من اصلب المواد الطبيعية هناك 6 موادعلى وجه الأرض أقوى من الماس


اقوى المعادن الصلبة الموجودة في الكرة الارضية
اقوى المعادن الصلبة الموجودة في الكرة الارضية

من اصلب المواد الطبيعية الكربون هو أحد أكثر العناصر روعة في الطبيعة ، وله خصائص كيميائية وفيزيائية لا مثيل لها في أي عنصر آخر. مع وجود ستة بروتونات فقط في نواته ، فهو أخف عنصر وفرة قادر على تكوين عدد كبير من الروابط المعقدة. 

تعتمد جميع أشكال الحياة المعروفة على الكربون ، حيث تمكنها خصائصها الذرية من الارتباط بما يصل إلى أربع ذرات أخرى في وقت واحد. تتيح الأشكال الهندسية الممكنة لهذه الروابط أيضًا للكربون أن يتجمع ذاتيًا ، خاصةً تحت ضغوط عالية ، في شبكة بلورية مستقرة. 

إذا كانت الظروف مناسبة تمامًا ، يمكن أن تشكل ذرات الكربون بنية صلبة شديدة الصلابة تُعرف باسم الماس.

على الرغم من أن الماس يُعرف عمومًا بأنه أصعب مادة في العالم ، إلا أن هناك ست مواد أصعب. لا يزال الماس أحد أصعب المواد الموجودة بشكل طبيعي ووفرة على الأرض ، لكن هذه المواد الست جميعها تتفوق عليه.

تنويه مشرف : هناك ثلاث مواد أرضية ليست صلبة تمامًا مثل الماس ، ولكنها لا تزال مثيرة للاهتمام بشكل ملحوظ لقوتها في مجموعة متنوعة من الموضات. مع ظهور تقنية النانو – جنبًا إلى جنب مع تطوير الفهم النانوي للمواد الحديثة – ندرك الآن أن هناك العديد من المقاييس المختلفة لتقييم المواد المثيرة للاهتمام جسديًا والمتطرفة.

من الناحية البيولوجية ، يُعرف حرير العنكبوت بأنه الأصعب. مع نسبة قوة إلى وزن أعلى من معظم المواد التقليدية مثل الألومنيوم أو الفولاذ ، فهي أيضًا رائعة لمدى رقتها ولصقها. من بين جميع العناكب في العالم ، فإن عناكب داروين النباح لديها الأصعب: أقوى بعشر مرات من كيفلر. إنه رقيق وخفيف جدًا لدرجة أن حوالي رطل (454 جرامًا) من حرير العنكبوت لداروين سيشكل خيطًا طويلًا بما يكفي لتتبع محيط الكوكب بأكمله.

بالنسبة للمعدن الطبيعي ، فإن كربيد السيليكون  – الموجود بشكل طبيعي في شكل مويسانيتي  – أقل صلابة من الماس. (لا يزال أصعب من أي حرير عنكبوت.) مزيج كيميائي من السيليكون والكربون ، يحتلان نفس العائلة في الجدول الدوري مثل بعضهما البعض ، وقد تم إنتاج حبيبات كربيد السيليكون بكميات كبيرة منذ عام 1893. ويمكن ربطها معًا من خلال درجة عالية الضغط ولكن عملية درجة الحرارة المنخفضة المعروفة باسم التلبيد لإنتاج مواد خزفية شديدة الصلابة.

هذه المواد ليست مفيدة فقط في مجموعة متنوعة من التطبيقات التي تستفيد من الصلابة ، مثل مكابح السيارات والقوابض ، والألواح في السترات الواقية من الرصاص ، وحتى الدروع القتالية المناسبة للدبابات ، ولكنها تتمتع أيضًا بخصائص أشباه الموصلات مفيدة بشكل لا يصدق للاستخدام في الإلكترونيات.

تم إنشاء كريات السيليكا الصغيرة ، التي يتراوح قطرها من 50 نانومترًا إلى 2 نانومتر فقط ، لأول مرة منذ حوالي 20 عامًا في مختبرات سانديا الوطنية التابعة لوزارة الطاقة . ما يلفت الانتباه في هذه الأغلفة النانوية هو أنها مجوفة ، وتتجمع ذاتيًا في كرات ، ويمكنها حتى أن تعشش داخل بعضها البعض ، مع بقائها أقوى مادة معروفة للبشرية ، فقط أقل صلابة من الماس.

