钻石是如何形成的?
科学家通过对世界不同矿山的钻石及其原生包裹体矿物的研究发现,钻石的形成条件一般为4.5-6.0Gpa(相当于150-200km深度)和1100-1500℃。虽然理论上钻石可以在地球历史的各个时期/阶段形成,但开采的矿大多主要形成于33亿年前和12-17亿年前。
钻石的形成需要一个漫长的历史过程,钻石主要产于地球古老而稳定的大陆地区就可以证实这一点。此外,地外恒星对地球的撞击可以产生瞬间高温高压,也可以形成钻石。比如前苏联科学院报告1988年在陨石中发现了钻石,但是这个行动形成的钻石没有经济价值。
人类技术已经能够模拟钻石的生产环境。钻石是由碳构成的。在2300℃,15到18万个大气压的高温高压环境下,一颗小小的天然金刚石作为籽晶放在中心,周围是高温的金属液体,石墨在金属溶液的上面。在这种环境下,石墨中的碳原子会从金属原子向钻石排列,形成新的钻石。然而,这种方法制造的金刚石的分子结构并不是天然金刚石的完整八面体结构,而是体积有限的复杂结构。
钻石本质上是由碳构成的,昂贵的切割工艺也更有价值。19末的科学家已经意识到了这一点,他们认为如果石墨在高压下能变成钻石,那就不美了。后来事实证明这个猜测是正确的,只是当时的人不知道这个“高压”是一个什么样的数值。一个叫摩瓦桑的人将石墨与铁水混合,当铁水凝固后,石墨可以被加压。他和助手开始烧锅炉,烧了一炉又一炉,也不知道烧了多少炉,但还是没看到钻石的影子。
好事多磨。1903的某一天,摩凡陀终于得到了一颗小钻石。他很快就上报给了法国科学院,然后全世界都震惊了。这个人不是魔术师吗?石墨可以变成钻石,真的会发大财。因此,摩凡陀一举成名,并牢牢站在了当时科学界的C位。
后来在1906年,因为摩凡陀对元素氟的杰出贡献,获得了当年的诺贝尔化学奖。但从5票对4票,1票弃权的投票结果来看,以及他的获奖感言都与钻石有关,这颗小钻石对他的获奖影响很大。毕竟门捷列夫,历史上最伟大的化学家之一,得了四票。
获得诺贝尔奖后的第二年,摩瓦桑去世,随后科学家们逐渐意识到,仅靠铁水凝固的压力是无法将石墨变成钻石的。那小钻石是哪里来的呢?后来我从他老婆口中得知了真相。原来,莫瓦桑的助手实在是烧锅炉烧累了,实在受不了,就悄悄扔下一颗钻石,假装是石墨。
于是全世界都被这颗小钻石骗了。虽然Movasan迟早有可能获得诺贝尔奖,但如果不是这颗小钻石,他很可能得不到这个奖。毕竟他获得诺贝尔奖的第二年就去世了。
虽然真相大白,证实人造钻石的实验只是莫瓦桑的助手制造的一场令人震惊的乌龙,但大约过了半个世纪,霍尔等人终于成功合成了人造钻石。
所谓“点石成金”,是基于同素异形体(元素相同,形状不同的物体)。从那以后,科学家们对碳的同素异形体越来越着迷和疯狂。
最终在1985年,斯莫利等三位科学家发现了C60,它看起来像一个足球,有着完美的球形结构。为了纪念建筑师巴克明斯特·富勒,他们将其命名为“富勒烯”,这三位科学家被授予1996年诺贝尔化学奖。