Ce poți găti din calmar: rapid și gustos

În activitățile sale, o persoană folosește calități diferite substanțe și materiale. Iar puterea și fiabilitatea lor nu sunt lipsite de importanță. Cele mai dure materiale din natură și cele create artificial vor fi discutate în acest articol.

Standard general acceptat

Pentru a determina rezistența unui material, se folosește scara Mohs - o scară pentru evaluarea durității unui material pe baza reacției sale la zgâriere. Pentru omul obișnuit, cel mai dur material este diamantul. Vei fi surprins, dar acest mineral este doar undeva pe locul 10 printre cele mai dure. În medie, un material este considerat superhard dacă valorile sale sunt peste 40 GPa. În plus, atunci când se identifică cel mai dur material din lume, ar trebui să se țină seama și de natura originii acestuia. În plus, rezistența și durabilitatea depind adesea de impact factori externi la el.

Cel mai dur material de pe Pământ

În această secțiune, vom acorda atenție compușilor chimici cu o structură cristalină neobișnuită, care sunt mult mai puternice decât diamantele și le pot zgâria cu ușurință. Iată top 6 cele mai dure materiale create de om, începând cu cele mai puțin dure.

• Nitrură de carbon - bor. Aceasta este o realizare chimia modernă are un indice de rezistență de 76 GPa.
• Aerogelul cu grafen (aerografen) este un material de 7 ori mai ușor decât aerul, restabilindu-și forma după o comprimare de 90%. Un material uimitor de durabil, care poate absorbi până la 900 de ori propria greutate în lichid sau chiar ulei. Acest material este planificat să fie utilizat în deversările de petrol.
• Grafenul este o invenție unică și cel mai puternic material din Univers. Mai multe despre asta mai jos.
• Carbyne este un polimer liniar de carbon alotrop, din care sunt realizate tuburi super-subțiri (1 atom) și super-rezistente. Multă vreme, nimeni nu a fost capabil să construiască un astfel de tub cu o lungime mai mare de 100 de atomi. Dar oamenii de știință austrieci de la Universitatea din Viena au reușit să depășească această barieră. În plus, dacă anterior carbina era sintetizată în cantități mici și era foarte scumpă, astăzi este posibil să o sintetizezi în tone. Acest lucru deschide noi orizonturi pentru tehnologia spațială și nu numai.
• Elbor (kingsongite, cubonit, borazon) este un compus nano-ingineresc care este utilizat pe scară largă în prelucrarea metalelor astăzi. Duritate - 108 GPa.

• Fullerita este cel mai dur material de pe Pământ, cunoscută omului Astăzi. Puterea sa de 310 GPa este asigurată de faptul că nu constă din atomi individuali, ci din molecule. Aceste cristale vor zgâria cu ușurință un diamant așa cum ar zgâria un cuțit cu untul.

Miracolul mâinilor omului

Grafenul este o altă invenție a omenirii bazată pe modificări alotropice ale carbonului. Arată ca o peliculă subțire cu grosimea de un atom, dar este de 200 de ori mai rezistentă decât oțelul și are o flexibilitate excepțională.

Este vorba despre grafen că se spune că, pentru a-l străpunge, trebuie să existe un elefant pe vârful unui creion. Mai mult, conductivitatea sa electrică este de 100 de ori mai mare decât siliciul din cipurile computerelor. Foarte curând el va părăsi laboratorul și va intra în viata de zi cu ziîn formă panouri solare, telefoane mobileși cipurile computerelor moderne.

Două rezultate foarte rare ale anomaliilor din natură

Există compuși foarte rari găsiți în natură care au o putere incredibilă.

• Nitrura de bor este o substanță ale cărei cristale au o formă specifică de wurtzită. Odată cu aplicarea sarcinilor, conexiunile dintre atomi din rețeaua cristalină sunt redistribuite, crescând rezistența cu 75%. Indicele de duritate - 114 GPa. Această substanță se formează în timpul erupțiilor vulcanice, există foarte puțin din ea.
• Lonsdaleitul (în fotografia principală) este un compus de carbon alotrop. Materialul a fost descoperit într-un crater de meteorit și se crede că s-a format din grafit în condiții explozive. Indicele de duritate - 152 GPa. Se găsește rar în natură.

Minunile faunei sălbatice

Printre ființele vii de pe planeta noastră se numără și cele care au ceva cu totul special.

