书城童书化学探谜
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第3章 金钢石的成因

金刚石是作为一种极为珍贵的修饰材料,被广泛应用于装饰品的制作上,如我们通常所见的钻石戒指、钻石项链等。其价格极为昂贵。由于金刚石被精心琢磨后,可以从多个角度反射光线而显得十分璀璨夺目,因而在首饰品中格外受到青睐。然而金刚石的硬度极高,一颗金刚石从原质而打磨成一个名贵的钻石,需要相当长的时间。也正是由于金刚石这种极高的硬度,在工业上被广泛地应用于一些坚硬物质的切割上,以及磨损程度较高或温度较高的部位、部件。

金刚石的化学成分为碳(C)等轴晶系,多呈八面体晶形。而与金刚石同为一族的石墨却是截然相反的,石墨的硬度为1,而金刚石的硬度则为10,金刚石坚硬无比,而石墨却只能作为工业上的润滑剂。那么,为什么金刚石会有如此坚硬的个性呢?这是因为金刚石虽然也是由碳元素构成的,但是其碳原子之间的结构极为紧密,各个原子作用力均相等,因而很难使其之间的化学键断裂。这种极为稳定的晶体结构,在化学界是极为少见的,因此说金刚石是化学界的骄子。

人们所获得的金刚石大多数都是天然的。关于金刚石是如何形成的,历来都存在着不同的看法和见解。有人认为是腐殖土和淤泥形成的,并且与炎热的气候有关;也有人认为,金刚石是由腐烂的沼泽在雷电的作用下形成的。在1982年召开的一次关于金刚石的国际会议上,有人提出金刚石是由地球深处的压力和温度较高而形成的,并且提出在陨石撞击地球的一瞬间也可以形成金刚石。尽管这种陨石学说也得到了证实,但是人们在陨石中发现的只是一些体积微小的金刚石颗粒,对于较大体积金刚石的成因无法解释,因而人们主要倾向于地球深处形成说。根据压力和温度的推算,金刚石的形成应在距地表100公里左右的地下。

在人们发现了金刚石的优良特点及可能形成的原因后,科学家们便根据金刚石可能的形成条件进行了实验。这种仿照自然条件通常需要一个900-1300℃的高温及5-10万个大气压的压力环境。功夫不负有心人,早在二十几年前,科学家们就成功地在实验室中合成了金刚石,尽管合成的只是一些微小的颗粒,但这足以证明人工合成金刚石是有可能的。到了80年代,科学家已不用在超高压的条件下合成了,他们采用的新方法,是在常压下或低于一个大气压的低压下也能成功地合成金刚石,这对于人类是一个极为重大的贡献。