ما أصلب المواد الطبيعية

خاصيّة الصلابة

تُعرّف الصلابة أو الصلادة بأنها مقاومة المادة للتغيير أو عدم وجود مرونة بين جزيئات المادة، وهي من خصائص المادة المهمة في العلوم والهندسة، وتستخدم في عدة مجالات مثل الميكانيكا والفيزياء والرياضيات، ويتغير معناها بحسب المجال الذي تعبّر عنه، مثل مقاومة الجزيئات للحركة بسبب المجال المغناطيسي في الفيزياء، وتجمع الدوال الرياضية في الرياضيات، وفي علم الميكانيكا تعبّر عن مرونة المواد وقابليتها للتغيير أو الكسر، وفي هذا المقال سوف يتم الإجابة عن سؤال ما أصلب المواد الطبيعية في الطبيعة.^[١]

مقياس موس للصلابة

قام العالم الألماني فريدرش موس عام 1812م بوضع مقياس لقياس صلابة المواد وقدرتها على مقاومة التغيير وتحديد ما أصلب المواد الطبيعية، ويتم ذلك باختبار قدرة مادة صلبة على خدش مادة أخرى أقل صلابة منها، ويقوم مقياس موس على ترتيب المواد حسب صلابتها أي أنه يُعطي المواد ترتيبًا معينًا في قائمة المواد الصلبة لكنه لا يُعبّر عنها برقم مقدار الصلابة فيها، ولذلك يوجد الألماس بعد أكسيد الألومنيوم مع أنه أصلب منه وأصلب بأربعة أضعاف من أكسيد الألومنيوم، فهذا المقياس هو طريقة بسيطة لمقارنة صلابة المواد مع بعضها وتحديد صلابة أي مادة أخرى، كما يُستخدم أيضًا مقياس فيكرز لقياس الصلابة عن طريق ضغط مادة الاختبار لمدة 10 إلى 15 ثانية ومقارنتها مع الألماس، وهناك مقياس برينل للصلابة أيضًا ويساعد في تحديد أكثر العناصر الطبيعية صلابة عن طريق ضغط كرة من الفولاذ على سطح المادة المُراد معرفة درجة الصلابة فيها وفيما يأتي سيتم التعرف على ما أصلب المواد الطبيعية.^[٢]

ما أصلب المواد الطبيعية

إن أصلب المواد الطبيعية والتي تتواجد بشكل طبيعي وتكون غير مُصنّعة هو الألماس الذي يوجد بشكل طبيعي بشكل نقي من ذرات الكربون فقط، وله درجة صلابة 10 على مقياس موس، لكن ليس كل أشكال الكربون لها نفس الصلابة وذلك يعتمد على ترتيب ذرات الكربون وترابطها مع بعضها، مثل الكربون أو الجرافيت الموجود في قلم الرصاص يكون سهل الكسر وفيه مرونة عالية عكس الألماس، وتعتمد الصلابة بشكل كبير على ترتيب الذرات في المادة وقوة الروابط فيما بينها وعدم وجود فراغات بين ذراتها فيسهل كسرها، وهناك عناصر طبيعية أخرى لها صلابة عالية مثل البورون وفيما يأتي إجابة عن سؤال: "ما أصلب المواد الطبيعية ؟" وترتيبها حسب مقياس موس:^[٣]

• الألماس، بدرجة صلابة 10 وقدرة تحمل مُطلقة تُقدّر ب1500.
• البورون، وهو عنصر طبيعي بدرحة صلابة 9.5.
• أكسيد الألومنيوم بدرجة صلابة 9.
• الكروم، وهو عنصر طبيعي بدرجة صلابة 8.5.
• التوباز بدرجة صلابة 8.
• التنغستن، وهو عنصر طبيعي بدرجة صلابة 7.5.
• الرينيوم والأوزميوم عنصران طبيعيان بدرجة صلابة 7 مع الكوارتز أكسيد السيليكون.
• أوروكلاز الفلسبار وعنصر التنتاليوم الطبيعي بدرجة صلابة 6.
• الأباتيت والكلورين وعنصر الكوبالت الطبيعي بدرجة صلابة 5.
• الفلورايت وعنصر النيكل الطبيعي والحديد بدرجة صلابة 4.
• الكالسيت أو أكسيد الكالسيوم والنحاس بدرجة صلابة 3.
• عنصر الفضة الطبيعي والزنك بدرجة صلابة 2.5.
• الجبس أو فوسفورايت الكالسيوم والكبريت بدرجة صلابة 2.
• التالك بدرجة صلابة 1.
• السيزيوم وهو عنصر طبيعي بدرجة صلابة 0.2 وبذلك يكون أكثر العناصر القابلة للكسر.