• Web de Caerostris darwini. Firul pe care îl produce păianjenul lui Darwin este mai puternic decât oțelul și mai dur decât Kevlarul. Această rețea a fost folosită de oamenii de știință de la NASA la dezvoltarea costumelor de protecție spațială.
• Dinții moluștei limpete - structura lor fibroasă este studiată astăzi de bionică. Sunt atât de puternici încât permit moluștei să rupă algele care au crescut în piatră.

Mesteacăn de fier

Un alt miracol al naturii este mesteacanul Schmidt. Lemnul său este cel mai dur de origine biologică. Creste mai departe Orientul Îndepărtatîn Rezervația Naturală Kedrovaya Pad și este inclus în Cartea Roșie. Rezistență comparabilă cu fierul și fonta. Dar, în același timp, nu este supus la coroziune și putrezire.

Utilizarea pe scară largă a lemnului în care nici măcar gloanțele nu pot pătrunde este împiedicată de raritatea sa excepțională.

Cel mai dur dintre metale

Acesta este un metal alb-albastru - crom. Dar puterea sa depinde de puritatea sa. În natură conține 0,02%, ceea ce nu este deloc atât de puțin. Este extras din roci silicate. Meteoriții care cad pe Pământ conțin și ei mult crom.

Este rezistent la coroziune, rezistent la căldură și refractar. Cromul face parte din multe aliaje (oțel crom, nicrom), care sunt utilizate pe scară largă în industrie și în acoperirile decorative anticorozive.

Împreună suntem mai puternici

Un metal este bun, dar în unele combinații este posibil să se confere aliajului proprietăți uimitoare.

Un aliaj ultra-puternic de titan și aur este singurul material puternic care s-a dovedit a fi biocompatibil cu țesutul viu. Aliajul beta-Ti3Au este atât de puternic încât nu poate fi măcinat într-un mortar. Este deja clar astăzi că acesta este viitorul diferitelor implanturi, articulații artificiale și oase. În plus, poate fi folosit în foraj, echipamente sportive și multe alte domenii ale vieții noastre.

Un aliaj de paladiu, argint și unii metaloizi pot avea proprietăți similare. Oamenii de știință de la Institutul Caltec lucrează în prezent la acest proiect.

Viitorul la 20 de dolari o schelă

Care este cel mai greu material pe care orice om obișnuit îl poate cumpăra astăzi? Pentru doar 20 USD puteți cumpăra 6 metri de bandă Braeön. Din 2017, a fost scoasă la vânzare de la producătorul Dustin McWilliams. Compoziția chimicăși metoda de producție sunt ținute strict secrete, dar calitatea sa este uimitoare.

Absolut orice poate fi asigurat cu bandă. Pentru a face acest lucru, trebuie să-l înfășurați în jurul pieselor care sunt fixate, să-l încălziți cu o brichetă obișnuită, să dați compoziției de plastic forma dorită și asta este tot. După răcire, îmbinarea va rezista la o sarcină de 1 tonă.

Atât tari, cât și moi

În 2017, au apărut informații despre crearea unui material uimitor - cel mai dur și mai moale în același timp. Acest metamaterial a fost inventat de oamenii de știință de la Universitatea din Michigan. Ei au reușit să învețe cum să controleze structura materialului și să-l facă să prezinte proprietăți diferite.

De exemplu, atunci când este folosit pentru a crea mașini, caroseria va fi rigidă atunci când se mișcă și moale în cazul unei coliziuni. Corpul absoarbe energia de contact și protejează pasagerul.

Diamantul a fost întotdeauna considerat standardul durității (acum există controverse cu privire la această afirmație). Adică, duritatea tuturor materialelor este comparată cu diamantul. Dar unele materiale naturale prezintă o duritate destul de comparabilă cu diamantul. În selecția noastră vă vom arăta cele mai dure materiale de pe Pământ.

Suboxid de bor

Diborura de reniu

Bor-carbon-siliciu

Carbură de bor

Wurtzit nitrură de bor

Fiecare dintre voi știe că diamantul rămâne astăzi standardul de duritate. La determinarea durității mecanice a materialelor existente pe pământ, duritatea diamantului este luată ca standard: atunci când este măsurată prin metoda Mohs - sub forma unei probe de suprafață, prin metodele Vickers sau Rockwell - ca indentor (ca un corp când studiază un corp cu duritate mai mică). Astăzi, există mai multe materiale a căror duritate se apropie de caracteristicile diamantului.

