Qual é o material mais duro da Terra?

O Diamante pontua um 10 perfeito na escala de dureza de Mohs, indicando que é o material natural mais duro quando sujeito a arranhões. No entanto, prevê-se que a lonsdaleita, uma substância encontrada em meteoritos, seja ainda mais dura do que o diamante.

Pergunte a qualquer nerd amante da ciência “qual é o material mais difícil?” e ele sem dúvida responderádiamante.A palavra diamante tem suas raízes na palavra grega ἀδάμας (lida como adamas), que significa intransponível ou inquebrável. Por décadas, os humanos têm aproveitado a dureza impecável do diamante para realizar atividades de corte intensivas. Além disso, devido à sua capacidade de interagirlindamente com a luz, os diamantes são uma joia profundamente cobiçada pelas mulheres. Mas o diamante é realmente o material mais duro da Terra?

Bem, quase … mas os cientistas descobriram um rival potencial que se acredita ser ainda mais difícil do que o diamante.

Diamante deslumbrante (crédito da foto: Manutsawee Buapet / Shutterstock)

Substância mais dura de ocorrência natural em nosso planeta

Quando se trata das substâncias mais duras queocorrem naturalmente, o diamante é o vencedor. Graças à sua estrutura compacta, é muito difícil superar a sua dureza. Agora, surge a pergunta … como medimos a dureza?

Medindo dureza

Na ciência dos materiais, avaliar a dureza de um material é muito importante. No entanto, a dureza não é tão fácil de definir. Assim, a dureza pode ser medida de uma maneira diferente, dependendo do contexto e da aplicabilidade.

Escala de dureza de Mohs

Uma das escalas de dureza mais comumente usadas é a escala de dureza de Mohs, projetada por um mineralogista alemão Friedrich Mohs no século XIX. Nessa escala, a dureza é uma medida de resistência exibida por um determinado material quando riscado por outro. A escala de dureza de Mohs varia de 0 a 10, com 10 indicando a mais dura (menos afetada por arranhões) e 0 sendo a menos dura.

Escala de Mohs de dureza mineral (Crédito da foto: Andriy Kananovych / Shutterstock)

Diamondobteveum 10 perfeito nesta escala, indicando claramente que é o material natural mais duro quando sujeito a arranhões. Para entender o quão bom é um diamante, considere o aço, que é conhecido por sua tenacidade, marcando apenas 4,5 nesta escala!

Agora, medir a dureza pelas habilidades de resistência a arranhões de uma substância não foi aprovado por todos. Assim, os cientistas começaram a procurar um método alternativo para medir a dureza. Outra técnica de dureza foi desenvolvida na qual um penetrador foi usado para avaliar a dureza.

Teste de dureza Vickers

Um dos testes mais famosos para determinar a dureza usando um penetrador é o teste de dureza Vickers. Neste método de teste de dureza, um penetrador em forma de pirâmide é pressionado contra o material cuja dureza precisa ser avaliada. Uma quantidade específica de força é aplicada por um tempo específico no material em questão. Após esta atividade de indentação, o grau de indentação no material é medido. Isso é feito medindo-se a área de superfície da indentação infligida ao material pelo penetrador. Aqui, novamente, descobriu-se que o diamante é o material natural mais duro da Terra.

O que torna um diamante tão duro?

Neste ponto, você pode estar se perguntando: o que torna um diamante tão duro? A resposta está na estrutura molecular desseelemento brilhante. O diamante é umalótropo de carbono, feito de cinco átomos de carbono que compartilham elétrons entre si em uma estrutura de rede tetraédrica. A ligação covalente entre esses átomos de carbono é extremamente forte e muito difícil de quebrar à temperatura ambiente.

Diamante como uma estrutura tetraédrica de carbono

Devido a esta forte ligação covalente, os diamantes não têm elétrons livres, o que os torna um mau condutor elétrico, mas um excelente condutor de calor. Na verdade, um diamante é cerca de cinco vezes melhor em condução térmica do que o cobre. Devido à sua fantástica condutividade de calor, os diamantes estão frequentemente presentes em peças elétricas, como dissipadores de calor.

E o material mais duro é …

Depois de ler isso, você pode sentir que os diamantes são invencíveis, mas esse não é realmente o caso. O diamante torna-se vulnerável a temperaturas muito altas. Quando você aquece um diamante acima de 800oC, suas propriedades químicas e físicas não são mais as mesmas. A tenacidade característica de um diamante é comprometida. Eles começam a reagir quimicamente com o ferro, o que torna o diamante indesejável para usinagem de aço.

Portanto, cientistas e pesquisadores há muito procuram um material superduro que tenha melhor estabilidade química. Em 2009, pesquisadores trabalhando em colaboração na Shanghai Jiao Tong University e na University of Nevada afirmaram ter encontrado dois materiais que podemvencerum diamante em seu próprio jogo!

Os dois requerentes potenciais propostos para a substância mais dura foram: nitreto de boro wurtzita (w-BN) e lonsdaleita.

Nitreto de boro wurtzita (w-BN)

O nitreto de boro Wurtzite (w-BN) tem uma estrutura semelhante à do diamante, mas é composto de átomos de boro e nitrogênio, junto com o carbono. w-BN é extremamente raro e só pode ser encontrado após um certo tipo de erupção vulcânica. Uma simulação conduzida por pesquisadores em 2009 da estrutura hexagonal w-BN descobriu que ela era 18% mais dura do que o aço. Além disso, w-BN é quimicamente mais estável do que o diamante em altas temperaturas.

Lonsdaleite

A lonsdaleita é feita apenas de átomos de carbono, assim como um diamante, embora com uma estrutura diferente. E adivinhe… lonsdaleite é ainda mais forte do que w-BN! Curiosamente, a lonsdaleíta é uma substância cósmica obtida quando um meteorito rico em grafite atinge a Terra. Uma simulação de indentação mostrou que a lonsdaleíta é 58% mais forte que o diamante, tornando a lonsdaleíta a substância mais dura da Terra.

Espere, aí está um problema …

No entanto, há um problema com essas afirmações de que w-BN e lonsdaleíta são mais fortes do que o diamante. Essas afirmações são baseadas em um programa de simulação executado em um computador, não em verificação física. Como esses elementos são extremamente difíceis de encontrar, eles ainda não foram testados fisicamente para verificar sua dureza.

Dito isso, sua simulação sugere que esses materiaismais duros que o diamantetêm boa estabilidade térmica e química; se pudermos produzi-los sinteticamente em grandes quantidades, eles podem acabar mudando o jogo. Eles podem ser usados ​​como cortadores poderosos, colocando-os em cima de outras ferramentas de corte. Além disso, sua estabilidade em temperaturas mais altas os tornaria úteis em missões espaciais a Vênus ou Mercúrio, que têm temperaturas terrivelmente altas.

Pensamentos finais

Bem, o diamante pode ter perdido teoricamente a coroa de ser o material mais duro, mas sempre permanecerá o rei das gemas. Além disso, a afirmação de que a lonsdaleíta é a substância mais dura ainda não foi confirmada fisicamente, de modo que ainda poderíamos dar o benefício da dúvida aos diamantes. Metaforicamente, o diamante está sob tremenda pressão de seus pares baseados em carbono para manter seu status. Felizmente, os diamantes só foram capazes de se formar porque resistiram bravamente ao estresse externo extremo sob toneladas de rocha, então eles estão acostumados a lidar com a pressão!