在化学史上，有3颗让人哭笑不得的钻石

金刚石是目前自然界中已知最坚硬的物质，人们熟悉的钻石就是宝石级金刚石经过琢磨后的产物。金刚石在声、光、电、磁、热等方面均具有优异的性能，被誉为“材料之王”，是21 世纪最有潜力的材料之一。

图/网络

对我国来说，量产人造金刚石已经不是什么难事了。《河南商报》早在2021 年10 月26 日就报道，全球95% 以上的人造金刚石产自河南。2023 年9 月19 日，庆祝中国人造金刚石诞生60 周年纪念活动在郑州举行。据活动发布的消息，2022 年，郑州市的人造金刚石产量已经达到23.9 亿克拉。

那么，科学家是怎么想到制造人造金刚石的呢？

为兴趣买单的两颗钻石

1772 年，被誉为“近代化学之父”的拉瓦锡对钻石产生了兴趣。他花尽积蓄买了一块钻石，对它进行研究。他把钻石放置于高温中，加热至火红，结果发现钻石竟然燃烧起来，化成一缕青烟消失了，这让他非常震惊和心痛。花了那么多钱买的钻石就这样没了，能不心痛吗？

燃烧的钻石 图/网络

1799 年，法国化学家摩尔沃同样用尽积蓄买了一块钻石，打算送给他的未婚妻。就在他准备将钻石送给至爱之时，可能是无意中翻到了拉瓦锡写的关于钻石可以燃烧的文献，他一下子产生了兴趣。他想，既然钻石在空气中加热至高温可以燃烧，那么把钻石放在真空中加强热，又会发生什么呢？

这一问题在他的脑海里挥之不去，最后他还是决定用这块花了他全部积蓄的钻石来进行实验，一探究竟。经过一番准备之后，实验正式开始了。当反应足够长时间之后，摩尔沃打开反应装置，惊讶地发现钻石并没有消失，但是转变成了石墨。

眼睛一眨，钻石变石墨了，这个结果简直太令人哭笑不得了。这可是半辈子的积蓄呀！这可是送给未婚妻的礼物呀！这个实验的成本实在是有点儿高。但是，当摩尔沃将实验结果对外界公布之后，整个欧洲都沸腾了。

“点石成金”的主角是莫瓦桑

既然金刚石在真空中加强热可以转变为石墨，那么就意味着，在一定条件下，石墨也可以转变成金刚石啊！用一文不值的石墨制取价值连城的金刚石，这将产生多大的利润？真的是让人做梦都会笑醒啊！

众多科学家立刻投身这场“点石成金”的游戏之中，法国化学家莫瓦桑就是其中一位。

莫瓦桑先设计了第一种实验方案：由于他是氟方面的专家，他想先利用单质氟与石墨反应，使之转变为氟碳化物，再利用一定的方法除去氟，看看这样是否可以得到金刚石。很快，这种实验方案就被否定了，这种方法根本无法制得金刚石。

碳与钻石 图/网络

之后，莫瓦桑又设计了第二种实验方案：他先用自己发明的莫氏电炉将铁熔化化为铁水，再将石墨投入铁水之中，然后将掺有碳的铁水倒进冷水里，让之急速冷却。他想借助铁急速冷却、收缩时产生的巨大压力，迫使碳原子有序排列成金刚石的晶体结构，然后用酸溶去铁，就可以得到金刚石了。莫瓦桑对自己的这个方案非常有信心，称之为“完美方案”。

于是，莫瓦桑就和助手开始了一次又一次的实验。他们不断地失败，然后不断地改变条件去重做。莫瓦桑身上那种近乎偏执的性格支撑着这一遍又一遍的实验。

1893 年的一天，莫瓦桑与助手又一次完成了早已重复多遍的实验，此时的他们早已失去了刚开始进行实验时那种激动焦灼的心情，他们的内心波澜不惊，因为这次的实验看上去和以往也没有什么太大的不同。可就在他们小心翼翼地清理着实验留下的黑色残渣时，眼尖的助手突然发出了怪叫，原来在这些残渣中有一个亮晶晶的东西在闪闪发光——一颗直径0.7 毫米的金刚石。

莫瓦桑流下了激动的泪水，多少个日夜的苦苦思索和等待，在这一刻都变得非同寻常。他立刻将实验成果汇报给了法国科学院。欧洲又一次沸腾了，当时所有的人都相信，在不久的将来，莫瓦桑一定可以成为世界首富，因为他掌握了“点石成金”的秘密。

