Los diamantes son apreciados por su dureza. En joyería, pueden durar generaciones y resistir rayones durante el uso diario. Como cuchillas o brocas, pueden penetrar casi cualquier cosa sin destruirse. En forma de polvo, los diamantes pulen piedras preciosas, metales y otros materiales.
Entonces, ¿hay algo más duro que el diamante? Resulta que descubrir la respuesta es, bueno, un poco difícil.
Para la mayoría de los propósitos prácticos, el diamante sigue siendo el material más duro, dijo Richard Kaner, químico de materiales de la Universidad de California en Los Ángeles. Hay formas de crear diamantes que son más duros que los diamantes tipo gema estándar. Y hay otros materiales que, en teoría, podrían ser más duros que el diamante, pero no existen en una forma que se puedan sostener en la mano o utilizar ampliamente.
Si bien cualquiera que use un anillo de diamantes puede dar fe de la durabilidad del cristal, es importante comprender que “dureza” significa algo muy específico para los científicos, dijo Paul Asimow, geoquímico de Caltech. A menudo se confunde con otras cualidades, como la rigidez o la fuerza. Estos factores a veces, pero no siempre, se correlacionan con la dureza.
El diamante, por ejemplo, es muy duro pero sólo moderadamente rígido. Y es sorprendentemente fácil de romper: se rompe fácilmente a lo largo de sus caras de cristal, que es la forma en que los cortadores de gemas pueden crear diamantes hermosos y multifacéticos que brillan.
Los científicos miden la dureza de diferentes maneras. Los geólogos a menudo se basan en una métrica comparativa llamada escala de dureza de Mohs, una forma de identificar minerales en el campo en función de si pueden rayarse entre sí. El diamante es un 10 (el máximo de la escala), lo que significa que puede rayar casi cualquier cosa. El talco blando y quebradizo es 1.
En el laboratorio, los científicos de materiales confían en una medición más precisa llamada prueba de dureza Vickers, que determina la dureza de un material en función de la fuerza necesaria para indentarlo con una punta puntiaguda. Para visualizar esto, imagine clavar un lápiz en una goma de borrar.
El diamante está formado por átomos de carbono dispuestos en una red cúbica, unidos por enlaces químicos cortos y fuertes. Esta estructura le confiere su famosa dureza. La mayoría de los materiales que afirman ser más duros que el diamante provienen de cambios leves en la estructura cristalina clásica del diamante o del intercambio de algunos de los átomos de carbono por átomos como el boro o el nitrógeno.
Un principal candidato para un material más duro que el diamante es la lonsdaleíta. Al igual que el diamante, la lonsdaleita está formada por átomos de carbono, pero están dispuestos en una estructura cristalina hexagonal en lugar de cúbica.
“La lonsdaleíta es muy desconcertante”, dijo Asimow a Live Science. Hasta hace poco, se había encontrado en cantidades tan pequeñas, principalmente dentro de meteoritos, que no estaba claro si contaba como un material independiente o si era simplemente un defecto en la estructura cristalina estándar del diamante.
Recientemente, un equipo de científicos encontró cristales de lonsdaleíta del tamaño de una micra en meteoritos, cristales todavía pequeños, pero mucho más grandes que los hallazgos anteriores. Eso le ha dado más credibilidad al mineral, dijo Asimow. Otros científicos han informado que fabricaron lonsdaleíta en el laboratorio, aunque los cristales existieron sólo durante una fracción de segundo. Así que la lonsdaleíta es intrigante, pero no reemplazará al diamante para aplicaciones como cortar, perforar o pulir en el corto plazo.
Jugar con la estructura a nanoescala del diamante también puede crear un material que sea más duro que un diamante normal. Un material formado por muchos cristales diminutos de diamante será más duro que un diamante con calidad de gema que sea un solo cristal, porque los granos a nanoescala se bloquean en lugar de moverse unos sobre otros. Se dice que los diamantes “nanothermanados”, en los que los granos forman patrones especulares entre sí, tienen el doble de dureza que los diamantes normales. Sin embargo, al final del día, la mayoría de los científicos no buscan materiales superduros únicamente para establecer récords: están tratando de crear algo útil.
“Los científicos de materiales dedican mucho tiempo a inventar materiales superduros que puedan fabricarse a escala”, dijo Asimow. “Y para muchos propósitos, ser más duro que el diamante no es el criterio de diseño”. Es posible que los científicos quieran algo casi tan duro como el diamante, pero más barato o más fácil de fabricar en el laboratorio.
Por ejemplo, el laboratorio de Kaner ha creado una variedad de metales superduros que podrían usarse en aplicaciones industriales en lugar del diamante. Uno que ahora está disponible comercialmente es una combinación de tungsteno y boro, con algunos otros metales esparcidos. La forma de los cristales le da al material diferentes propiedades en diferentes direcciones, por lo que, cuando se mantiene en la orientación correcta, puede rayar un diamante, dijo Kaner a Live Science. También es más asequible de crear, en parte porque no requiere las condiciones de alta presión que se utilizan para fabricar diamantes en el laboratorio, señaló. Entonces, si bien el diamante en sus múltiples formas todavía domina en términos de dureza, el material clásico enfrentará desafíos para ocupar su trono en el futuro.
Fuente: Live Science.
