为什么金刚石是自然界最硬的物质？
金刚石也被称为钻石，是由碳元素组成的一种无色晶体，是自然界最硬的物质。自然界里的金刚石一般形成于地球内部高温高压的环境，随后被火山喷发等地壳运动带到地表。

那么，金刚石为什么是自然界最硬的物质？在谈论这个问题之前，我想先说说其他物质相较于金刚石究竟差在了哪里。

首先是同样为碳的同素异形体的石墨，石墨拥有层状的结构，虽然层内由强力的共价键连接，但层与层之间却由微弱的范德华力维持。范德华力比共价键弱得多，通常其能量小于5kJ/mol，比共价键要弱2个数量级。因此，我们掰开石墨只需要破开它弱小的层间作用力即可。石墨的硬度也因此不高。

然后是与金刚石结构类似的二氧化硅，虽然既学到了金刚石的结构，还同样拥有强力的共价键，但二氧化硅的硅氧键是极性共价键，金刚石的碳碳键是非极性共价键。极性共价键由于既有共价性又有离子性，更易被破坏。举个通俗的例子，这就像两只狗狗在拖拽一块肉，如果一只狗比另一只强壮，就很容易将肉抢走，结束拖拽。但如果两只狗势均力敌，则会相持不下，维持拖拽的状态。

再看金刚石，其不仅由稳定的非极性共价键组成，所有的价电子都参与了共价键的形成，而且碳碳键键长短而键能高，其三维的构型也能够将外力分担到晶体各处。尽管有的物质拥有强力的共价键，有的物质拥有稳固的构型，但极少能像金刚石这样同时做到如此优秀的程度。

那么有物质比金刚石更硬吗？答案是有的，目前人类已经能够合成很多比金刚石更硬的材料了。例如用压缩富勒体合成的聚合钻石纳米棒，以及聚合物聚甲炔在1,000°C氩气气氛下热分解而成的蓝丝黛尔石（Lonsdaleite）。值得一提的是，蓝丝黛尔石不仅可以人工合成，而且还是天外来客。其第一次被鉴别出，是在1967年美国亚利桑那州的巴林杰陨石坑。但天然的蓝丝黛尔石拥有杂质，硬度低于金刚石，如果人工合成则比钻石硬58%。

虽然人工合成的许多物质硬度已经能够超过金刚石，但其硬度受限于共价键的强度。如果有一种物质能够不依赖电子，只需要核子构成，那么它的硬度就能突破电子的限制。那就是水滴中子星。

中子星是恒星演化到末期，经过引力坍缩发生超新星爆炸后形成的星体。电子被强大的引力压进原子核中，质子和电子将会因引力的作用结合在一起成为中子，泡利不相容原理则会维持中子星的稳定，阻止其进一步坍缩。中子星是宇宙中已知最刚硬的物体，它的杨氏模量比钻石还刚硬20个数量级。