¿Existe algo más duro que el diamante?

¿Cuál es el material más duro que existe? Es muy posible que tu respuesta sea "y yo qué sé". Al fin y al cabo, la tecnología avanza tan deprisa que parece inevitable que algún día creemos materiales que ahora mismo nos parecen pura fantasía, como el adamantium del esqueleto del Wolverine, el vibranium del escudo del Capitán América o el Uru del martillo de Thor.

Pero, ¿y si te dijera que ya conocemos el material más duro del universo? Lo digo en serio y lo tengo aquí mismo. Este material ultraduro se forja en las profundidades abrasadoras de los planetas y en las explosiones de estrellas muertas. Es capaz de cortar casi cualquier cosa y resiste presiones de millones de atmósferas. Esta sustancia que parece sacada de una historia de ciencia ficción es el diamante, y no se conoce nada que se acerque a su dureza.

¿Cuál es el secreto de la dureza extrema del diamante? Y realmente, es el material más duro que existe. Spoiler: seguramente sí. Pero, ¿cómo sostienes algo así, bro? Vaya mente más cerrada. Dislike. Como dijo el grandísimo Carl Sagan, "afirmaciones extraordinarias requieren pruebas extraordinarias". Un momento. Hay razones de peso para pensar que no existe nada más duro que el diamante. Y para entenderlas, tenemos que averiguar qué es realmente la dureza.

La dureza se define como la resistencia que opone un material a sufrir una deformación plástica local. O sea, lo difícil que es rayarlo o hacerle una muesca. Pero un simple rayón es más complejo de lo que parece. Si miramos un material muy de cerca mientras lo punzamos, veremos que en su superficie ocurren dos cosas a la vez. Por un lado, el material se comprime y por otro, se hunde como si se deslizase hacia dentro. Este segundo movimiento se llama esfuerzo cortante o cizalladura. Por tanto, la dureza no es una propiedad aislada, surge de la combinación de la resistencia a la compresión y a la cizalladura de cada material.

Y estas propiedades se miden con dos números clave: el módulo de compresibilidad K y el de cizalladura G. Y cuanto más grandes son K y G, más duro es el material. Por ejemplo, una lata de refresco se puede aplastar y deformar con las manos porque el aluminio tiene una K y una G relativamente bajas (70 y 26 GPALes). En cambio, no puedes retorcer una lata de acero porque, con unos 180 y 80 GPALes, esta aleación es muchísimo más resistente. Pero incluso el acero parece plastilina al lado de los materiales más duros. La alumina de los rubíes y los zafiros tiene una K y G de 250 y 160 GPALes. El nitruro de boro cúbico tiene 370 y 400, y el diamante alcanza unos increíbles 440 y 530 GPALes. Los valores de K y G más altos jamás medidos. Por eso el diamante es el material más duro conocido.

Y eso no es todo. Se sospecha que el anclaje del diamante ya roza los valores más altos posibles y que ningún otro material está más cerca de ese límite. En otras palabras, no tiene pinta de que exista nada más duro que el diamante. Pero, ¿cómo podemos estar tan seguros? Para descubrirlo, tenemos que averiguar qué determina la resistencia a la compresión y a la cizalladura de un material a nivel fundamental. Y la respuesta está en... ¡madre mía, otra vez! Los electrones. Los átomos están hechos de un núcleo con protones y neutrones que está rodeado de electrones. Y estas últimas partículas influyen en la dureza de dos maneras.

Por un lado, los electrones se repelen entre ellos porque todos tienen la misma carga eléctrica negativa y cuanto más cerca están, mayor es la fuerza que los repele, igual que les ocurre a dos imanes encarados por el mismo polo o a mi mano y al gato de mi mujer cuando intento acariciarlo. Por tanto, lo que realmente se opone a nuestra fuerza cuando comprimimos un objeto es la repulsión entre sus electrones, que impide que sus átomos se junten del todo y el material se colapse. Y cuanto más concentrados están los electrones de un material, más difícil es acercar sus átomos y mayor es su módulo de compresibilidad. En resumen, la resistencia a la compresión de los materiales le determina cuánto cuesta acercar sus átomos.

Partiendo de ahí, ¿de qué crees que depende la resistencia a la cizalladura? Correcto. ¿De cuánto cuesta separarlos? Cuando aplicamos un esfuerzo cortante sobre un material, algunas de sus filas de átomos se deslizan y se descolocan. Igual que las piezas de este bloque de imanes. Este deslizamiento interno es lo que hace que los materiales se deformen por cizalladura y los electrones se oponen a esta deformación de dos maneras.

