Tại sao kim cương lại rắn và cứng đến như vậy?

Tại sao kim cương lại rắn và cứng đến như vậy?

Bạn có thể chưa từng nghĩ đến chuyện than chì đen sì sì và đá kim cương sáng lấp lánh là anh em ruột, đều là cacbon nguyên chất tồn tại trong giới tự nhiên, chỉ có điều là tướng mạo và tính cách của chúng khác nhau mà thôi.

Than chì rất mềm, chỉ cần gạch nhẹ trên giấy da đã để lại vết màu đen xám trên đó rồi, ruột bút chì dùng than chì để chế tạo ra. Kim cương là “nhà vô địch” về độ cứng trong số các khoảng vật: nhân viên bán hàng trong cửa hàng kính dùng dao nạm kim cương để cắt kính, không có vật nào mà không “róc theo dao” cả. Trên mũi khoan của máy khoan thăm dò quặng có nạm kim cương, điều này có thể tăng nhanh tốc độ khoan xuống đất của nó; dao kim cương còn có thể dùng để gia công các kim loại cứng rắn khác nữa.

Than chì và kim cương đều là thành viên của gia tộc cacbon, tại sao độ cứng của nó lại khác xa nhau như vậy?

Thì ra, nguyên tử cacbon trong phân tử than chì xếp theo dạng tầng, độ liên kết giữa các tầng nguyên tử là rất nhỏ, cũng giống như một bộ tú lơ khơ xếp lại vậy, chúng rất dễ bị trượt và tung ra. Còn nguyên tử cacbon của kim cương lại là kết cấu hình khối được xếp gọn gàng, mỗi nguyên tử cacbon đều liên kết trực tiếp và chặt chẽ với nguyên tử cacbon khác, tạo thành một thể kết tinh chặt chẽ, do đó nó rất cứng.

Sản lượng của kim cương thiên nhiên là rất nhỏ, thường ẩn cư ở những vùng sâu của Trái đất. Chỉ có ở nhiệt độ rất cao và áp lực lớn thì cacbon trong lò luyện dưới đất mới có khả năng thông qua quá trình kết tinh thiên nhiên để hình thành đá kim cương quý giá. Do sản lượng kim cương thiên nhiên ít, giá lại đắt cho nên, mọi người thường lợi dụng nhiệt độ cao và áp suất cao để chế tạo đá kim cương.

Những tính toán đã chứng minh rằng: Thể ổn định ở áp lực bình thường của cacbon là than chì, còn đá kim cương thì phải ở nhiệt độ cao 2000 độ C và áp suất cao 5.065 x 106 Apmốtphe mới đạt được trạng thái ổn định. Trong mấy năm gần đây, con người đã biến than chì thành kim cương trong những điều kiện tương tự.