Rekorde sind im spektakulär. Das härteste Element im Periodensystem etwa. Oder das härteste Material der Erde. Wenn Materialien extrem hart sind, bringen diese spektakuläre Eigenschaften mit sich.

Was ist das härteste Element der Welt?

Das härteste Element der Welt ist Osmium, ein seltenes und kostbares Edelmetall, das die Ordnungszahl 76 und das Symbol Os hat. Osmium hat eine Dichte von 22,59 g/cm 3 , die höchste aller natürlichen Elemente². Es ist auch sehr hart, aber nicht so hart wie Diamant, der eine Härte von 10 auf der Mohs-Skala hat. Osmium hat eine Härte von etwa 7 auf der Mohs-Skala, was bedeutet, dass es Kratzer auf Glas, Quarz und Stahl machen kann.

Allerdings können synthetische Diamanten, die künstlich hergestellt werden, die Härte von Osmium übertreffen. Diamanten sind kein “Element” im Sinne des Periodensystems, sie bestehen aus stark komprimierten Kohlenstoff, einem Element welches wir täglich ein und ausathmen. Somit ist das härteste Element der Welt Osmium.

Das härteste Element im Periodensystem

Je schwerer ein Objekt, desto höher die Dichte. Blei ist schwer aber Osmium toppt einfach alles. Osmium ist nämlich vor Iridium das härteste Element im Periodensystem der Elemente. Es trägt die Ordnungszahl 76 und das Zeichen für Osmium ist OS. Wie dicht das Edelmetall tatsächlich ist, lässt sich mit kristallographischen Berechnungen feststellen. Hierbei liegt der Wert für Osmium bei 22,59 g/cm³ . Iridium folgt dicht dahinter mit nur minimal geringerer Dichte. Bei Iridium konnte eine Dichte von 22,56 g/cm³ im natürlichen Isotopenverhältnis gemessen werden. Damit ist Osmium das dichteste auf der Erde natürlich vorkommende Element.

Hier gilt es zu unterscheiden: Dichte, Härte und Abriebfestigkeit. Bei der Härte liegt Diamant vorne. Bei Dichte und Abriebfestigkeit liegt Osmium vor allen anderen, natürlich vorkommenden Materialien.

Warum ist die Härte eines Elements wichtig?

Die Härte eines Elements ist wichtig, weil sie bestimmt, wie gut es andere Materialien bearbeiten oder schneiden kann. Harte Materialien können weiche Materialien leichter durchdringen oder abtragen. Deshalb werden Diamanten oft für Schneidwerkzeuge, Schleifscheiben oder Bohrer verwendet, um Holz, Metall, Stein oder andere Materialien zu zerschneiden oder zu formen. Osmium könnte theoretisch auch für solche Zwecke verwendet werden, da es ebenfalls sehr hart und abriebfest ist. Allerdings ist Osmium viel zu teuer und selten, um als Werkstoff zu dienen. Der Preis für Osmium liegt bei etwa 1800 Euro pro Gramm, während der Preis für Diamant je nach Qualität und Größe stark variieren kann.

Das härteste Element der Welt

Je dichter die einzelnen Moleküle zusammen gedrängt sind, desto härter ist das Material auch. Osmium ist damit das härteste, auf der Erde natürlich vorkommende Element. Die Härte übertrifft jedoch nicht die Härte von Diamant. Künstlich hergestellte, synthetische Diamanten können die Härte von Osmium übertreffen.

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Wofür werden harte Elemente genutzt?

Mit harten Stoffen können weiche Materialien bearbeitet werden. Daher finden Diamanten oft Anwendung, wenn Materialien geschnitten werden sollen. Selbst Schleifscheiben für den Zuschnitt von Aluminium und Metallen sind häufig mit Diamant besetzt. Ein Beispiel ist dieser Winkelschleifer. Es sind Geräte, die wir aus dem Baumarkt kennen. Sie schneiden Holz wie Butter und ermöglicht wird dies durch die Härte der aufgebrachten Diamanten.