În acest caz, materialele originale sunt comparate pe baza microdurității lor conform metodei Vickers, când materialul este considerat superhard la valori mai mari de 40 GPa. Duritatea materialelor poate varia în funcție de caracteristicile sintezei probei sau de direcția sarcinii aplicate acesteia.

Fluctuațiile valorilor de duritate de la 70 la 150 GPa sunt un concept general stabilit pentru materialele solide, deși 115 GPa este considerată a fi valoarea de referință. Să ne uităm la cele mai dure 10 materiale, altele decât diamantul, care există în natură.

10. Suboxid de bor (B 6 O) - duritate până la 45 GPa

Suboxidul de bor are capacitatea de a crea boabe în formă de icosaedre. Granulele formate nu sunt cristale izolate sau varietăți de cvasicristale, ci sunt cristale gemene deosebite constând din două duzini de cristale tetraedrice pereche.

10. Diborura de reniu (ReB 2) - duritate 48 GPa

Mulți cercetători se întreabă dacă acest material poate fi clasificat ca un tip de material superhard. Acest lucru este cauzat de foarte neobișnuit proprietăți mecanice conexiuni.

Alternarea strat cu strat a diferiților atomi face ca acest material să fie anizotrop. Prin urmare, măsurătorile durității sunt diferite în prezența diferitelor tipuri de planuri cristalografice. Astfel, testele cu diborură de reniu la sarcini mici asigură o duritate de 48 GPa, iar odată cu creșterea sarcinii duritatea devine mult mai mică și este de aproximativ 22 GPa.

8. Borura de magneziu aluminiu (AlMgB 14) - duritate de până la 51 GPa

Compoziția este un amestec de aluminiu, magneziu, bor cu frecare de alunecare scăzută, precum și duritate ridicată. Aceste calități ar putea fi un avantaj pentru producție mașini moderneși mecanismele care funcționează fără lubrifiere. Dar utilizarea materialului în această variație este încă considerată prohibitiv de costisitoare.

AlMgB14 - filme subțiri speciale create prin depunere cu laser pulsat, au capacitatea de a avea o microduritate de până la 51 GPa.

7. Bor-carbon-siliciu - duritate până la 70 GPa

Baza unui astfel de compus oferă aliajului calități care implică o rezistență optimă la influențele chimice negative și la temperaturi ridicate. Acest material este prevăzut cu o microduritate de până la 70 GPa.

6. Carbură de bor B 4 C (B 12 C 3) - duritate până la 72 GPa

Un alt material este carbura de bor. Substanța a început să fie folosită destul de activ în diferite domenii ale industriei aproape imediat după inventarea sa în secolul al XVIII-lea.

Microduritatea materialului ajunge la 49 GPa, dar s-a dovedit că această cifră poate fi mărită prin adăugarea de ioni de argon la structura rețelei cristaline - până la 72 GPa.

5. Nitrură de carbon-bor - duritate până la 76 GPa

Cercetătorii și oamenii de știință din întreaga lume încearcă de multă vreme să sintetizeze polisilabice materiale superdure, în care au fost deja obținute rezultate tangibile. Componentele compusului sunt atomi de bor, carbon și azot - similare ca mărime. Duritatea calitativă a materialului ajunge la 76 GPa.

4. Cubonita nanostructurata - duritate pana la 108 GPa

Materialul este numit și kingsongite, borazon sau elbor și are, de asemenea, calități unice care sunt utilizate cu succes în industria modernă. Cu valori de duritate a cubonitei de 80-90 GPa, apropiate de standardul diamantului, forța legii Hall-Petch poate determina o creștere semnificativă a acestora.

Aceasta înseamnă că, pe măsură ce dimensiunea boabelor cristaline scade, duritatea materialului crește - există anumite posibilități de creștere până la 108 GPa.

3. Nitrură de bor wurtzită - duritate până la 114 GPa

Structura cristalină de wurtzită asigură duritate ridicată acestui material. Cu modificări structurale locale, în timpul aplicării unui anumit tip de sarcină, legăturile dintre atomi din rețeaua substanței sunt redistribuite. În acest moment, duritatea calitativă a materialului crește cu 78%.

2. Lonsdaleite - duritate până la 152 GPa

Lonsdaleitul este o modificare alotropică a carbonului și are o asemănare clară cu diamantul. Un material natural solid a fost descoperit într-un crater de meteorit, format din grafit - una dintre componentele meteoritului, dar nu a avut un grad record de rezistență.

Oamenii de știință au demonstrat încă din 2009 că absența impurităților poate oferi o duritate care depășește duritatea diamantului. Performanță ridicată duritatea poate fi realizată în acest caz, ca și în cazul nitrurii de bor wurtzite.

