书城科普读物探索未知丛书-从小学科学03
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第36章 为什么可以用石墨制取金刚石

自然界中,金刚石非常稀少,而且一般都隐居在地球深处,产量很少。

金刚石具有极强的折光性质,经过仔细研磨的金刚石,在日光下五光十色,璀璨夺目,人们很早就把它作为装饰品。

在天然物质里,金刚石的硬度最大,可以装在钻探机的钻头上,钻凿坚硬的岩层,可以用来切割大理石,也可以用来加工非常坚硬的金属或刻划玻璃。

由于金刚石很硬,很稀少,所以十分珍贵。

石墨长得黑乎乎的,是最软的矿物之一。用石墨在纸上轻轻划一下,就留下灰墨色的痕迹。

铅笔芯就是用石墨制造的。

人们为什么可以用石墨制取金刚石呢?原来,金刚石和石黑虽然表面上看来各不相同,差别很大,但它们却是一家子,都是由碳元素组成的,都是自然界里存在的游离态的碳。它们之所以硬度相差这么悬殊,是由于它们的分子结构不同。在石墨分子中,碳原子是成层状排列的,每层原子之间的结合力很小,容易滑动、散开。而金刚石里碳原子是交错整齐地排列成立体结构,每个碳原子都紧密地与其他四个碳原子直接连接,形成一个牢固的结晶体,所以特别坚硬。

石墨是碳在平常压力下形成,而天然金刚石是碳元素在地球深处的高温条件下,受到巨大压力而形成的。为制取人造金刚石,人们就从高温高压着手。可是要同时获得很高的温度和很高的压力是十分困难的,人们经过几十年的试验,在1954年终于用价格低廉的石墨制出了人造金刚石。

用石墨制取金刚石,是把石墨加热到2000°C和加压到5万至10万标准大气压,并用铬、铁和铂等做催化剂,在这种条件下,石墨里的碳原子重新“排队”,从而使石墨转变成金刚石。

人造金刚石的硬度,有的已超过天然金刚石。

金刚石的用途很多,靠开采自然界里埋藏的金刚石根本不能满足需要,所以许多国家都在发展人造金刚石的工业生产。