Osmium Disk

Natürlich könnte man statt einer Scheibe mit Diamanten auch eine Osmium Disk hierfür verwenden. Die Osmium Disk wäre schließlich ebenfalls extrem hart und sogar abrieb fester als Diamant. Die Osmium Disk hat jedoch zwei entscheidende Nachteile:

• Spröde: Kristallines Osmium ist sehr spröde, es zerspringt schnell. Eine Osmium Disk wäre deshalb keine gute Wahl um damit andere Materialien zu bearbeiten. Selbst ein Osmium Ring, welcher aus einem Rundbarren produziert wurde, fand seinen Weg nicht in die Serie weil er beim zuboden fallen sofort zerspringt.
• Der Preis. Osmium ist das seltenste Edelmetall der Welt und damit unglaublich teuer. Das funkelnde Material wird zunehmend für Schmuck verwendet und zu funkelnden Ringen und Anhängern verarbeitet. Es wäre daher große Verschwendung, eine Osmium Disk in den Winkelschleifer einzusetzen.

Weil es das härteste Element der Welt ist, wird Osmium in einigen Legierungen verwendet, um ihre Härte und Verschleißfestigkeit zu erhöhen. Zum Beispiel wird Osmium mit Iridium gemischt, um die Spitzen von Füllfederhaltern oder Nadeln zu verstärken. Osmium wird auch in der Medizin und Chemie verwendet, um bestimmte Verbindungen oder Katalysatoren herzustellen.

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Härtestes Material der Erde

härtestes Material der Erde ist ein neu entdeckter Stoff, der aus Kohlenstoff-60 Molekülen besteht, die auch als Buckyballs bekannt sind. Dieses Material ist weder kristallin noch amorph, sondern eine Mischung aus beiden. Es entsteht durch extremen Druck und Temperatur, wie er bei Asteroiden-Einschlägen auf Zwergplaneten vorkommt. Es ist so hart, dass es Diamanten, die lange Zeit als das härteste natürliche Material galten, um bis zu 60 Prozent auf der Mohshärte-Skala übertreffen kann. Dieses Material hat noch keinen offiziellen Namen, wird aber manchmal als Super-Diamant bezeichnet. Es könnte in Zukunft für den Bergbau, die Industrie oder die Wissenschaft nützlich sein. Auch Anwendungen in der Medizin sind denkbar.

Das härteste Material der Erde wird synthetisch hergestellt. Es ist deshalb kein Element. Das härteste Element der Welt ist Osmium. Am bekanntesten ist Osmium in seiner kristallinen Form und auch hier spielt Druck und Hitze eine entscheidende Rolle.

Wie wird der Druck und die Temperatur erzeugt?

Wer das härtestes Material der Erde herstellen möchte, braucht viel Druck und Temperatur. Dies kann auf verschiedenem Wege gelingen:

• Durch Kompression eines Gases: Wenn ein Gas in einem geschlossenen Raum zusammengedrückt wird, erhöhen sich der Druck und die Temperatur, weil die Gasteilchen schneller und häufiger zusammenstoßen.
• Durch Erwärmung einer Flüssigkeit: Wenn eine Flüssigkeit erhitzt wird, dehnt sie sich aus und nimmt mehr Platz ein. Dadurch steigt der Druck in dem Behälter, in dem die Flüssigkeit sich befindet. Außerdem verdampft ein Teil der Flüssigkeit und bildet einen Dampfdruck, der von der Temperatur abhängt.
• Durch Schwerkraft auf eine Luftsäule: Die Luft in der Atmosphäre wird durch die Schwerkraft der Erde nach unten gedrückt. Je höher man sich befindet, desto weniger Luft ist über einem und desto geringer ist der Luftdruck. Die Temperatur sinkt ebenfalls mit der Höhe, weil die Luft weniger Wärme speichern kann³. Um jedoch das härtestes Material der Erde zu produzieren oder Osmium zu kristallieren, reicht Schwerkraft alleine nicht aus. Hier ist Spezialequipment von nöten und hoher Energieaufwand.