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人造钻石的前奏
人类在年前就知道了钻石。这种透明的钻石经过打磨后被称为钻石,被列为世界珍宝。同时困扰了人们很久,没人知道它是什么做的。
年,英国科学家牛顿指出钻石是可燃的;年,法国科学家拉瓦锡指出碳和钻石有一些相似之处;年,英国科学家坦南特对钻石燃烧产生的二氧化碳进行了定量分析,得出钻石是纯碳的结论,进而得知钻石是在高温高压下产生的。年,法国化学家莫尔沃将钻石转化为石墨。
这个时候很多人都在想:普通的石墨难道不能在高温高压下变成价值不菲的钻石吗?谁能打通这个“黄金”通道?
年,英国青年霍妮说,在骨油和石蜡的混合物中加入轻金属锂,然后放入密闭的钢管中加热至白炽。他声称自己做过80多次实验,大部分都差点以气体泄漏爆炸告终。在三根未断裂的钢管中发现了坚硬透明的小颗粒。霍尼说那是一颗钻石。那天晚上他报告了他的成功。起初,人们对他的工作评价很高,但由于没有人能根据霍尼的实验重复他的结果,他变得冷漠,怀疑,甚至被嘲笑。
13年后,法国化学家莫瓦桑(~)宣布人造金刚石成功,很快得到科学界的认可。
莫瓦桑是一名合格的大学教授,在无机化学领域做出了巨大贡献。他发现了大量制备氟的方法,使他能够进一步研究氟的各种性质;后来,他用自己的高温电炉制造了电石和碳化硅。这些成就使他在化学工业中出名。在此基础上,他开始探索人造钻石。起初,他想通过制造氟碳化合物,然后去除氟来获得钻石。然后,他预测碳会结晶成钻石。这些失败了,但是获得了一些石墨残留物。后来,他想象用高温电炉熔化掺碳铁,然后突然放入冷水中。当铁水表面急剧冷却收缩时,会产生强大的压力,使包裹在铁水中的碳按照金刚石的结构排列到位,然后用酸溶解铁水,从而获得金刚石的结晶。
这位科学素养很高的著名科学家走上了自己的设计之路。年2月6日,他将碳和铁的化合物溶解在酸中,得到一种混浊的物质。在显微镜下,我们可以看到一个微小的闪闪发光的八面体,其中一个长达0.7毫米。
莫瓦桑高兴地向新闻界和科学院报告了这一重要成果。因为他最近对氟化学的研究和高温电炉的发明而出名,科学界也相信他,他立刻引起了轰动,被视为极大的喜悦。人们真的以为人造钻石已经成功了,而其他正在探索人造钻石的科学家却放下了工作。
当年诺贝尔化学奖获得时,莫泊桑因其在无机化学方面的成就而被提名为候选人。另一位提名门捷列夫为获奖者,因为他对化学元素周期律做出了众所周知的贡献。辩论结束时,瑞典科学院化学系进行了投票。十个成员中有五个同意莫瓦桑,四个同意门捷列夫,一个弃权。所以Movasan获得诺奖的理由并不充分(除了合成钻石,他的贡献应该是被认可的,但不足以获得诺奖)。门捷列夫因为次年去世,失去了连任的可能。这是诺贝尔奖历史上的一个遗憾。
需要指出的是,在颁奖仪式上,瑞典科学院的官方发言只是表扬了摩凡陀对氟化学的贡献和高温电炉的发明与应用,并没有提到人造金刚石的问题。不过,莫瓦桑在演讲中强调了自己的得意之作。
莫瓦桑没有将他的人造钻石投入生产或获得专利,他甚至对这项工作不感兴趣。他的“真正兴趣”是“开拓新视野”和“在广阔的科学领域为所欲为”。因此,尽管他的人造钻石从未重演,直到年去世,他仍陶醉在胜利的喜悦中。
虽然没有人怀疑摩凡陀的人格,但人们对人造钻石实验的满意程度并不像摩凡陀本人那么高。无论从科学上,还是从实用利益上,我们也希望在Movasan的基础上不断进步,尽快转化为实用的生产技术。我不知道有多少人根据莫泊桑的设计重复了这个实验,但从来没有人能够重复。科学家必须开始怀疑,从“证实”到“伪造”。经过专家的仔细检查,我们发现了莫瓦桑实验的缺陷。最后从莫瓦三的遗孀处得知,原来是莫瓦三的实验助手厌倦了没完没了的重复实验,想讨好莫瓦三,所以偷偷在实验材料中掺入了过去实验中留下的一颗钻石颗粒。
直到20世纪30年代,化学家们才最终意识到钻石不能在普通实验室中提炼。实现从石墨到金刚石的转变至少需要个大气压;如果这个过程不是太慢,它至少需要个大气压。在莫瓦桑实验中,通过收缩铁水可获得的最大压力为数千个大气压。这样,人造金刚石的关键是如何获得高压。
,诺贝尔奖颁给了哈佛大学的P.W.布里奇曼教授。获奖的原因是他“发明了达到极高压力的装置,并在高压物理领域取得了一些重要发现”。在布里奇曼研究成果的基础上,美国通用电气公司的一个研究小组在℃高温、9大气压下,以石墨为原料和催化剂,于年在人类历史上首次获得人造金刚石的成功。
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