Primera, como ya vimos en otro vídeo, los átomos se enlazan unos con otros a través de sus electrones exteriores. Y aunque la fuerza de esas uniones depende de varios factores, ahora mismo lo podemos resumir así: cuanto más fuertes son los enlaces, más cuesta mover los átomos de su sitio y deformar el material. Segunda, según cómo se enlacen, los átomos pueden adoptar muchos patrones diferentes, la llamada estructura cristalina de cada material. Y si un patrón tiene planos débiles por los que los átomos se deslizan con facilidad, el material será más vulnerable a los esfuerzos cortantes y su resistencia a la cizalladura se resentirá.

Por tanto, los electrones juegan un papel doble en los materiales. Son a la vez el pegamento que une los átomos y la barrera que les impide acercarse. Y esta dualidad es el secreto de la dureza extrema de los diamantes. Los diamantes están hechos de carbono, un elemento que en condiciones normales es un sólido oscuro y quebradizo que puede romper con la mano. Pero las cosas cambian bajo presiones y temperaturas extremas, porque entonces los átomos de carbono se ordenan formando una red de tetraedros interconectados. Esta es la estructura cristalina del diamante.

Este patrón geométrico ofrece una resistencia a la cizalladura brutal porque, por un lado, no tiene planos débiles y, por otro, los enlaces entre sus átomos de carbono son unos de los más fuertes que existen. Pero eso no es todo. Gracias a su pequeño tamaño, los átomos de carbono forman una red cristalina extremadamente compacta. Y la fuertísima, espera. ¿Fuertísima o fortísima? Ah, pues valen las dos. Y la fortísima repulsión de todos esos electrones apiñados también le da al diamante una resistencia a la compresión inmensa. En resumen, el diamante roza el límite máximo teórico de dureza porque esta estructura que forma el carbono es casi la más compacta y resistente posible.

La pregunta es: ¿existe algún material aún más duro? Es decir, ¿otro elemento o combinación de elementos que forme una estructura aún más fuerte que la del diamante? Pues no tiene pinta. ¿Cómo que no? ¿Y qué me dices de la lonzaleita? ¿O del carbono amorfo ultradenso? ¿O de los cúmulos de fulereno comprimidos? ¿O de ciertas formas cristalinas teóricas que puede formar el... Aunque es cierto que de vez en cuando alguien anuncia que ha descubierto algún material más duro que el diamante, hasta ahora nunca ha sido cierto. Estos descubrimientos siempre han sido o bien predicciones teóricas cuestionables o mediciones erróneas.

Un caso muy conocido es el de la lonzaleita, una forma hexagonal del carbono que en su momento se calculó que podría ser un 58% más dura que el diamante. Sin embargo, ahora sabemos que esa cifra era muy optimista y que la diferencia de dureza es mínima y solo en ciertos planos cristalográficos. De hecho, las pocas muestras de lonzaleita que se han logrado producir exhiben una dureza inferior o igual a la del diamante. Por si esto fuera poco, recordemos que el diamante ya roza la dureza máxima posible y que, por tanto, no queda mucho margen para la mejora. Es decir, que incluso aunque algún día se descubra algo más duro que el diamante, lo más probable es que no sea un material indestructible digno de Marvel, simplemente será algo un poco más duro que el diamante.

Discrepo. Recuerdo un vídeo en el que decías que... Sí, lo sé, lo sé. Hace un par de años hice un vídeo sobre un tipo de diamantes negros que son más duros que el propio diamante, pero no son más duros porque estén hechos de un material distinto, sino porque su superficie está cubierta de millones de diamantitos ordinarios minúsculos orientados en su dirección más dura. Ah, y tened en cuenta también que el diamante es el material más duro en condiciones normales. En ciertas condiciones extremas que son imposibles en la Tierra, hay algunos materiales que podrían ser aún más duros, aunque perderían su dureza al sacarlos de sus ambientes extremos, pero de eso tal vez hablaré en otro vídeo.

O sea, que para conseguir el material más duro del universo no hay que recurrir a tecnologías alienígenas futuristas o a las historias de ciencia ficción. Lo único que necesitas son unos cuantos átomos de carbono ordenados de la manera adecuada. Eso sí, que el diamante sea durísimo no quiere decir que sea irrompible. De hecho, como expliqué en otro vídeo, un pequeño cristal del material más duro conocido se puede romper de un simple martillazo.

Ahora bien, ¿sabes lo que es realmente duro? Recibir correos y llamadas de spam sin parar. Y en eso te puede ayudar el martillo de Incogni. ¿Te has preguntado alguna vez de dónde sacan tu contacto todos esos números de teléfono extraños? De internet. Ahí está todo: tu nombre, tu correo electrónico, tu dirección, tu número de teléfono. Toda esta información está recopilada en grandes bases de datos que a menudo acaban en manos de estafadores que las usan para acribillarte a spam, llamarte a horas intempestivas o, en los casos más graves, suplantar tu identidad.

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[Música]

¿Puedo tirar uno de prueba? Sí, claro. Tiene que dar darme a ser posible. Sí.

[Aplausos]

Está bien.