ذات صلة  الليثيوم والصوديوم عناصر ضمن عائلة

يعد التجميع الذاتي أداة قوية بشكل لا يصدق في الطبيعة ، لكن المواد البيولوجية ضعيفة مقارنة بالمواد الاصطناعية. يمكن استخدام هذه الجسيمات النانوية ذاتية التجميع لإنشاء مواد مخصصة مع تطبيقات من أجهزة تنقية مياه أفضل إلى خلايا شمسية أكثر كفاءة ، من محفزات أسرع إلى إلكترونيات الجيل التالي. ومع ذلك ، فإن تقنية الأحلام لهذه الأغلفة النانوية ذاتية التجميع هي درع قابل للطباعة ومخصص لمواصفات المستخدم.

الماس ، بالطبع ، أصعب من كل هذا ، ولا يزال يحتل المرتبة السابعة في قائمة أصعب المواد الموجودة أو التي تم إنشاؤها على الأرض. على الرغم من حقيقة أنه تم تجاوزها من قبل كل من المواد الطبيعية الأخرى (ولكن النادرة) والمواد الاصطناعية ، من صنع الإنسان ، إلا أنها لا تزال تحتفظ بسجل واحد مهم.

يظل الماس أكثر المواد مقاومة للخدش التي عرفتها البشرية. المعادن مثل التيتانيوم أقل مقاومة للخدش ، وحتى السيراميك شديد الصلابة أو كربيد التنجستن لا يمكن أن ينافس الماس من حيث الصلابة أو مقاومة الخدش. البلورات الأخرى المعروفة بصلابتها الشديدة ، مثل الياقوت أو الياقوت ، لا تزال أقل من الماس.

لكن من اصلب المواد الطبيعية ستة مواد لديها حتى تفوق الماس المتبجح من حيث الصلابة.

6. فورتزيت نيتريد البورون

بدلاً من الكربون ، يمكنك صنع بلورة من عدد من الذرات أو المركبات الأخرى ، وأحدها هو نيتريد البورون (BN) ، حيث يجتمع العنصران الخامس والسابع في الجدول الدوري معًا لتشكيل مجموعة متنوعة من الاحتمالات. يمكن أن يكون غير متبلور (غير بلوري) ، سداسي (مشابه للجرافيت) ، مكعب (مشابه للماس ، لكنه أضعف قليلاً) ، وشكل الورتزيت.

آخر هذه الأشكال نادر للغاية ، ولكنه صعب للغاية أيضًا. تشكلت أثناء الانفجارات البركانية ، ولم يتم اكتشافها إلا بكميات دقيقة ، مما يعني أننا لم نختبر خصائص صلابتها تجريبياً. ومع ذلك ، فإنه يشكل نوعًا مختلفًا من الشبكة البلورية – رباعي السطوح بدلاً من المكعب المتمركز على الوجه – وهو أصعب بنسبة 18٪ من الماس ، وفقًا لأحدث عمليات المحاكاة.

5  لونسداليت 

تخيل أن لديك نيزكًا مليئًا بالكربون ، وبالتالي يحتوي على الجرافيت ، الذي يندفع عبر غلافنا الجوي ويصطدم بكوكب الأرض. بينما قد تتخيل سقوط نيزك كجسم ساخن بشكل لا يصدق ، فإن الطبقات الخارجية فقط هي التي تصبح ساخنة ؛ تظل الدواخل باردة لمعظم (أو ربما كل) رحلتهم نحو الأرض.

ومع ذلك ، عند الاصطدام بسطح الأرض ، تصبح الضغوط في الداخل أكبر من أي عملية طبيعية أخرى على سطح كوكبنا ، وتتسبب في ضغط الجرافيت في بنية بلورية. ومع ذلك ، فهي لا تمتلك الشبكة المكعبة من الماس ، ولكنها تمتلك شبكة سداسية الشكل ، والتي يمكنها في الواقع تحقيق صلابة أكبر بنسبة 58٪ مما يحققه الماس. في حين أن الأمثلة الحقيقية لـ Lonsdaleite تحتوي على شوائب كافية لجعلها أكثر نعومة من الماس ، فإن نيزك الجرافيت الخالي من الشوائب الذي يصطدم بالأرض سينتج بلا شك مادة أقوى من أي ماس أرضي.

