Czy diament to naprawdę najtwardszy minerał świata? A może naukowcy znaleźli coś jeszcze twardszego? Sprawdź, co mówi współczesna fizyka o „najwytrzymalszym” materii we wszechświecie.
Najtwardszy minerał we wszechświecie – czy to naprawdę diament?
Co chwilę słyszymy, że „diament to najtwardszy minerał świata”… a potem trafiamy na nagłówki o „materiałach twardszych niż diament” albo „najtwardszej substancji we wszechświecie”. Skupmy się więc na faktach. Co jest naprawdę najtwardsze – na Ziemi i poza nią? I czy w ogóle da się to jednoznacznie rozstrzygnąć?
W tym tekście wyjaśniamy, czym jest twardość minerału, dlaczego diament wciąż króluje w podręcznikach, skąd biorą się jego „rywale” oraz co fizycy nazywają dziś najmocniejszym znanym materiałem we wszechświecie.
Co właściwie znaczy „najtwardszy minerał”?
W mineralogii twardość to przede wszystkim odporność na zarysowanie. Do porównywania twardości minerałów używa się skali Mohsa – od 1 (bardzo miękki talk) do 10 (diament). Minerał o wyższej liczbie jest w stanie zarysować minerał o niższej.
Twardość ≠ wytrzymałość
Materiał może być bardzo twardy (nie daje się łatwo zarysować), ale jednocześnie kruchy i podatny na pęknięcia. Zawodowi materiałoznawcy zwykle pracują na bardziej precyzyjnych testach (np. twardość Vickersa, w gigapaskalach), ale w geologii i gemmologii skala Mohsa wciąż jest standardem, bo pozwala łatwo porównać minerały w praktyce.
Czytaj dalej poniżej 
Diament – klasyczny „najtwardszy minerał świata”
Jeśli trzymamy się ścisłej definicji minerału i warunków panujących na Ziemi, odpowiedź jest prosta: najtwardszym znanym naturalnym minerałem jest diament.
- W skali Mohsa diament ma twardość 10 – najwyższą możliwą pozycję.
- W testach instrumentalnych twardość diamentu to około 70–150 GPa (nawet 200 GPa w przypadku nanodiamentu), co czyni go najtwardszym naturalnym materiałem w praktycznie wszystkich popularnych skalach.
- Diament zarysowuje wszystkie inne minerały, sam może zostać zarysowany tylko przez inny diament.
Tę niezwykłą twardość diament zawdzięcza strukturze: to czysta krystaliczna forma węgla, w której każdy atom połączony jest czterema bardzo mocnymi wiązaniami z sąsiadami, tworząc gęstą, trójwymiarową sieć tetraedrów. Nic więc dziwnego, że poza jubilerstwem diamenty (często syntetyczne) są podstawą narzędzi do wiercenia, cięcia, polerowania czy szlifowania wyjątkowo twardych materiałów.
Rywale diamentu: lonsdaleit i wurtzytowy azotek boru
Od lat pojawiają się doniesienia o materiałach „twardszych niż diament”. Najczęściej padają dwie nazwy:
- lonsdaleit (tzw. diament heksagonalny),
- wurtzytowy azotek boru (w-BN).
Lonsdaleit – diament z meteorytów
Lonsdaleit to odmiana węgla o heksagonalnej strukturze krystalicznej, po raz pierwszy zidentyfikowana w meteorytach w latach 60. XX w. Obliczenia teoretyczne sugerowały, że idealny lonsdaleit mógłby być nawet do 58% twardszy niż typowy diament. Problem w tym, że:
- naturalny lonsdaleit występuje w mikroskopijnych, zanieczyszczonych kryształach;
- pomiary na realnych próbkach pokazały raczej twardość porównywalną z diamentem, a nie wyraźnie wyższą.
Doniesienia o syntetycznym lonsdaleicie rzeczywiście otwierają drogę do badań nad „super-diamentami”, ale na razie z punktu widzenia geologii i zastosowań praktycznych to diament pozostaje najlepiej potwierdzonym najtwardszym minerałem.
Wurtzytowy azotek boru (w-BN)
Podobnie jest z wurtzytowym azotkiem boru – rzadką odmianą BN znajdowaną m.in. w skałach wulkanicznych. Obliczenia kwantowo-mechaniczne wskazują, że idealny kryształ w-BN mógłby być o ~18% twardszy od diamentu.
Znów jednak:
- naturalne próbki są ekstremalnie rzadkie i małe,
- eksperymentalne potwierdzenie „supertwardości” jest trudne i wyniki nie są jednoznaczne.
Dlatego w przeglądach naukowych nadal znajdziesz stwierdzenie, że diament jest najtwardszym naturalnym minerałem, a lonsdaleit i w-BN to na razie obiecujący, ale wciąż mocno teoretyczni „pretendenci”.
Najtwardszy materiał we wszechświecie
Skoro tematem naszego tekstu jest najtwardszy minerał we wszechświecie, warto zaznaczyć jedną rzecz: poza Ziemią mamy do czynienia z materią, której nie nazwiemy już minerałem w klasycznym sensie.
Najlepszy przykład to tzw. nuclear pasta – „makaron nuklearny” znajdujący się we wnętrzu gwiazd neutronowych. To egzotyczne struktury zbudowane z protonów i neutronów, powstające w ekstremalnym ciśnieniu i gęstości. Obliczenia wskazują, że mogą być nawet 10 miliardów razy bardziej wytrzymałe niż stal i mocniejsze niż diament – obecnie uchodzi to za najsilniejszy znany materiał we wszechświecie.
Tyle że:
- nuclear pasta nie jest minerałem,
- istnieje tylko w ekstremalnych warunkach wewnątrz gwiazd neutronowych,
- nie ma szans, by kiedykolwiek „ściągnąć” ją na Ziemię w formie próbki.
Jeśli więc pytasz o „najmocniejszy materiał we wszechświecie” – odpowiedź brzmi: prawdopodobnie nuclear pasta.