1. Fullerite - duritate de până la 310 GPa

Fullerita polimerizată este considerată în vremea noastră a fi cel mai dur material cunoscut științei. Acesta este un cristal molecular structurat, ale cărui noduri constau mai degrabă din molecule întregi decât din atomi individuali.

Fullerite are o duritate de până la 310 GPa și poate zgâria suprafața diamantului ca plasticul obișnuit. După cum puteți vedea, diamantul nu mai este cel mai dur material natural din lume. Compușii mai duri sunt disponibili pentru știință.

Până acum, acestea sunt cele mai dure materiale de pe Pământ cunoscute de știință. Este foarte posibil ca noi descoperiri si descoperiri in domeniul chimiei/fizicii sa ne astepte in curand, ceea ce ne va permite sa atingem o duritate mai mare.

Duritatea unui diamant poate fi determinată folosind mai multe scale cunoscute anterior. Duritatea mineralelor este un indicator a cărui măsurare este cel mai bine evitată dacă există o astfel de posibilitate. Pentru a testa duritatea, trebuie să zgâriați mineralul cu diverse materiale. Friedrich Moos, un renumit mineralog, a propus în 1811 să folosească o scară specială inventată de el pentru a determina duritatea pietrelor. Mai târziu a fost numită scara Mohs.

Ce este duritatea? Cu cuvinte simple, este rezistența pe care o oferă un mineral atunci când cineva încearcă să-l zgârie cu alt mineral sau material. Friedrich Mohs a dezvoltat o scară cu un indice de duritate de la 1 la 10, unde 1 este talc și 10 este diamant. Omul de știință a luat minerale ușor accesibile în scara sa standard și le-a aranjat într-o linie de rezistență crescândă la alte minerale. Numerele durității Mohs nu determină duritatea reală a unui mineral.

Diamantul este cel mai dur mineral natural din lume pe scara Mohs, indicele său este 10. Corindonul are un indice de 9. Omul de știință a reușit să sintetizeze carborindonul, care este mai dur decât corindonul, dar tot nu zgârie diamantul. Oțelul este mult mai scăzut ca duritate față de diamant, duritatea acestuia variind de la 5,5 la 7,5 în funcție de aliaj. Nu a fost posibil să se facă un aliaj de oțel mai dur decât diamantul. Dar duritatea oțelului este determinată folosind plăci de diamant: cât de mult este presată placa sau piramida în proba de oțel, aceasta va fi duritatea. În zilele noastre, diamantele sunt din ce în ce mai mult înlocuite în producție cu bile de oțel din aliaje speciale.

Puterea diamantului sau de ce diamantul este atât de greu

Cu foarte mult timp în urmă, când încă nu exista viață pe Pământ și planeta însăși era tânără, procesele naturale au avut loc la suprafață. Roca tectonică era în stare topită, a fost amestecată sub influența temperaturilor ridicate și a vaporilor de diferite evaporări, apoi s-a răcit lent. Toate aceste procese au dus la formarea celei mai dure pietre, care se numește acum diamant.

Originea numelui acestei pietre datează din cele mai vechi timpuri, motivul pentru care a început să fie numit un diamant rămâne complet necunoscut, dar există o serie de presupuneri:

1. Cuvântul diamant vine din Grecia. „Adamas” – „solid”, „indestructibil”.
2. „Al-ma” este din persanul „hard”.
3. Numele pietrei provine de la numele feminin Eliza sau Eliza. Forma completă a acestui nume, Elisabeta, înseamnă „mila lui Dumnezeu”. Potrivit legendei, a existat o fată care avea darul de a vindeca oamenii. Numele ei era Eliza. Era puternică la suflet și la trup și, cu capacitatea ei, putea să ridice în picioare chiar și pe cel mai grav bolnav. Într-o zi Eliza s-a îndrăgostit de un tânăr frumos, el a răspuns sentimentelor ei, dragostea lor a fost frumoasă, dar nu a durat mult. Eliza a plecat într-o călătorie lungă pentru a-și umple proviziile de ierburi medicinale. În acest moment, iubitul ei s-a îmbolnăvit grav. Când Eliza s-a întors, era deja mort. Fata locuia la munte, a intrat într-una din peșterile din zona muntoasă și a plâns amar. Acestea au fost primele ei lacrimi, care s-au transformat în pietre, care mai târziu au devenit cunoscute sub numele de diamante.

