鑽石是世上已知最堅硬的天然物質

鑽石是由數十億個碳原子所組成的,是大自然的奇妙傑作,且它具有獨特的立方晶體結構。鑽石中的每個碳原子均與其他四個碳原子緊密結合,是目前世上已知最堅硬的天然物質。鑽石還具有高導熱性,對化學品的抗拒性強,且透明度極高。相信有不少人看過液壓機壓鑽石的影片,而液壓機最後的結果果真慘不忍睹,不過鑽石硬度真的沒有限度嗎?它到底經的起多大程度的擠壓力道?

科學家今年在1月27日的《自然》雜誌上報導說:「即使壓縮到2萬億帕斯卡(帕斯卡是國際單位制SI的壓力單位,在不致混淆的情況下也可簡稱為「帕」,它等於每平方米一牛頓。),鑽石的結構依然能保存完好,而2萬億帕斯卡也早已超越了地球核心壓力的五倍之多。

鑽石在高壓下仍然可以保持其結構

研究內容表示,鑽石若在高壓下是處於亞穩狀態,也就是介於不穩定和穩定之間,如果是穩定的離子,在離子源生成之後可一直穩定的存在,直到被檢測。如果是不穩定的離子,它在離子源內即以破裂成了別的離子,而亞穩離子介於上述兩種離子之間,是從離子源出口到檢測器之間產生的離子。

科學家認為當其他物質在這種高壓的條件下,還會有其他更穩定的結構來佔據主導地位,但鑽石仍然可以保持其結構,且在極端壓力下的鑽石可能有助於揭露富含碳的系外行星內部運作方式。

鑽石內的碳原子強大化學鍵

鑽石裡頭的每種碳是由不同的原子排列所組成的,在地表的壓力下,碳最穩定的狀態是石墨。但是,在強烈擠壓下,鑽石卻可以主導地位,這就是為什麼在碳進入地球內部後會形成鑽石的原因,且科學家已經預測,在比地球更高的壓力之下,新的晶體結構將會更加穩定。

因此物理學家艾米·拉齊基(Amy Lazicki)及其同事在美國加州勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)的國家設施中用高強度的雷射對鑽石進行了粉碎,而這測量結果表示,鑽石的組成仍然持續存在,結論出鑽石在極端壓力下是處於亞穩狀態,無論如何這都要歸功於鑽石當中把碳原子結合在一起的強大化學鍵,勞倫斯利弗莫爾的拉齊基表示:「當你承受更大的壓力時,情況看起來也會是如此。」

圖片來源:MACIEJ TOPOROWICZ, NYC/GETTY IMAGES

資料來源:Emily Conover(2021,JANUARY 27).Diamond holds up at pressures more than five times those in Earth’s core. Sciencenews

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