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一、古代对煤的利用
在三种碳中,煤自古以来就是重要的燃料.在世界上中国人用煤早,有悠久的历史.从文献记载和考古发掘来看,至迟在汉代就已用煤了.《汉书.地舆志》说：“豫章郡出石,可燃为薪.”豫章郡在今江西省南昌四周,这里所说的可燃为薪的石头,实在就是煤.可见这时煤已用于群众的日常糊口.新中国成立以后的考古证明：山东平陵汉初的冶铁遗址中发现了煤,河南巩县铁生沟汉代冶铁遗址发现了煤块、煤饼和煤渣；1975年河南郑州古来镇西汉中晚期至东汉的冶铁遗址中,再次发现加工过的煤饼.文献上明确记载用煤炼铁见于北魏地舆学家郦道元的《水经注.河上》中说“屈茨（今新疆库车县）北二百里有山,夜则火光,昼日但烟,人取此山石炭,冶此山铁,恒充三十六国用.”这说明至迟在魏晋时期我国已用煤炼铁.用煤炼铁是冶炼技术上的重大提高,由于煤比木炭的火力强而持久,可以得到更高的温度.欧洲人用煤的历史比我国晚得多.在元朝来我国工作的意大利人马可孛罗,回国后所写的一部《纪行》中描写中国有一块黑石头,象木柴一样能够燃烧,火力比木柴强,从晚上燃到第二天早上还不熄灭.价钱比木柴便宜,于是欧洲人把煤当作奇闻来传颂.他们到18世纪才开始炼焦,比中国晚了500多年.
二、金刚石和石墨的本来面目
金刚石是一种自然矿石,常见的是无色的或略带颜色的晶体,也有极少是玄色.因为金刚石的硬度极大,反光性强,是很珍贵的宝石,也是极有价值的技术材料.印度自古以来就以生产金刚石闻名,那里的金刚石是从沙里采来的.后来巴西、非洲和苏联也先后发现金刚石沙地.石墨也是一种自然矿石,柔软、滑腻,轻轻摩擦能留下痕迹,颜色从黑到钢灰色.西北利亚有闻名的石墨矿床,叶尼塞河流域也有丰硕的石墨矿层.固然这种矿石人们早已知道,毕竟它们是什么东西构成的,到18世纪后期才搞清晰.
世界闻名的物理学家牛顿（Newton,I.1642-1727）,曾怀疑金刚石是一种可燃物质,后来有人做过实验.法国化学家马凯尔（Macquer,P.J.1718-1784）和卡德（Cadet,I.C.1731-1799）做过金刚石在空气顶用高温使其燃烧的实验,但仍不明白燃烧的真象,只感到它的燃烧是很惊疑的.1772年化学家拉瓦锡同他们联合重做这个实验,证实金刚石如不跟空气接触,固然加强热也不能使它燃烧.拉瓦锡决心研究金刚石燃烧后毕竟变成了什么东西.他用玻璃瓶倒立在水上或汞上,瓶上装满空气或氧气,再把金刚石放在瓶中的支架上,用大聚光镜对它加热.金刚石燃烧的结果表明,不管在水上或汞上,燃烧后天生的气体都能使石灰水产生白色沉淀,但用汞时瓶气体的体积不变,用水时气体体积有所减小.于是得知所天生的气体是二氧化碳,金刚石是碳素的一种结晶体,据后来的研究,金刚石只有当熔化的岩石在30个大气压下才能结晶出来,有时候天生金刚石的压力竟高到60000个大气压.这样大的压力只能在地下面60－1000公里的深处存在.岩石要从这样深的地方冒出地面的可能性是很少的,所以金刚石在天然界里非常稀少.在很早以前,开采到的1颗当时大的金刚石,叫做超级金刚石,重194克.1906年开采出的更大的1颗金刚石,叫做非洲之星,重605克.通常的金刚石超过2克就很稀罕,价值也很贵.
年青的化学家舍勒,对两种物质都感爱好：一种是软锰矿（即二氧化锰）,一种是石墨.那时化学家还无法将这两种东西区别开,就笼统地把它们都叫做黑苦土.舍勒用软锰矿同盐酸作用,制得了氧气.在1779年,使石黑燃烧,根据实验结果证明,石黑也是由碳组成的.因为石墨同金刚石的晶形不同,固然它们都是碳,却具有很多不同的性质.直到1841年化学家贝采里乌斯才提出同素异形体这个术语,说明统一种元素能够以各种不同的单质形式存在的现象.当时他发现并进行研究过的同素异形体,除碳以外还有硫和磷.
三、人造金刚石的诞生
1773年拉瓦锡将金刚石放在氧气中燃烧的实验之后100多年,法国化学家莫瓦桑（Moissan,H. 1852-1907）想利用氟代轻分解反应以制取金刚石,结果得到的是无定形碳.1890年法国化学家多布里（Daubree,G.A.1814-1896）,研究含金刚石的陨石和地壳形成过程,指出金刚石必需在高温高压下形成,而且从金刚石的性质考虑,它们可能是在液体中形成的,或者至少是在柔韧的环境下形成的.1892年,法国化学家弗里德尔（Friedel,C.1832-1899）向法国科学院提出的讲演中,先容他从美国亚利桑那洲发现的陨石中找到了很多微细的金刚石.于是莫瓦桑又研究陨石和陨铁,发现其中除含有金刚石以外,还含有石墨和无定形碳.
他还研究了南非和巴西含有金刚石的岩石,也发现了石墨,同时还发现金刚石矿物中含有铁.经由这些研究,莫瓦桑产生了这样的推论：石墨和无定形碳可以作为人造金刚石的原料；金刚石是在含铁的环境下形成的,它可能从含碳的铁中结晶出来.于是他采用这样的方法：在电炉中将石墨坩埚里的金属铁加热,使它熔化,而且使熔化的铁为碳所饱和.然后把熔化的铁倾之冷水中,含碳的铁在固化时会象水变成冰时一样发生膨胀,在迅速冷却过程中,含碳的铁老是外层金属先固化,等到内部金属开始固化时,就会在金属内部产生高压.在这种前提下,一部门碳就结晶成玄色的金刚石.然后用不同的酸处理固化的铁块,除了金刚石以外,其它的物质都被溶解,后只留下玄色的金刚石.1893年2月6日,莫瓦桑向科学院讲演了初步试验的结果,引起了各方面的轰动.第二天各种报刊都在头版用大号字体登出了莫瓦桑的名字.一进有人作了各种预言,有的人则盘算着能赚多少钱.一股人造金刚石的狂热震撼了世界.百万富翁焦虑不安,由于人造金刚石一旦投入出产,就会使他们破产.而那些没有金刚石的人则梦想自己也能很快石墨guangyao***地制造出各式各样的金刚石.然而,这一切都跟实际情况有很大的间隔.以后固然改进了实验设备,试探出不少新的方法,进步了原料的用量,但是并没有得到令人满足的结果.人造金刚石不仅颗粒小,而且光彩深暗.那时有一颗大的接近无色的小晶体,其直径还不足一毫米.可是人们却把它作为珍贵的至宝珍藏在罗浮宫里,并命名为“摄政王”,使它跟宫里的那颗世界上大的金刚石──库林南相媲美.库林南是1905年在南非发现的,重621.2克,体积为10×5×6立方厘米.
