鉆石是怎樣煉成的

大約3500萬年前，天地之間一片蒼茫，一顆隕石從天而降，直直地撞向了西伯利亞大地。驚天動地的巨響后，一個直徑達100千米的隕石坑——“珀匹蓋”隕石坑形成了。千百萬年后，西伯利亞大地早已恢復(fù)了平靜，直到2012年9月17日，英國《每日郵報》的報道才讓這個巨大的隕石坑引發(fā)了一輪轟動：早在20世紀70年代，“珀匹蓋”隕石坑內(nèi)就被發(fā)現(xiàn)存在一個巨大的鉆石礦，儲量估計有數(shù)萬億克拉（1克拉=0.2克）。30多年過去了，這個驚天秘密終于被公諸于世。

“珀匹蓋”隕石坑空中俯瞰圖

“鉆石恒久遠，一顆永流傳?！便@石被稱為珠寶之王，它因璀璨的光芒和堅硬的質(zhì)地聞名于世，稀少的產(chǎn)量導(dǎo)致的高昂身價則讓很多人望而卻步。

如果我們撇開鉆石那炫目的光芒，單從化學(xué)的角度分析它，那么鉆石的本質(zhì)非常單純。鉆石也稱金剛石，是一種純碳結(jié)晶體，它的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，一定條件下能與石墨相互轉(zhuǎn)化。

在地球這顆“有機”星球上，碳元素的含量不可謂不豐富。且不說碳是煤、石油、瀝青等一切有機物中最主要的成分，作為碳單質(zhì)，石墨的儲量也不容小覷。美國地質(zhì)調(diào)查局的資料顯示，全球石墨儲量約為8600萬噸，相比之下，同為碳單質(zhì)的鉆石的儲量卻少得可憐。這幾年石墨的世界年產(chǎn)量大約維持在90多萬噸，而鉆石的世界年產(chǎn)量則一直保持在1億克拉（約合0.2萬噸）左右。

為什么在這顆富含碳元素的星球上，卻難尋鉆石的蹤跡呢？因為鉆石的形成需要極高的溫度和壓強。盡管地球上的碳元素含量不少，人為制造高溫環(huán)境也不算難事，但高壓環(huán)境卻極為稀缺。要找高壓環(huán)境，我們首先想到了地底深處。計算出石墨向鉆石轉(zhuǎn)變所需的壓力大小，然后打一口很深的井，把石墨埋在井底，再施以超過2000℃的高溫，不就能制造鉆石了么？很遺憾，即使在如此高溫下，這口井的最淺深度仍為150千米。要知道，地殼的平均厚度才17千米，對一口深達150千米的井來說，井底已經(jīng)位于巖漿深處了。

大地幫不上忙，那就問問蒼天。碳元素在地表的分布最豐富，給地表施加一個巨大的壓力，也能“生產(chǎn)”鉆石，這就是“珀匹蓋”隕石坑中會存在鉆石礦的原因。隕石沖擊地面時的巨大沖量在瞬間產(chǎn)生了不可想象的高溫與高壓，把這塊富含碳元素的地表鑄成了鉆石礦。

“珀匹蓋”隕石坑中存在巨大鉆石礦的消息一經(jīng)公布，在全世界引起了不小的轟動。如果將數(shù)萬億克拉的鉆石儲量平均分配給地球上每一個人，那么每個人都能得到幾百克拉?！般@石恒久遠，一顆就破產(chǎn)”的調(diào)侃會成為歷史嗎？

結(jié)果恐怕要讓大家失望了。要知道，鉆石的儲量很少，能作為寶石的鉆石就更稀少了，因為寶石級鉆石對凈度、色澤的要求都很高。俄羅斯科學(xué)院西伯利亞分院地質(zhì)與礦物學(xué)研究所所長尼古拉·波希林科表示，“珀匹蓋”隕石坑中的鉆石不適合制作珠寶首飾，但可作為工業(yè)鉆石用于制造飛機精密部件、耐磨軸承和鉆頭等。

練一練

（1） 從天然金剛石的產(chǎn)生原理中受到啟發(fā)，美國通用汽車公司在實驗室利用高溫、高壓將石墨轉(zhuǎn)化成了金剛石。日本科學(xué)家將炸藥和碳粉混合后，用石蠟固化，再裝入鋼制敞口容器，沉入一個直徑9米、深約5米的混凝土水槽內(nèi)，點火起爆，獲得了超細金剛石粉。從平衡移動原理分析，上述兩種制取金剛石的方法都能獲得成功的原因是

A. 金剛石比石墨熔點低 B. 金剛石的密度大于石墨

C. 金剛石硬度很大 D. 合成金剛石是吸熱反應(yīng)

（2） 已知金剛石是原子晶體，其中每個碳原子都以四個共價鍵與其他碳原子相連，并形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。下列說法不正確的是

A. 每12克金剛石中平均含有4 mol共價鍵

B. 金剛石難溶于水也難溶于有機溶劑

C. 在金剛石的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，最小環(huán)是六元環(huán)

D. 金剛石的熔點很高、硬度很大

參考答案

（1） B、D （提示： 根據(jù)平衡移動原理，反應(yīng)總是向著減弱外界條件改變的方向進行，上述兩種制取金剛石的方法的共同之處是都在高溫和高壓下進行。金剛石的密度大于石墨，壓強越大越有利于金剛石的生成；而溫度越高越有利于反應(yīng)向吸熱方向進行，故B、D正確）

（2） A （提示： 金剛石中每個碳原子與周圍4個碳原子形成共價鍵，但每個共價鍵由兩個碳原子共用，故每12克金剛石平均含有2 mol共價鍵，A錯誤。金剛石為原子晶體，熔點高、硬度大，很難在溶劑中分解，故其既難溶于水也難溶于有機溶劑，B、D正確。金剛石的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，最小環(huán)是6個碳原子形成的六元環(huán)，C正確）