化學史上讓人啼笑皆非的3顆鉆石

耿雁冰

金剛石是目前自然界中已知最堅硬的物質，人們熟悉的鉆石就是寶石級金剛石經過琢磨后的產物。金剛石在聲、光、電、磁、熱等方面均具有優異的性能，被譽為“材料之王”，是21世紀最有潛力的材料之一。

當我們學習到九年級化學教材“金剛石、石墨、C60”這部分內容時會發現，教材中簡單介紹了人造金剛石。其實，對我國來說，量產人造金剛石已經不是什么難事了。《河南商報》早在2021年10月26日就報道，全球95%以上的人造金剛石產自河南。2023年9月19日，慶祝中國人造金剛石誕生60周年紀念活動在鄭州舉行。據活動發布的消息，2022年，鄭州市的人造金剛石產量已經達到23.9億克拉。

那么，科學家是怎么想到制造人造金剛石的呢？

為興趣買單的兩顆鉆石

1772年，被譽為“近代化學之父”的拉瓦錫對鉆石產生了興趣。他花盡積蓄買了一塊鉆石，對它進行研究。他把鉆石放置于高溫中，加熱至火紅，結果發現鉆石竟然燃燒起來，化成一縷青煙消失了，這讓他非常震驚和心痛。花了那么多錢買的鉆石就這樣沒了，能不心痛嗎？

1799年，法國化學家摩爾沃同樣用盡積蓄買了一塊鉆石，打算送給他的未婚妻。就在他準備將鉆石送給至愛之時，可能是無意中翻到了拉瓦錫寫的關于鉆石可以燃燒的文獻，他一下子產生了興趣。他想，既然鉆石在空氣中加熱至高溫可以燃燒，那么把鉆石放在真空中加強熱，又會發生什么呢？

這一問題在他的腦海里揮之不去，最后他還是決定用這塊花了他全部積蓄的鉆石來進行實驗，一探究竟。經過一番準備之后，實驗正式開始了。當反應足夠長時間之后，摩爾沃打開反應裝置，驚訝地發現鉆石并沒有消失，但是轉變成了石墨。

眼睛一眨，鉆石變石墨了，這個結果簡直太令人哭笑不得了。這可是半輩子的積蓄呀！這可是送給未婚妻的禮物呀！這個實驗的成本實在是有點兒高。但是，當摩爾沃將實驗結果對外界公布之后，整個歐洲都沸騰了。

“點石成金”的主角是莫瓦桑

既然金剛石在真空中加強熱可以轉變為石墨，那么就意味著，在一定條件下，石墨也可以轉變成金剛石啊！用一文不值的石墨制取價值連城的金剛石，這將產生多大的利潤？真的是讓人做夢都會笑醒啊！

眾多科學家立刻投身這場“點石成金”的游戲之中，法國化學家莫瓦桑就是其中一位。

莫瓦桑先設計了第一種實驗方案：由于他是氟方面的專家，他想先利用單質氟與石墨反應，使之轉變為氟碳化物，再利用一定的方法除去氟，看看這樣是否可以得到金剛石。很快，這種實驗方案就被否定了，這種方法根本無法制得金剛石。、

之后，莫瓦桑又設計了第二種實驗方案：他先用自己發明的莫氏電爐將鐵熔化化為鐵水，再將石墨投入鐵水之中，然后將摻有碳的鐵水倒進冷水里，讓之急速冷卻。他想借助鐵急速冷卻、收縮時產生的巨大壓力，迫使碳原子有序排列成金剛石的晶體結構，然后用酸溶去鐵，就可以得到金剛石了。莫瓦桑對自己的這個方案非常有信心，稱之為“完美方案”。

于是，莫瓦桑就和助手開始了一次又一次的實驗。他們不斷地失敗，然后不斷地改變條件去重做。莫瓦桑身上那種近乎偏執的性格支撐著這一遍又一遍的實驗。

1893年的一天，莫瓦桑與助手又一次完成了早已重復多遍的實驗，此時的他們早已失去了剛開始進行實驗時那種激動焦灼的心情，他們的內心波瀾不驚，因為這次的實驗看上去和以往也沒有什么太大的不同。可就在他們小心翼翼地清理著實驗留下的黑色殘渣時，眼尖的助手突然發出了怪叫，原來在這些殘渣中有一個亮晶晶的東西在閃閃發光——一顆直徑0.7毫米的金剛石。

