Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Er hægt að brjóta demant?

Fullkominn demantur samanstendur einungis af kolefnisfrumeindum. Hver og ein kolefnisfrumeind tengist fjórum öðrum kolefnisfrumeindum með sterkum samgildum tengjum og saman mynda frumeindirnar grind eins og sjá má á mynd 1. Þessi sterku tengi valda því að bræðslumark demanta er hæst allra náttúrulegra efna, 3547°C.

Mynd 1. Kolefnisfrumeindirnar í demanti raða sér upp í sterka grind sem gerir demant að þéttasta og harðasta náttúrulega efni veraldar. Myndin sýnir aðeins brot af heildar kolefnisgrindinni.

Harka (e. hardness) efna segir til um það hversu erfitt er að rispa þau. Fullkominn demantur er harðasta efni náttúrunnar og hefur hörkuna 10 á Mohs-skalanum sem þýðir að það eina sem getur rispað hann er annar fullkominn demantur. Harka demanta minnkar ef einhverjir gallar eru í kolefnisgrindinni eða ef einhver óhreinindi eru til staðar en helstu óhreinindin í demöntum er köfnunarefni. Demantar sem eru ekki alveg fullkomnir hafa minni hörku og þá er hægt að rispa með fullkomnari demanti eða jafnvel bórnítríði (e. boron nitride), sem er nánast jafn hart og hörðustu demantar. Rétt er að taka fram að aðeins lítill hluti demanta er gallalaus.

Kolefnisfrumeindirnar í demöntum liggja svo nálægt hverri annarri að demantar eru þéttasta efni sem um getur. Vegna þessarar þéttu pökkunar frumeindanna og hversu einstaklega stíf kolefnisgrindin er geta frumeindirnar lítið sem ekkert hreyfst þegar demöntum er nuddað upp við önnur efni; þetta gefur demöntum hörku þeirra.

Þrátt fyrir þessa sterku eiginleika demanta er hægt að eyða demöntum, til dæmis með því að kveikja í þeim en til þess þarf að minnsta kosti 850°C hita og nægt súrefni til að viðhalda brunanum.

Einnig er hægt að brjóta demanta eins og marga aðra kristalla, gler og keramikefni. Í þessu samhengi er því talað um að brotstyrkur (e. fracture toughness) demanta sé ekki ýkja hár. Málmar eru til dæmis með mun hærri brotstyrk en demantar því málmar eru þeim eiginleikum gæddir að bogna fremur en að brotna þegar afli er beitt á þá.

Munurinn á málmum og demöntum liggur í því að málmjón í málmklumpi deilir rafeindum sínum með öllum hinum málmjónunum í klumpnum, málmjónirnar geta því auðveldlega hliðrast til ef klumpurinn fær á sig högg sem verður til þess að dæld myndast, sjá mynd 2.

Mynd 2. Málmjónir í málmklumpi geta flust til þegar málmklumpurinn fær á sig högg eða þegar hann er sveigður eða teygður. Þetta gerist ekki þegar demantur verður fyrir höggi og því myndast sprunga í demantinn eða hann klofnar.

Frumeindirnar í demanti eru hins vegar algjörlega fastar á sínum stað því hver frumeind í demantinum deilir sínum rafeindum einungis með þeim fjórum frumeindum sem þær tengjast með sterku samgildu tengi í kolefnisgrindinni. Þegar demantur verður fyrir miklu höggi fer orkan ekki í að ýta kolefnisfrumeindunum til í demantsgrindinni. Komi höggið hins vegar á réttan stað nær orkan að rjúfa samgild tengi milli sumra kolefnisfrumeinda og myndast þá sprunga eða demanturinn klofnar. Það er þó ekki öruggt að demantur klofni þó hann verði fyrir höggi, stefna höggsins skiptir öllu máli. Í gegnum demanta liggja fjórar brotlínur (e. cleavage lines) í mismunandi áttir; í þessar áttir eru færri tengi sem þarf að brjóta. Sé afli beitt eftir einhverri af þessum áttum getur demanturinn brotnað. Demantar klofna sem sagt ekki hvar sem er og þeir eru ekki eins brothættir og ætla mætti í fyrstu en það er vel hægt að brjóta þá hitti maður á rétt horn. Í myndskeiðinu hér fyrir neðan má sjá þegar demantur er klofinn í sundur:

Myndband:

Heimildir:

Myndir:

Útgáfudagur

24.10.2019

Spyrjandi

Grétar Smári Samúelsson

Höfundur

Emelía Eiríksdóttir

efnafræðingur og starfsmaður Vísindavefsins

Tilvísun

Emelía Eiríksdóttir. „Er hægt að brjóta demant?“ Vísindavefurinn, 24. október 2019. Sótt 13. nóvember 2019. http://visindavefur.is/svar.php?id=77341.

Emelía Eiríksdóttir. (2019, 24. október). Er hægt að brjóta demant? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=77341

Emelía Eiríksdóttir. „Er hægt að brjóta demant?“ Vísindavefurinn. 24. okt. 2019. Vefsíða. 13. nóv. 2019. <http://visindavefur.is/svar.php?id=77341>.

Chicago | APA | MLA

Sendu inn spurningu
eða

Vísindadagatalið

Viðar Guðmundsson

1955

Viðar Guðmundsson er prófessor í eðlisfræði við HÍ. Rannsóknir Viðars hafa snúist um líkanagerð af ýmsum eiginleikum rafeindakerfa í skertum víddum í manngerðum hálfleiðurum.