在高温高压的地球内部,碳元素会形成一种特殊的晶体,晶体中的每一个碳原子,都会与旁边的4个碳原子形成共价键,如下图所示。这种晶体的类型被称为金刚石结构,也就是打磨之前的天然钻石。碳原子有4个外层电子,从上图我们可以看到,钻石所有的外层电子都用于了共价键的形成,因此钻石晶体内没有自由电子,这样的结构使钻石的硬度变得很大,同时也使钻石不具备导电的性质。
现在问题来了,既然钻石是最硬的物质,那么如果用大铁锤去砸一颗1克拉的钻石,钻石会碎吗?相信可能没有几个人做过这样的实验,毕竟钻石那么贵重。但通常来讲,我们都会认为,因为钻石比铁锤硬得多,所以这一锤子砸下去之后,钻石并不会碎,说不定在铁锤上面,还会被钻石顶出一个凹痕。但事实却并非如此,假如你真的这样做了,你会很郁闷地看到,稍微用力一点,钻石会被铁锤砸碎。
明明是世界上最硬的物质,为什么为如此不堪一击呢?这是因为虽然钻石的硬度是最高的,但是它的韧度却很低。韧度又称为脆性,是物体抗破裂能力的一个物理指标,一个物体的韧度越高,它就越不容易破裂。需要指出的是,一个物体的韧度与硬度是完全不同的两个概念。当钻石受到强力冲击时,它内部的晶体就会沿着某一个结晶方向开裂,从而变成一堆更小的钻石,也就是我们所说的“被砸碎了”。
但这也并不是说铁锤就比钻石强,如果你将铁锤压在钻石上缓缓用力,那么不管你用多大的力,钻石都不会碎,而铁锤就会与之前我们想象的那样,被钻石顶出一个凹痕。据说日本的一家公司曾经做过一个实验,将该公司制造的人工钻石放置于钢板上,然后用压路机从上面缓慢慢地压过去,实验结果是钻石毫发无损,完胜压路机。可以想象的是,如果该实验中的压路机开快一点,那么可能就是另外的结果了。
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