钻石比铁硬许多倍，如果用铁锤砸钻石会怎么样？（铁锤跳跃）

钻石比铁硬多了

钻石是自然界已知最坚硬的物体，它的莫氏硬度为10。铁的莫氏硬度大约在4~4.5之间，可以说钻石比铁硬一倍吗？你错了。

莫氏硬度以等级划分，10是最高等级，它代表绝对硬度为1500的钻石，而铁的绝对硬度大约只有21~35。由此可见，钻石的硬度至少是铁的40倍！

钻石是如此坚硬，如果我们用铁锤砸一粒钻石会发生什么？它会碎裂还是嵌入到铁里面去？

这是一个有趣的问题，我们今天就从科学的角度来为你解开谜团。

砸钻石？

砸钻石很费钱

有朋友可能会说，这还不简单，你砸一颗试试不就有结果了！

老粥是无论如何砸不起钻石的，这小东西太贵了，并且我所掌握的知识告诉我：“最好别试，你玩不起。”

那将是非常痛的领悟

不过，国外倒真是有好事者拿真钻石来做过实验，他们将一颗价值6000美元的天然钻石放在铁砧上，用同样是铁的锤子来敲击它，结果悲剧了：钻石并没有嵌入到铁里面，而是被敲的粉碎。

下面就是钻石碎裂过程的慢镜头，6000美元瞬间化为乌有。

钻石碎裂的慢镜头

这实验有一个问题

不知道你有没有注意到铁锤接触到钻石瞬间的画面：这颗钻石是斜着放在铁砧上的，就像图一的钻石那样。而如果我们将它的尖端向上，只要敲击的力度不太大，钻石还真未必这么容易就碎成渣渣。

钻石尖端的强度要高许多

热爱物理的朋友一定听说过一种叫作“钻石砧座”的东西，它的英文名为Diamond anvil cell（DAC），这是物理学家最爱的工具之一。通过将两颗钻石的尖端相对挤压，可以在亚毫米大小的空间里产生最高相当于770万个大气压的巨大压强，这可以模拟地球中心甚至木星内部的极端压力，有传言称哈佛大学的团队曾经用这种装置将液态氢压成了金属氢，只可惜后来“装置漏气”，金属氢消失了。

钻石砧座的显微照片

钻石砧的两颗钻石相互挤压能产生如此高的压强，说明钻石在某些状态下的耐压性还是非常高的，如果你将其尖端朝上，再用铁锤砸它，很多时候它会完好无损地跳起来。这是因为当铁锤撞击钻石的瞬间，钻石几乎不变形，它将力传递到下方的铁砧使其变形，铁砧反弹的力让钻石弹跳起来。

钻石在敲击后弹跳起来

这到底是为什么呢？我们需要从钻石的分子结构说起。

钻石的分子结构

与石墨和石墨烯一样，钻石是碳的一种同素异形体。碳原子最外层有4个电子，在高温高压下，每一个碳原子都可以与其相邻的4个碳原子形成共价键，这样碳原子的最外层都达到8个电子的稳定状态。同样地，每5个原子组成的一个四面体也像金字塔一样稳定，当其顶端的原子受压，压力会均匀向下传递给另外四个原子。

这是钻石的一个晶胞，它会分散压力

我们将这5个碳原子组合而成的四面体菱形结构称为一个“晶胞”，钻石就是由许许多多晶胞结合在一起的巨大稳定分子。当这个分子的顶端受压时，压力会通过碳原子的键迅速分散到晶体内其它原子，从而将压力分散开来。

钻石的晶体排列

到目前为止，在自然界还没有发现其它的分子结构比钻石晶体的分子结构更稳固，因此钻石的硬度和抗压强度是最强的。

万物皆有其弱点

所谓“成也萧何败也萧何”，钻石的这种结构看起来相当完美，却也并非无懈可击。

我们只要将这个晶体稍稍转一个角度，就能发现它其实也是“分层”的，层与层之间的碳原子键要少得多。

侧向是钻石晶体的薄弱点

相比于垂直方向，碳-碳键的侧向受力能力则要弱许多。如果我们给钻石施加的力并不是从晶体的“顶端”垂直向下，而是斜着施加在这些“分层”的侧面，这些薄弱的键就会发生断裂。

在材料科学中，物体吸收外部冲击能量产生塑形变形而不破裂的能力被称为韧性。钻石由于其晶体结构的特点，它在某些方向（晶体111方向）上可以承受强大的压力，同时在受到强烈冲击时不容易发生变形，因此冲击能量不易被转化为热能消耗掉；如果冲击的方向不在晶体的顶端，钻石的碳共价键会发生断裂。也就是说钻石的断裂韧性比较弱。

现在你应该能够理解，为什么钻石在倾斜放置时很容易被砸碎了。为了使钻石拥有更平整光滑的光线反射面，工匠在加工和打磨钻石时常常将其分层的底面作为顶，其尖端方向自然就是强度最高的位置；相应地，钻石的侧面可能就是它的“阿喀琉斯之踵”。