莫瓦桑流下了激動的淚水，多少個日夜的苦苦思索和等待，在這一刻都變得非同尋常。他立刻將實驗成果匯報給了法國科學院。歐洲又一次沸騰了，當時所有的人都相信，在不久的將來，莫瓦桑一定可以成為世界首富，因為他掌握了“點石成金”的秘密。

令人意想不到的是，莫瓦桑對金錢并不感興趣，當他制成了人造金剛石之后，并沒有大量生產，而是立刻轉向了其他的科學研究。

莫瓦桑不可能制得人造金剛石

1906年，莫瓦桑憑借自己在科學領域的多項驚人發現，成功擊敗當時化學界的一代宗師——門捷列夫，獲得了當年的諾貝爾化學獎。當時瑞典皇家科學院中有10名委員具有投票資格，其中4人投給了門捷列夫，1人棄權，剩下的5人投給了莫瓦桑。1907年，門捷列夫去世，與諾貝爾化學獎失之交臂。

但是很奇怪，當時公布的莫瓦桑獲獎原因是“為了表彰他在制備元素氟方面作出的杰出貢獻，表彰他發明了莫氏電爐”，只字未提人造金剛石的事，盡管莫瓦桑在領獎致辭時，一再強調他合成人造金剛石的創舉。

這是為什么呢？原來，當莫瓦桑把實驗成果匯報給法國科學院的時候，由于莫瓦桑是成名已久的科學家，法國科學院也就直接向外界宣布莫瓦桑制造出了人造金剛石。法國科學院犯了一個錯誤，他們沒有進行驗證。

事實上，以當時的實驗條件，是無法獲得人造金剛石的。因為要制造出人造金剛石，必須用到能夠產生高壓的裝置和耐高溫、耐高壓的設備。1946年的諾貝爾物理學獎頒給了美國科學家布里奇曼教授，原因是他發明了達到極高壓力的裝置以及他在高壓物理領域內的一些重要發現。至此，制造人造金剛石才具備了可能性。

1955年，美國科學家霍爾等人在1650℃和95000個大氣壓下合成了人造金剛石，并在類似的條件下重復多次。合成出的物質還經過了各種物理的、化學的檢測，確證為金剛石。然而，這已是莫瓦桑宣稱“成功”62年以后的事了。

為終結實驗而購買的第三顆鉆石

那么，莫瓦桑的那顆鉆石是怎么回事呢？

當年，莫瓦桑宣布制得人造金剛石之后，就轉向其他研究了，歐洲的很多科研機構和鉆石經銷商在莫瓦桑生前沒辦法得到他們想要的秘密，就在莫瓦桑死后找到了他的遺孀，想購買他的研究手稿。最后，一些商人高價購得了莫瓦桑的實驗記錄。他們如獲至寶，立刻進行實驗，希望在短時間內制得大量金剛石，然后一夜暴富。

讓人始料未及的是，無論這些人怎么進行實驗，就是得不到他們想要的金剛石，實驗沒有一次成功，連一點點金剛石的影子都看不到。這些商人憤怒了，他們感覺被欺騙了，肯定是莫瓦桑的遺孀沒有將真正的手稿賣給他們。于是，這些人找到莫瓦桑的遺孀討要說法，要求她交出真正的實驗方案。莫瓦桑的遺孀也感到非常委屈，她明明就是把手稿原封不動地給了那些人，實驗沒有成功怎么能怪她呢？

最后，她被逼得實在沒有辦法了，只得去找當年和莫瓦桑一起進行實驗的那個助手，希望他能找出那些人實驗未成功的原因。

令所有人沒有想到的是，莫瓦桑的助手講出了一個驚天秘密。原來，當年在實驗失敗了一次又一次之后，助手就勸莫瓦桑放棄這個實驗，很可能方案在理論上就是錯誤的。但偏執的莫瓦桑根本不理睬助手的建議，他堅信自己設計的第二種方案是“完美方案”，只是催促助手繼續改變條件，繼續進行實驗。助手的耐心在這一遍又一遍的失敗中被消磨殆盡，他覺得這簡直就是浪費時間，而莫瓦桑看上去好像不達目的是不會罷手的。就在這痛苦的反復折磨之后，助手拿出自己的積蓄，買了一顆很小的鉆石。在又一次實驗失敗之后，助手趁莫瓦桑不注意，將他買的那顆小鉆石扔到了反應容器之中，然后就有了我們之前所提到的那些故事。

真相大白了，原來莫瓦桑根本沒有制得人造金剛石，這一切都像是上天和他開的一個玩笑。