ذات صلة  اسم المعدن الاغلى سعرا: أغلى خمسة معادن وأين يتم تعدينها

4 داينيما 

من الآن فصاعدًا ، نترك عالم المواد التي تحدث بشكل طبيعي وراءنا. Dyneema ، بوليمر بولي إيثيلين لدن بالحرارة ، غير معتاد لوجود وزن جزيئي مرتفع بشكل غير عادي. معظم الجزيئات التي نعرفها هي سلاسل من الذرات يبلغ مجموعها بضعة آلاف من وحدات الكتلة الذرية (البروتونات و / أو النيوترونات). لكن UHMWPE (للبولي إيثيلين عالي الوزن الجزيئي) له سلاسل طويلة للغاية ، مع كتلة جزيئية في ملايين وحدات الكتلة الذرية.

مع وجود سلاسل طويلة جدًا لبوليمراتها ، يتم تقوية التفاعلات بين الجزيئات بشكل كبير ، مما ينتج عنه مادة شديدة الصلابة. إنها صعبة للغاية ، في الواقع ، حيث تتمتع بأعلى قوة تأثير من أي لدن حراري معروف. يُطلق عليه أقوى ألياف في العالم ، ويتفوق في الأداء على جميع حبال الإرساء والجر. على الرغم من كونه أخف من الماء ، إلا أنه يمكنه إيقاف الرصاص ويبلغ قوته 15 مرة قوة مماثلة من الفولاذ.

3  زجاج السبائك الدقيقة البالاديوم  

من المهم أن ندرك أن هناك خاصيتين مهمتين لكل المواد الفيزيائية: القوة ، وهي مقدار القوة التي يمكنها تحملها قبل أن تتشوه ، والصلابة ، وهي مقدار الطاقة اللازمة لكسرها أو تكسيرها. معظم السيراميك قوي ولكنه ليس قاسياً ، ويتحطم بمقبض الرذيلة أو حتى عندما يسقط من ارتفاع متواضع فقط. يمكن للمواد المرنة ، مثل المطاط ، أن تحمل الكثير من الطاقة ولكنها قابلة للتشوه بسهولة وليست قوية على الإطلاق.

معظم المواد الزجاجية هشة: قوية ولكنها ليست صلبة بشكل خاص. حتى الزجاج المقوى ، مثل زجاج Pyrex أو Gorilla ، ليس قاسياً بشكل خاص على مقياس المواد. ولكن في عام 2011 ، طور الباحثون زجاجًا جديدًا من السبائك الدقيقة يضم خمسة عناصر ( الفوسفور والسيليكون والجرمانيوم والفضة  والبلاديوم) ، حيث يوفر البلاديوم مسارًا لتشكيل أشرطة القص ، مما يسمح للزجاج بالتشوه اللدني بدلاً من التصدع. إنه يتغلب على جميع أنواع الفولاذ ، وكذلك أي شيء أقل في هذه القائمة ، لمزيج من القوة والمتانة. إنها أصعب مادة لا تحتوي على الكربون.

الورق المستقل المصنوع من أنابيب الكربون النانوية ، المعروف أيضًا باسم ورق البوكي ، سيمنع مرور … [+]نانولاب ، شركة

2  ورق البوكي

من المعروف منذ أواخر القرن العشرين أن هناك نوعًا من الكربون أصعب من الماس: الأنابيب النانوية الكربونية. من خلال ربط الكربون معًا في شكل سداسي ، يمكن أن يحتفظ بهيكل أسطواني صلب أكثر ثباتًا من أي بنية أخرى معروفة للبشرية. إذا أخذت مجموعة من الأنابيب النانوية الكربونية وقمت بإنشاء ورقة مجهرية منها ، يمكنك إنشاء ورقة رقيقة منها: ورق البوكي.

