形而不破裂的能力被称为韧性。钻石由于其晶体结构的特点,它在某些方向(晶体111方向)上可以承受强大的压力,同时在受到强烈冲击时不容易发生变形,因此冲击能量不易被转化为热能消耗掉;如果冲击的方向不在晶体的顶端,钻石的碳共价键会发生断裂。也就是说钻石的断裂韧性比较弱。

现在你应该能够理解,为什么钻石在倾斜放置时很容易被砸碎了。为了使钻石拥有更平整光滑的光线反射面,工匠在加工和打磨钻石时常常将其分层的底面作为顶,其尖端方向自然就是强度最高的位置;相应地,钻石的侧面可能就是它的“阿喀琉斯之踵”。

钻石的形状与晶体的关系

为什么保险公司不为钻石承保?

你可能早就听人说,正规的保险公司是不为钻石承保的,因为它的价值是虚高的,钻石其实不值钱。

事实果真如此吗?

许多保险公司不保钻石是真的,并不是因为保险公司认为钻石不值钱,而是钻石很容易碎。如果不小心从高处跌落,又刚好碰到了它最脆弱的侧边,钻石就很可能会崩裂,瞬间就变得不值钱了。鉴于此,即便是有些保险公司答应为你的钻戒承保,其收取保险费也会相当高,因为他们认为你摔破钻戒的概率很大。

钻石是很容易摔破的,更别说砸了

问题回顾:

让我们回到文章开头提到的问题。

用铁锤敲击钻石会发生什么?钻石大概率会碎,而不会嵌入铁里边。

钻石的原子排列形式使它成为自然界最坚硬的晶体,但这种排列是有方向性的,它意味着钻石晶体在某几个方向上拥有无可比拟的强度,同时它也存在着“阿喀琉斯之踵”。

钻石晶体的侧向是它的弱点;它的原子键合造成其弹性很差,韧性一般,很脆;并且许多天然的钻石中存在着杂质和细小裂纹,这进一步削弱了钻石的断裂韧性。你不仅能用铁锤轻松敲碎它,甚至只是不小心跌落地面也能让它破裂,变得一文不值。

砸钻石?还是算了吧!

算了吧

本文源自头条号:老粥科普 有侵权请联系删除

1994年农妇地里挖出钻石,27万卖掉被告上法庭,最后结果怎样?

引言 土地是人们赖以生存的基础。在土地上种植粮食,供人类生存。在土地上建造房屋,供人类居住,躲避风雨。在土地下修建墓穴,供人类去世后能够永享安宁。这片神奇的黄色土地养育了我们华夏儿女。地下也有丰富的矿产资源,是在地壳中长期受压力温度演变形成

作者:钻石人生
钻石人生