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【世界最硬的金属，到底是什么】
如果用硬度来形容人类历史上的各种金属 ， 那么金属之王一定是金刚石 。金刚石之所以能成为地球上最硬的物质 ， 不仅因为它硬度大 ， 还因为其韧性极强 。在化学中它的名字叫“碳氢化合物” 。我们都知道金刚石具有超强的机械强度和延展性 ， 但你不一定知道：世界上最硬的金属是金刚石 。它到底有多硬？
金刚石主要由碳和氢组成 ， 其中碳占98% 。在自然界中 ， 金刚石主要分布在两个地方：一个是澳大利亚 ， 另一个是加拿大； 其中澳大利亚的金刚石含量大约为5%-10% ， 而加拿大的相对比较高一些（2%-5%） 。由于金刚石的硬度大、脆性小、密度低（约1.10 g/cm3） ， 因而广泛用于制造机械零件和仪器等 ， 而且还可以用来制作宝石工艺品 。在世界上所有天然的晶体中 ， 金刚石是最硬的一种 。钻石原石的晶体结构分为三层：
在自然界中 ， 金刚石是最硬的金属 ， 具有极强的韧性 ， 在高温高压下可以承受较大的压力 。此外 ， 金刚石作为晶体还可以形成高硬度的金刚石玻璃和晶态金刚石颗粒 。在常温下它能被加热到1300℃以上 ， 就能完全地熔化和气化 。但其内部结构不是那么稳定 ， 高温高压下的金刚石容易发生相变 ， 导致内部结构发生改变 。例如：高温高压下金刚石会转变成碳-1和碳-2结构（碳-碳键）；在较高温度下它又会变成碳-6结构（碳-6）；再如：高温高压下它们还可能会形成石墨 ， 并最终成为碳-硅石墨（C） 。此外金刚石中还存在着少量的氦原子及少量的其他同位素组成体或元素组成体 。在地球上还未发现过钻石 ， 它是一种自然形成的矿物 ， 属于隐晶质矿物 。根据化学成分和化学结构来看它可能是金刚石中最小最硬的成员 。但根据对其进行了一系列的人工合成研究表明它可能不是自然界中出现过的最硬、最坚硬的物质 。由于自然界中没有天然钻石存在 ， 因此人们认为它是人造钻石的原料之一 ， 但这也只是猜测而已 。
金刚石的物理性质决定了它在室温下是固体 ， 但常温下是液体 。如果用金刚石磨成细粉 ， 放在熔炉里 ， 用石墨加热使其熔化；将金刚石磨成粉末并用水溶解后得到石墨粉 。在空气中放置一段时间后 ， 石墨和金刚石都会慢慢变硬 。 它们都具有一定的弹性 ， 即所谓的“金刚石弹” 。如果将一块石墨放在室温下 ， 则会迅速膨胀到1厘米左右；而将另一块石墨放在室温下时 ， 则会慢慢收缩到原来厚度的1/10 。因为石墨的体积很小所以在常温下很难和金刚石发生反应 ， 所以人们一般都采用石墨作为催化剂来加速石墨的化学反应 。
?金刚石的化学性质非常稳定 ， 几乎不溶于酸和碱的任何溶剂 ， 甚至不能溶解在无机溶剂中 。在常温下 ， 它是一种非常稳定的物质 ， 几乎不会发生变化 。金刚石中的碳原子以 sp2轨道紧密结合 ， 而每个碳原子形成一个σ键和一个共价键 。共价键是由一个σ键构成的化学键 ， 电子轨道有两个σ和一个π电子 ， 这两个电子都与碳原子直接相连 。这个σ-π共轭体系使得碳的两个 p轨道有了相互作用 。金刚石中碳原子之间结合得非常紧密 ， 因此很难形成平面排列的金刚石晶体（平面平行排列） 。这些平面平行排列的金刚石晶体被称为“平行六方”结构（horizontal structure）钻石晶体被称为“八面体”钻石晶体 。在常温下 ， 所有平面平行排列的金刚石晶体都可以形成一种类似固体氧化物燃料电池中燃料颗粒那样的结构 ， 这就是著名的“固体氧化物燃料电池”（Solid Oxide Fuel Cell） 。这种固体氧化物燃料电池由碳和氧组成正极物质、碳和氢气组成负极物质；采用这种固体氧化物燃料电池可以利用太阳光中紫外线照射形成电流 。
除了碳元素 ， 金刚石中还含有一些其他的元素如铬、钨、硅等 。金刚石的晶体结构也比较特殊 ， 一般情况下都是单胞 ， 但当金刚石经过高温处理时 ， 单胞的形状可以发生改变 。例如钻石的单胞中只有一个原子 ， 所以它的结构可以用一个单原子层来表示 。金刚石中只含有一个金刚石核和六个碳原子 ， 因此又称为“六方晶系” 。我们在前面提到过 ， 金刚石的硬度很大 ， 所以能承受极高温度 。虽然金刚石能承受极高温度和极高压力这两种极端情况 ， 但这两种极端条件都不适合它形成 。所以目前为止我们所见过的钻石中只有一种能够形成钻石：即在接近1300℃高温下熔解的金刚石 。根据这种情况 ， 我们可以得到结论：如果人类想要得到足够多的钻石 ， 就必须有足够大而又坚固的容器来保证金刚石在高温下熔解成钻石！
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