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郑州华晶金刚石股份有限公司

最惨科学家!花7年合成金刚石,结果被助手造假骗了全世界

关键词 金刚石|2020-10-13 09:54:37|来源 中国超硬材料网
摘要 如果要说最惨的科学家,莫瓦桑一定是其中之一,他的妻子不仅和助手私通,而且他最著名的成就,人工合成金刚石也是助手造假骗他的。亨利·莫瓦桑是一位无机化学家,莫瓦桑的第一项无机化学研究课...

       如果要说最惨的科学家,莫瓦桑一定是其中之一,他的妻子不仅和助手私通,而且他最著名的成就,人工合成金刚石也是助手造假骗他的。
       亨利·莫瓦桑是一位无机化学家,莫瓦桑的第一项无机化学研究课题是自燃铁(发火金属;打火石)的研究。在莫瓦桑之前,德国化学家斯特罗迈耶曾经研究过自燃铁,他认为这种能够自燃的物质不是金属铁,而是氧化亚铁。莫瓦桑将氧化亚铁放在氢气流下加热还原,制备了自燃铁,证明这种能自燃的物质不是氧化亚铁,而是金属铁。

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       他最有名的两项成就,其中之一就是利用电解法制的单质氟,解决了一个非常难的问题。
       早在十六世纪,人们就开始利用氟化物了,1529年阿格里柯拉就描述过利用萤石(氟化钙)作为熔矿的熔剂, 它能使矿石在熔融时变得更加容易流动。1670年,著名的玻璃加工工业施万哈德家族发现,利用萤石与硫酸的反应所产生的气体能腐蚀玻璃,从而创造了一种不用金刚石或其他磨料来刻蚀玻璃的方法,能在玻璃上刻蚀出人物、动物、花卉等图案。

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萤石

       1768年马格拉夫德对萤石进行了研究,发现它与石膏和重晶石不同,指出了萤石并不是一种硫酸盐。1771年舍勒在玻璃曲颈甑内加热萤石和硫酸的混合物时,发现玻璃的内壁被腐蚀了。1810年安培法根据氢氟酸的性质,指出其中可能含有一种与氯相似的元素,戴维也得出了同样的结论。
       后来,化学家许村贝格、乔治·诺克斯和托马斯·诺克斯弟兄、鲁特诺等都尝试提取出氟,但是都惨遭失败,而且因为氟含毒,不少化学家为之损害了健康,甚至献出了自己的生命。

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       后来莫瓦桑在铂制的曲颈甑中蒸馏氟氢酸钾KHF2以制取无水氟化氢。他用铂制的U形管做电解容器;用铂铱合金做电极,并用氯仿做冷却剂将无水氟化氢冷却到-23℃进行电解。在阴极上产生了许多氢气,但是在阳极并未产生氟。经过检查,发现装电极的塞子被腐蚀了。
       莫瓦桑推测,电解时一定产生了氟,但是它立即与塞子发生了反应,以致未能收集到氟。于是,他改用萤石做成的塞子。最后,许多年以来化学家梦寐以求的理想终于达到了,1886年6月26日莫瓦桑在电解氟化氢时,在阳极部分产生了一种气体,它遇到单质硅能立即着火,收集到的氟与水发生反应产生臭氧;与氯化钾发生反应产生氯气。通过各种化学反应,发现氟具有惊人的活泼性。

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       而莫瓦桑另外一项有名的成就就是人工合成金刚石(虽然是假的)。
       金刚石俗称“金刚钻”。也就是我们常说的钻石的原身,它是一种由碳元素组成的矿物,是碳元素的同素异形体。金刚石的所有特性都可以取极值,比如它是自然界中天然存在的最坚硬的物质,它的热导率最大,同时还具有低摩擦系列、较高的化学稳定性和良好的光学投射性等优良特性。

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法国化学家摩尔沃 (Guyton de Mouveau) 于1799年把金刚石直接给变成了石墨,这项实验激起了大家的想象,是不是可以人工制成金刚石。

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莫瓦桑就是其中之一,1886年,莫瓦桑提出了一种实验方案,他想到利用热胀冷缩的原理给它加压。为了获得高温(~3500℃),莫瓦桑改进了电弧炉并亲自用电弧炉冶炼铁水,这个电弧炉也是他非常著名的成就,取名叫“莫氏电炉”,可以用来熔炼了钨、钛、钼、钒等高熔点金属。
       他认为在熔化的铁液中掺入少量的碳,使碳和铁液混在一起,然后把烧红的铁液一下子倒入冷水中,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,然后再用酸溶去铁,就可以制得金刚石了。

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莫瓦桑和助手烧了一炉又一炉,却只能得到一些淤泥状的石墨。莫瓦桑坚信自己的思路是正确的,于是让助手一直烧下去。
       终于在1893年,莫瓦桑得到了一小块钻石,直径0.7毫米左右。莫瓦桑欣喜若狂,马上把这个成就上报了法国科学院。
       1906年,诺贝尔奖以5票对4票、1票弃权的投票结果,将诺贝尔化学奖颁发给了莫瓦桑。委员会宣称莫瓦桑获奖的原因是在氟单质方面的贡献,但很难说“人造钻石”这个成就对评委会产生了多大的影响,毕竟在颁奖典礼的演讲中,莫瓦桑本人也一直在讨论金刚石的事情。

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1907年,莫瓦桑去世,欧洲的很多科研机构和钻石经销商们在莫瓦桑生前没办法得到他们想要的秘密,在莫瓦桑死后就找到了他的遗孀,想购买莫瓦桑的研究手稿。
       最后某些商人高价购得了莫瓦桑关于人造金刚石的实验记录。他们如获至宝,立刻展开研究,进行实验,希望在短时间内制得大量金刚石,妄想一夜暴富。但是让人始料未及的是,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,即使连一点点金刚石的影子都看不到。

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       后来莫瓦桑生前的助手终于承认是他对无休止的反复实验实在感到厌烦,又要跟莫瓦桑交账,就偷偷地把金刚石颗粒混到敲碎的含炭碎铁屑中糊弄莫瓦桑。
       可怜的莫瓦桑到死都没有发现这个蹊跷。而现在合成金刚石的方法其实有很多,1954年,通用电气公司宣布他们生产出了第一个商业用途的人造钻石。当时GE的员工霍德华·霍尔改良了压力机,在理想的高温高压中完成了人造钻石的制备。

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而现在合成金刚石的方法,如高压高温(high-pressure high temperature),化学气相沉积(chemical vapor deposition),碳衍生物转化(carbide-derived carbon),水热生长(hydrothermal growth),爆炸冲击(shock-wave),脉冲激光辐照(pulsed-laser irradiation)。

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