令人意想不到的是，莫瓦桑对金钱并不感兴趣，当他制成了人造金刚石之后，并没有大量生产，而是立刻转向了其他的科学研究。

莫瓦桑不可能制得人造金刚石

1906 年，莫瓦桑凭借自己在科学领域的多项惊人发现，成功击败当时化学界的一代宗师——门捷列夫，获得了当年的诺贝尔化学奖。当时瑞典皇家科学院中有10名委员具有投票资格，其中4 人投给了门捷列夫，1 人弃权，剩下的5 人投给了莫瓦桑。1907 年，门捷列夫去世，与诺贝尔化学奖失之交臂。

但是很奇怪，当时公布的莫瓦桑获奖原因是“为了表彰他在制备元素氟方面作出的杰出贡献，表彰他发明了莫氏电炉”，只字未提人造金刚石的事，尽管莫瓦桑在领奖致辞时，一再强调他合成人造金刚石的创举。

这是为什么呢？原来，当莫瓦桑把实验成果汇报给法国科学院的时候，由于莫瓦桑是成名已久的科学家，法国科学院也就直接向外界宣布莫瓦桑制造出了人造金刚石。法国科学院犯了一个错误，他们没有进行验证。

事实上，以当时的实验条件，是无法获得人造金刚石的。因为要制造出人造金刚石，必须用到能够产生高压的装置和耐高温、耐高压的设备。1946 年的诺贝尔物理学奖颁给了美国科学家布里奇曼教授，原因是他发明了达到极高压力的装置以及他在高压物理领域内的一些重要发现。至此，制造人造金刚石才具备了可能性。

1955 年，美国科学家霍尔等人在1 650℃和95 000 个大气压下合成了人造金刚石，并在类似的条件下重复多次。合成出的物质还经过了各种物理的、化学的检测，确证为金刚石。然而，这已是莫瓦桑宣称“成功”62 年以后的事了。

为终结实验而购买的第三颗钻石

那么，莫瓦桑的那颗钻石是怎么回事呢？

当年，莫瓦桑宣布制得人造金刚石之后，就转向其他研究了，欧洲的很多科研机构和钻石经销商在莫瓦桑生前没办法得到他们想要的秘密，就在莫瓦桑死后找到了他的遗孀，想购买他的研究手稿。最后，一些商人高价购得了莫瓦桑的实验记录。他们如获至宝，立刻进行实验，希望在短时间内制得大量金刚石，然后一夜暴富。

天然钻石和人造钻石（右），你能分得清吗 图/视觉中国

让人始料未及的是，无论这些人怎么进行实验，就是得不到他们想要的金刚石，实验没有一次成功，连一点点金刚石的影子都看不到。这些商人愤怒了，他们感觉被欺骗了，肯定是莫瓦桑的遗孀没有将真正的手稿卖给他们。于是，这些人找到莫瓦桑的遗孀讨要说法，要求她交出真正的实验方案。莫瓦桑的遗孀也感到非常委屈，她明明就是把手稿原封不动地给了那些人，实验没有成功怎么能怪她呢？

最后，她被逼得实在没有办法了，只得去找当年和莫瓦桑一起进行实验的那个助手，希望他能找出那些人实验未成功的原因。

令所有人没有想到的是，莫瓦桑的助手讲出了一个惊天秘密。原来，当年在实验失败了一次又一次之后，助手就劝莫瓦桑放弃这个实验，很可能方案在理论上就是错误的。但偏执的莫瓦桑根本不理睬助手的建议，他坚信自己设计的第二种方案是“完美方案”，只是催促助手继续改变条件，继续进行实验。助手的耐心在这一遍又一遍的失败中被消磨殆尽，他觉得这简直就是浪费时间，而莫瓦桑看上去好像不达目的是不会罢手的。就在这痛苦的反复折磨之后，助手拿出自己的积蓄，买了一颗很小的钻石。在又一次实验失败之后，助手趁莫瓦桑不注意，将他买的那颗小钻石扔到了反应容器之中，然后就有了我们之前所提到的那些故事。

如今的人造钻石生产“实验室” 图/视觉中国

真相大白了，原来莫瓦桑根本没有制得人造金刚石，这一切都像是上天和他开的一个玩笑。

文/耿雁冰