Duritatea diamantului și grafitului

Un fapt interesant este că diamantul este cel mai dur mineral, în timp ce grafitul are nota 1 pe scara Mohs, ceea ce înseamnă că este cel mai moale.

Diamantul și grafitul sunt formate din atomi identici ai acelorași element chimic– carbon. Atunci de ce o substanță este cea mai moale și cealaltă cea mai dură? Răspunsul este foarte simplu. Totul este despre legăturile chimice sau rețelele cristaline ale acestor minerale. Atomii de carbon sunt legați diferit, deci prezintă substanțe chimice și diferite proprietăți fizice: au diferit aspect, duritate, ductilitate, luciu și alți parametri. Grafitul are o structură stratificată. Atomii de carbon sunt slab legați unul de celălalt, ceea ce explică de ce grafitul este foarte moale.

Lonsdaleit – diamant sintetic

Nu există material în natură mai greu decât diamantul, dar știința nu stă pe loc. Oamenii de știință au reușit să sintetizeze o substanță care este cu 58% mai puternică decât diamantul. Numele acestui material este lonsdaleit. Poate rezista cu 55 GPa mai multă presiune decât cel mai dur mineral natural. Dar utilizarea lui este aproape imposibilă deoarece este foarte greu de obținut. Costul obținerii acestuia nu justifică banii cheltuiți, iar utilizarea acestuia nu este deosebit de necesară. Lonsdaleitul este numit după cristalograful Kathleen Lonsdale, care era originar din Marea Britanie.

Încă mai crezi că diamantul este cea mai dură substanță de pe planeta noastră? Secolul trecut! În TOP 10 al nostru - cele mai dure substanțe de pe planetă, și în ele doar pe locul patru.

1 Fullerită ultradură

Să zgârie un diamant? Uşor. Fullerita ultra-dure este potrivită pentru aceasta. Fețele acestui cristal conțin molecule întregi de fulleron, ceea ce îl face neobișnuit de puternic, de aproximativ trei ori mai puternic decât diamantul.

2

Spre deosebire de fullerita complet artificială, lonsdaleitul poate fi găsit în locurile în care asteroizii se ciocnesc de suprafața pământului. O caracteristică specială a acestei substanțe este capacitatea sa de a fi modificată sub presiune. Dacă sarcina externă crește, lonsdaleitul își rearanjează structura pentru a deveni și mai puternică.

3

Un mecanism similar este declanșat de medaliatul cu bronz al celor mai bune zece substanțe solide de pe Pământ. Aceasta este nitrură de bor wurtzită. Când presiunea asupra acestui material crește, acesta devine aproape de două ori mai dur decât starea sa normală.

4

Diamantul natural încă se agață de poziția sa, totuși... puțini oameni știu că diamantele variază și ca duritate. În funcție de calitatea pietrei, duritatea acesteia variază de la 70 la 150 gigapascali. Dar totuși, el merită un patru solid.

Toate acestea sunt nume ale aceleiași substanțe - nitrură de bor cubică, descoperită în 1985. Este interesant de știut că borazonul este superior diamantului în anumite privințe - temperatura sa de ardere este aproape de două ori mai mare decât temperatura de ardere a diamantului.

6

Dar această substanță există doar potențial și până acum a fost dovedită doar teoretic. Cu toate acestea, atunci când este creată, nitrura de bor de carbon (c-BC2N) va fi mai dura decât diamantul în unele aspecte.

7

Carbura de bor este una dintre cele mai vechi din topul celor mai dure zece substanțe de pe planetă. Anul 2016 marchează 123 de ani de la deschidere. Și, cu toate acestea, își păstrează în continuare amprenta - este una dintre cele mai refractare și rezistente chimic substanțe, insolubilă chiar și în acizii la fierbere.

8

Diborida este excepțional de puternică într-o direcție a rețelei sale cristaline. Pentru a obține această substanță, diborura de magneziu se amestecă cu clorură de osmiu și se menține la o temperatură de +1000C timp de trei zile. Ambele substanțe se dizolvă chiar și cu apă, dar cristalele rezultate sunt mult mai dure.

9

Un alt cristal care calcă pe călcâiele diamantului. Rețeaua sa cristalină în anumite direcții este chiar mai dură decât acest mineral natural. În același timp, conform altora, este de cinci până la șase ori mai moale. Așa că merită locul 9.

10

O substanță cu trei componente care are o alunecare perfectă și o duritate excelentă. Materialul există sub forma celui mai fin spray.