ذات صلة  من الامثله على المواد النقية معرفة عن الكيمياء

يبلغ عرض كل أنبوب نانوي فردي ما بين 2 و 4 نانومتر فقط ، لكن كل أنبوب قوي وصلب بشكل لا يصدق. وزنه 10٪ فقط من الفولاذ ولكنه أقوى بمئات المرات . إنه مقاوم للحريق ، وموصل حراري للغاية ، ويمتلك خصائص حماية كهرومغناطيسية هائلة ، ويمكن أن يؤدي إلى علم المواد والإلكترونيات والتطبيقات العسكرية وحتى التطبيقات البيولوجية. لكن لا يمكن تصنيع ورق البوكي من أنابيب نانوية بنسبة 100٪ ، وهو ما قد يجعله بعيدًا عن الصدارة في هذه القائمة.

الجرافين ، في تكوينه المثالي ، عبارة عن شبكة خالية من العيوب من ذرات الكربون مرتبطة …ALEXANDERALUS / CORE- مواد فليكر

1 الجرافين

أخيرًا: شبكة سداسية من الكربون بسمك ذرة واحدة فقط. هذه هي ورقة الجرافين ، التي يمكن القول إنها أكثر المواد ثورية التي تم تطويرها واستخدامها في القرن الحادي والعشرين. إنه العنصر الهيكلي الأساسي للأنابيب النانوية الكربونية نفسها ، وتنمو التطبيقات باستمرار. يُعد الجرافين حاليًا صناعة بملايين الدولارات ، ومن المتوقع أن ينمو ليصبح صناعة بمليارات الدولارات في غضون عقود فقط.

بما يتناسب مع سمكها ، فهي أقوى مادة معروفة ، وهي موصل غير عادي لكل من الحرارة والكهرباء ، وهي شفافة بنسبة 100٪ تقريبًا للضوء. على جائزة نوبل في الفيزياء 2010 ذهب إلى أندريه غييم وكونستانتين نوفوسيلوف لفتحا التجارب التي تنطوي على الجرافين، وتم التطبيقات التجارية تنمو فقط. حتى الآن ، يعد الجرافين أنحف مادة معروفة ، والفجوة التي تبلغ ست سنوات فقط بين عمل Geim و Novoselov وجائزة نوبل هي واحدة من أقصر الفجوة في تاريخ الفيزياء.

السعي لجعل المواد أكثر صلابة ، وأقوى ، وأكثر مقاومة للخدش ، وأخف وزنا ، وأكثر صرامة ، وما إلى ذلك ، ربما لن ينتهي أبدًا. إذا تمكنت البشرية من دفع حدود المواد المتاحة لنا إلى أبعد من أي وقت مضى ، فإن التطبيقات لما يصبح ممكناً يمكن أن تتوسع فقط منذ أجيال مضت ، كانت فكرة الإلكترونيات الدقيقة ، أو الترانزستورات ، أو القدرة على معالجة الذرات الفردية مقصورة بالتأكيد على عالم الخيال العلمي. اليوم ، هم شائعون لدرجة أننا نأخذهم جميعًا كأمر مسلم به.

مع اقترابنا من عصر التكنولوجيا النانوية بكامل قوتنا ، أصبحت المواد مثل تلك الموصوفة هنا أكثر أهمية وانتشارًا في كل مكان لنوعية حياتنا. إنه لأمر رائع أن تعيش في حضارة لم يعد فيها الماس أصعب مادة معروفة ؛ التقدم العلمي الذي نحققه يفيد المجتمع ككل. مع تقدم القرن الحادي والعشرين ، سنرى جميعًا ما أصبح ممكنًا فجأة مع هذه المواد الجديدة.


Like it? Share with your friends!

0 Comments

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

Choose A Format
Story
Formatted Text with Embeds and Visuals
Trivia quiz
Series of questions with right and wrong answers that intends to check knowledge
Poll
Voting to make decisions or determine opinions
Personality quiz
Series of questions that intends to reveal something about the personality
List
The Classic Internet Listicles
Countdown
The Classic Internet Countdowns
Open List
Submit your own item and vote up for the best submission
Ranked List
Upvote or downvote to decide the best list item
Meme
Upload your own images to make custom memes
Video
Youtube, Vimeo or Vine Embeds
Audio
Soundcloud or Mixcloud Embeds
Image
Photo or GIF
Gif
GIF format