ما هي المادة الأكثر صلابة من الماس؟

[إعلان 1]

قد تكون بعض المواد مثل اللونسدالايت أكثر صلابة من الماس ولكنها لا توجد بكميات كبيرة أو لها استخدامات واسعة النطاق.

الماس قادر على خدش أي شيء تقريبًا. الصورة: بيزنس ستاندرد — الماس قادر على خدش أي شيء تقريبًا. الصورة: *بيزنس ستاندرد*

يُقدَّر الماس لصلابته. كقطعة مجوهرات، يمكن أن يدوم لأجيال ويبقى خاليًا من الخدوش رغم الاستخدام اليومي. سواءً كان شفرةً أو رأس مثقاب، فإنه يخترق أي شيء تقريبًا دون أن ينكسر. في شكله المسحوق، يُصقل الماس الأحجار الكريمة والمعادن والعديد من المواد الأخرى. لذا، وفقًا لموقع لايف ساينس ، يصعب العثور على مادة أصلب من الماس.

يقول ريتشارد كانر، كيميائي المواد في جامعة ريتشارد كانر، إن الماس لا يزال أصلب مادة في معظم الأغراض العملية. هناك طرق لجعل الماس أصلب من الماس العادي، ويمكن نظريًا أن تكون مواد أخرى أصلب من الماس، لكنها غير متوفرة بأشكال يمكن حملها باليد أو استخدامها على نطاق واسع.

بينما يُمكن لمن يرتدون مجوهرات الألماس أن يشهدوا على متانتها، إلا أن مفهوم "الصلابة" مُتخصص للغاية، كما يقول بول أسيموف، عالم الكيمياء الجيولوجية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتك). فكثيرًا ما يُخلط بينه وبين خصائص أخرى كالصلابة أو المتانة. وهذه الخصائص لا تُطابق دائمًا صلابة الانبعاج. على سبيل المثال، يتمتع الألماس بصلابة انبعاج عالية جدًا، بينما يتمتع بصلابة انثناء متوسطة فقط. يميل الألماس إلى الانكسار بسهولة على طول أسطحه البلورية، وهذه هي الطريقة التي يُبدع بها صائغو المجوهرات ألماسًا جميلًا متعدد الأوجه.

يقيس العلماء مقاومة الانبعاج بطرق مختلفة. يعتمد الجيولوجيون غالبًا على وحدة مقارنة تُسمى مقياس موس، وهي طريقة لتحديد المعادن في الحقل بناءً على قدرتها على الخدش. الماس هو أعلى درجة على مقياس موس، أي أنه قادر على خدش أي شيء تقريبًا. في المختبر، يعتمد علماء المواد على مقياس أكثر دقة يُسمى اختبار فيكرز للصلادة، والذي يحدد صلابة المادة بناءً على القوة اللازمة لإحداث انبعاج برأسه، كما لو كنا نضغط على رأس قلم رصاص في ممحاة.

يتكون الماس من ذرات كربون مرتبة في شبكة مكعبة، مرتبطة ببعضها بروابط كيميائية قصيرة وقوية. يمنحه هذا الهيكل صلابة التجويف المميزة. معظم المواد التي تزيد صلابتها عن الماس تنتج عن تعديلات طفيفة في البنية البلورية للماس العادي، أو عن طريق استبدال بعض ذرات الكربون بالبورون أو النيتروجين.

يُعدّ اللونسدالايت أحدَ الموادّ المُرشّحة للحصول على لقب أقسى مادة. وكما هو الحال مع الماس، يتكوّن اللونسدالايت من ذرات الكربون، إلا أنها مُرتّبة في بنية بلورية سداسية الشكل بدلاً من بنية مكعبة. وحتى وقت قريب، لم يُعثر على اللونسدالايت إلا بكميات ضئيلة للغاية، غالبًا في النيازك، ولم يكن من الواضح ما إذا كان يُمكن تصنيفه كمواد مستقلة أم أنه مجرد عيب في البنية البلورية القياسية للماس.

مؤخرًا، اكتشف فريق من العلماء بلورات لونسداليت بحجم الميكرون (1/1000 من المليمتر) في نيزك. هذه بلورات صغيرة، لكنها لا تزال أكبر مما اكتُشف سابقًا. وقد أفاد علماء آخرون بنموّ لونسداليت في المختبر، على الرغم من أن البلورات لا تظهر إلا لجزء من الثانية. لذا، فرغم أهمية لونسداليت، إلا أنه من غير المرجح أن يحل محل الماس في تطبيقات مثل القطع والحفر والتلميع في أي وقت قريب.

يمكن لضبط بنية الماس النانوية أن يُنتج موادًا أكثر صلابة من الماس العادي. فالمادة المصنوعة من العديد من بلورات الماس الصغيرة ستكون أكثر صلابة من الماس الأحجار الكريمة، لأن حبيبات الماس النانوية متماسكة بدلًا من انزلاقها فوق بعضها. أما الماس "التوأم النانوي"، حيث تُشكّل الحبيبات صورًا معكوسة لبعضها البعض، فهو أكثر مقاومةً للانبعاج بمرتين من الماس العادي.

ومع ذلك، لا يسعى معظم العلماء إلى تطوير مواد فائقة الصلابة لمجرد تسجيل أرقام قياسية؛ بل يسعون إلى ابتكار شيء مفيد. قد يرغبون في ابتكار شيء يكاد يكون بنفس صلابة الماس، ولكنه أرخص وأسهل في التصنيع في المختبر.

على سبيل المثال، يُنتج مختبر كانر العديد من المعادن فائقة الصلابة التي يُمكن استخدامها كبدائل صناعية للماس. أحد المنتجات المتاحة تجاريًا يجمع بين التنغستن والبورون، إلى جانب كميات ضئيلة من معادن أخرى. يُعطي شكل البلورات المادة خصائص مختلفة في اتجاهات مُختلفة. يقول كانر إنه عند رصها بالشكل الصحيح، يُمكنها خدش الماس. كما أن تكلفة تصنيع هذه المادة معقولة لأنها لا تتطلب ظروف الضغط العالي اللازمة لإنتاج الماس في المختبر.

آن كانج (وفقًا لموقع لايف ساينس )

[إعلان 2]
رابط المصدر