钻石是怎样炼成的

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大约3500万年前，天地之间一片苍茫，一颗陨石从天而降，直直地撞向了西伯利亚大地。惊天动地的巨响后，一个直径达100千米的陨石坑――“珀匹盖”陨石坑形成了。千百万年后，西伯利亚大地早已恢复了平静，直到2012年9月17日，英国《每日邮报》的报道才让这个巨大的陨石坑引发了一轮轰动：早在20世纪70年代，“珀匹盖”陨石坑内就被发现存在一个巨大的钻石矿，储量估计有数万亿克拉（1克拉=0.2克）。30多年过去了，这个惊天秘密终于被公诸于世。

“珀匹盖”陨石坑空中俯瞰图

“钻石恒久远，一颗永流传。”钻石被称为珠宝之王，它因璀璨的光芒和坚硬的质地闻名于世，稀少的产量导致的高昂身价则让很多人望而却步。

如果我们撇开钻石那炫目的光芒，单从化学的角度分析它，那么钻石的本质非常单纯。钻石也称金刚石，是一种纯碳结晶体，它的化学性质很稳定，一定条件下能与石墨相互转化。

在地球这颗“有机”星球上，碳元素的含量不可谓不丰富。且不说碳是煤、石油、沥青等一切有机物中最主要的成分，作为碳单质，石墨的储量也不容小觑。美国地质调查局的资料显示，全球石墨储量约为8600万吨，相比之下，同为碳单质的钻石的储量却少得可怜。这几年石墨的世界年产量大约维持在90多万吨，而钻石的世界年产量则一直保持在1亿克拉（约合0.2万吨）左右。

为什么在这颗富含碳元素的星球上，却难寻钻石的踪迹呢？因为钻石的形成需要极高的温度和压强。尽管地球上的碳元素含量不少，人为制造高温环境也不算难事，但高压环境却极为稀缺。要找高压环境，我们首先想到了地底深处。计算出石墨向钻石转变所需的压力大小，然后打一口很深的井，把石墨埋在井底，再施以超过2000℃的高温，不就能制造钻石了么？很遗憾，即使在如此高温下，这口井的最浅深度仍为150千米。要知道，地壳的平均厚度才17千米，对一口深达150千米的井来说，井底已经位于岩浆深处了。

大地帮不上忙，那就问问苍天。碳元素在地表的分布最丰富，给地表施加一个巨大的压力，也能“生产”钻石，这就是“珀匹盖”陨石坑中会存在钻石矿的原因。陨石冲击地面时的巨大冲量在瞬间产生了不可想象的高温与高压，把这块富含碳元素的地表铸成了钻石矿。

“珀匹盖”陨石坑中存在巨大钻石矿的消息一经公布，在全世界引起了不小的轰动。如果将数万亿克拉的钻石储量平均分配给地球上每一个人，那么每个人都能得到几百克拉。“钻石恒久远，一颗就破产”的调侃会成为历史吗？

结果恐怕要让大家失望了。要知道，钻石的储量很少，能作为宝石的钻石就更稀少了，因为宝石级钻石对净度、色泽的要求都很高。俄罗斯科学院西伯利亚分院地质与矿物学研究所所长尼古拉・波希林科表示，“珀匹盖”陨石坑中的钻石不适合制作珠宝首饰，但可作为工业钻石用于制造飞机精密部件、耐磨轴承和钻头等。

练一练

（1） 从天然金刚石的产生原理中受到启发，美国通用汽车公司在实验室利用高温、高压将石墨转化成了金刚石。日本科学家将炸药和碳粉混合后，用石蜡固化，再装入钢制敞口容器，沉入一个直径9米、深约5米的混凝土水槽内，点火起爆，获得了超细金刚石粉。从平衡移动原理分析，上述两种制取金刚石的方法都能获得成功的原因是

A. 金刚石比石墨熔点低 B. 金刚石的密度大于石墨

C. 金刚石硬度很大 D. 合成金刚石是吸热反应

（2） 已知金刚石是原子晶体，其中每个碳原子都以四个共价键与其他碳原子相连，并形成空间网状结构。下列说法不正确的是

A. 每12克金刚石中平均含有4 mol共价键

B. 金刚石难溶于水也难溶于有机溶剂

C. 在金刚石的空间网状结构中，最小环是六元环

D. 金刚石的熔点很高、硬度很大

参考答案

（1） B、D （提示： 根据平衡移动原理，反应总是向着减弱外界条件改变的方向进行，上述两种制取金刚石的方法的共同之处是都在高温和高压下进行。金刚石的密度大于石墨，压强越大越有利于金刚石的生成；而温度越高越有利于反应向吸热方向进行，故B、D正确）

（2） A （提示： 金刚石中每个碳原子与周围4个碳原子形成共价键，但每个共价键由两个碳原子共用，故每12克金刚石平均含有2 mol共价键，A错误。金刚石为原子晶体，熔点高、硬度大，很难在溶剂中分解，故其既难溶于水也难溶于有机溶剂，B、D正确。金刚石的空间网状结构中，最小环是6个碳原子形成的六元环，C正确）