人造金刚石的故事
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:2017-02-13
金刚石是自然界最硬的一种矿石
。晶莹美丽的金刚石经过人们琢磨之后
,便成了钻石
,被人誉为宝石之王
,常常作为贵重的装饰品
。金刚石除美丽外
,还能派许多用场,例如做划玻璃的刀、牙科医生做手术用的钻头
、唱机上的针尖,但是天然的金刚石埋藏在地底下
,而且在地球上的数量很少
,成了稀有的贵重物质
,根本就满足不了人们对它的需求
。
19 世纪90 年代
,法国化学家莫瓦桑萌生了人工制造金刚石的念头
。他想
,要是金刚石能从工厂中源源不断地生产
,那该多好
!莫瓦桑是一位发明家
,1886 年他首先制得单质氟
,1892 年发明高温电炉
,这些成就曾轰动了整个化学界
,但是要制造金刚石
,却不是一件容易的事情
。
有一天
,有机化学家和矿物学家查理·弗里德尔在法国科学院作了一个有关陨石研究的报告
,莫瓦桑去参加了
。听着听着
,莫瓦桑被报告人的一段话吸引住了
:“陨石是一个大的铁块
,在铁块里混有极微小的金刚石晶体
。”他马上联想到石墨矿里也常混有极微量的金刚石晶体
。这两个例子正好说明陨石和石墨矿在形成的过程中有可能产生金刚石晶体
,能否将其中微量的金刚石取出来呢
?
为了给自己的设想找到理论根据
,莫瓦桑翻阅了许多文献资料
,从资料中他了解到拉瓦锡曾作过燃烧金刚石的试验
,从而证明金刚石的成分主要是碳
。他还看到过德布雷在对陨石做过试验后发表的一篇论文
,文中指出金刚石是在高温高压下形成的
。
莫瓦桑经过认真的调查研究之后
,大胆地提出了制取人造金刚石的设想
,他满怀信心地对助手们说
:“陨石里含有金刚石
,而陨石的主要成分是铁
,那盈彩倒过去
,把铁熔化
,加进碳
,这样碳在足够的高温下
,有可能生成金刚石
。”助手们听了老师的方案频频点头
,一致赞同
,希望立即开始合成金刚石的试验
。
一切准备就绪
,莫瓦桑和助手开始第一次试验
。他们将一大块生铁慢慢熔化
,然后掺进碳
,以后让它再一点点冷下来
,成为铁块
,助手们想铁里面的碳一定已经变成金刚石了
。大家激动万分
,谁都想先看到人造金刚石的风采
。他们把铁块放在盐酸中
,让盐酸把铁一点点溶解掉
,此时许多双眼睛在注视着铁块
,急切的盼望生铁赶快消失
,金刚石快快出现
,最后的时刻终于来临了
,他们看到容器底部只有黑色的沉淀物
,显然这不是金刚石晶体
,而是石墨。
大家像泄了气的皮球
,一个个垂头丧气
,莫瓦桑心里更不好受
。这是怎么回事呢
?莫瓦桑想
:应该冷静下来
,好好地思考一下
。
有一天
,莫瓦桑召集全体实验人员开会
,研究实验失败的原因及如何改进
。一位助手说
:“德布雷理论好像说碳在高温高压下才能形成金刚石
,盈彩做的实验只有高温没有高压呀
!”大家一听觉得言之有理
。那么怎样才能产生高压呢
?当时大家你一言我一语
,但也没有说出什么道道来
。此刻大家把目光不约而同地都投向莫瓦桑
。
“我想出一个方法
,不知行不行
,”莫瓦桑沉思了一会开始发言了
,“大家都知道水结冰时
,体积会膨胀
,所以冰总是浮在水面上
。生铁也一样,当它从液态变为固态时
,体积也会变大
,如果这时在生铁的外面包住东西
,不使生铁体积变大
,那生铁内部的压力不就会大了吗
?”
这时旁边的一位助手插话说
:“老师
,您的意思是不是这样
:先把生铁熔化
、放进碳
,然后把熔化的生铁倒进一只坚固的钢瓶中
,盖好瓶盖
,这样就可以产生高压了⋯ .”莫瓦桑听到这里
,连忙摇摇手说
:“不
!用不着那样复杂只要把掺了碳的生灰迅速冷却
,在生铁的表面就会自然而然的结成一层坚硬的铁壳
,而里面仍然是铁液
,这样不就如同钢瓶一样了吗
?”大家恍然大悟
,再一次被老师的聪明智慧所折服
。
第二天
,助手们一早来到实验室
,新的试验又开始了
。他们先把生铁块熔化
,掺进碳后
,迅速让熔化了的铁冷却
,这样碳既获得了高温又有了高压
,然后再让生铁一点点熔解掉
。关键时刻又要到了
,这次能不能成功呢
?大家都在默默地注视着容器的底部
。忽然
,不知谁叫了起来
,“你们快看
,沉淀中有小晶体
!”大家不约而同地把头伸了过去
,果然发现了目标
。莫瓦桑小心地把一粒粒小晶体取出
,一看
,果真是金刚石
。成功了
!终于成功了
!
1893 年2 月6 日
,莫瓦桑正式向法国科学院报告了这一喜讯
。于是这条特大新闻很快就飞向全法国
,飞向了全世界
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