الألماس

وبعد الإجابة عن سؤال: "ما أصلب المواد الطبيعية ؟" فإن الألماس لديه صلابة عالية أقوى من أي عنصر في الطبيعة، وهي من الأحجار الكريمة الأكثر شعبيةً في بلدان العالم أجمع، كما يمكن تصنيع الألماس ويمكن تفرقته عن الألماس الطبيعي من قبل أصحاب الاختصاص، ويوجد الألماس في الأعماق على عمق أكثر من 125 كم، حيث يتعرض لضغط عالي وحرارة شديدين يجعلان ذرات الكربون تترتب بشكل منتظم مكونةً نظامًا هندسيًا رائعًا مما يجعله أكثر لمعانًا وبريقًا من أي حجر كريم آخر، وترتبط كل ذرة كربون بأربعة ذرات كربون أخرى متماثلة من جميع الاتجاهات بدون أية فراغات، فينتج تركيبًا بلوريًا مترابطًا بشكل قوي وهذا ما يجعل خصائص الألماس تختلف اختلافًا كبيرًا عن خصائص ذرات الكربون نفسها وقدرتها على تحمل الضغط أو الكسر بشكل أفضل من العناصر الأخرى، ويختلف لون الألماس عن لون الكربون فالكربون أسود والألماس شفاف لا لون له ويمكن تغيير لون الألماس عن طريق المعالجة الحرارية وبيعه في الأسواق ليلقى رواجًا أكثر.^[٤]

مقارنة صلابة العناصر الطبيعية مع مركباتها

يمكن أن تكوّن العناصر الطبيعية مركبات وسبائك معادن، وتكون هذه المعادن أصلب وأقوى من حالة العنصر النقي، ومثال على ذلك عنصر الكروم المعروف بصلابته ومقاومته للكسر وقدرته على التقليل من التآكل ولكن عند تكوين الفولاذ منه فإن معدن الفولاذ يكون أقوى وأصلب من الكروم نفسه وله رقم موس أكبر للصلابة، وهناك أيضًا كربايد التنغستن الذي يتكون من التيتانيوم وعناصر طبيعية أخرى لكنه أصلب بأربع مرات من عنصر التيتانيوم نفسه، كما هو الحال في السبائك المصنوعة من عناصر الحديد والكربون والكروم والبورون والنيكل والموليبدينوم والنيوبيوم والتيتانيوم كلها معًا يمكن أن تُضيف خصائص أفضل وأصلب ودرجات تحمل أكبر للسبائك من أن تكون مكونة من عنصر واحد فقط، كما يمكن أن تُنتج معادن أو سبائك بمقاييس أفضل من العناصر التي تكوّنت منها ورقم موس للصلابة أكبر، كما يمكن أن تتفاعل العناصر الطبيعية كيميائيًا مع بعضها مثل عناصر الرينيوم والأزميوم مع عنصر البورون وإنتاج مركبات أقوى بكثير من عنصر البورون نفسه، وكما هو معروف أن ثنائي أكسيد الأوسيميوم يستطيع خدش الألماسالذي هو أصلب المواد الطبيعية المعروفة.^[٥]

المراجع

1. ↑ "Hardness", www.en.wikipedia.org, Retrieved 21-07-2019. Edited.
2. ↑ "Mohs_scale", www.wikiwand.com, Retrieved 21-07-2019. Edited.
3. ↑ "the-hardest-element", www.thoughtco.com, Retrieved 21-07-2019. Edited.
4. ↑ "diamond", www.britannica.com, Retrieved 21-07-2019. Edited.
5. ↑ "hardest-metal-known", www.sciencing.com, Retrieved 21-07-2019. Edited.