化学の歴史には、人々を笑わせ、泣かせるダイヤモンドが3つある

ダイヤモンドは自然界で知られている最も硬い物質です。人々がよく知るダイヤモンドは、宝石級のダイヤモンドを研磨して作られたものです。ダイヤモンドは音、光、電気、磁気、熱などにおいて優れた特性を持ち、「物質の王様」として知られ、21世紀で最も有望な物質の一つです。

写真/インターネット

我が国にとって、人工ダイヤモンドの大量生産はもはや困難な作業ではありません。 2021年10月26日、河南ビジネスデイリーは、世界の人工ダイヤモンドの95％以上が河南省で生産されていると報じた。 2023年9月19日、中国で人工ダイヤモンド誕生60周年を祝う式典が鄭州で開催されました。イベントで発表されたニュースによると、鄭州の人工ダイヤモンドの生産量は2022年に23億9000万カラットに達した。

それで、科学者たちは人工ダイヤモンドを作成するというアイデアをどのように思いついたのでしょうか?

利息として支払われた2つのダイヤモンド

1772年、「近代化学の父」として知られるラボアジエはダイヤモンドに興味を持ちました。彼はダイヤモンドを購入し、それを研究するために貯金をすべて費やした。彼はダイヤモンドを高温に置き、赤くなるまで加熱しました。彼は、ダイヤモンドが実際に燃えて煙となって消えたことを知り、ショックを受け、悲しみました。多額のお金で買ったダイヤモンドが、あっという間になくなってしまったら、悲しくならないはずがありません。

燃えるダイヤモンド 画像/ネットワーク

1799年、フランスの化学者モルヴォーも、婚約者に贈るつもりで、貯金をすべて使い果たしてダイヤモンドを購入しました。彼が愛する人にダイヤモンドを贈ろうとしたちょうどその時、偶然ラヴォアジエが書いたダイヤモンドの可燃性に関する文書に出会い、突然興味を持ったのかもしれません。彼は、ダイヤモンドは空気中で高温に加熱されると燃えるのだから、真空中に置いてさらに高温に加熱したらどうなるだろうかと考えました。

この疑問は彼の心の中にずっと残っていたため、ついに彼は全貯金を費やしてこのダイヤモンドを使い、真実を明らかにするための実験を行うことを決意した。ある程度の準備の後、実験は正式に始まりました。反応が十分長く続いた後、モルボは反応装置を開け、ダイヤモンドが消えるのではなくグラファイトに変わったことに驚きました。

一瞬のうちに、ダイヤモンドはグラファイトに変化しました。結果はとてもばかげています。これは一生分の節約になります！これは婚約者への贈り物です！この実験のコストは本当に高いです。しかし、モルボが実験結果を外の世界に発表すると、ヨーロッパ全土が騒然となった。

「石を金に変える」の主人公はモアッサン

ダイヤモンドは真空中で加熱するとグラファイトに変化するので、特定の条件下ではグラファイトもダイヤモンドに変化するということになります。価値のないグラファイトを使って値段のつかないダイヤモンドを生産すると、どれだけの利益が生まれるのでしょうか?本当に夢の中でも笑わせてくれます！

多くの科学者がすぐにこの「石を金に変える」というゲームに飛び込みましたが、フランスの化学者モアッサンもその一人でした。

モアッサンが最初の実験計画を設計しました。彼はフッ素の専門家だったので、元素状のフッ素をグラファイトと反応させてフルオロカーボンに変換し、その後、特定の方法でフッ素を除去して、この方法でダイヤモンドが得られるかを確認したいと考えました。すぐに、この方法ではダイヤモンドを生産することは不可能だったため、この実験計画は却下されました。

炭素とダイヤモンドの図/ネットワーク

その後、モアッサンは2番目の実験計画を考案しました。最初に彼が発明したモアソン電気炉を使用して鉄を溶かして溶鉄にし、次にその溶鉄に黒鉛を入れ、炭素と混合した溶鉄を冷水に注いで急速に冷却するというものでした。彼は、鉄の急速な冷却と収縮によって発生する巨大な圧力を利用して、炭素原子を整然と配列させてダイヤモンドの結晶構造を作り、その後、酸を使って鉄を溶かしてダイヤモンドを得ようとしたのです。モアサン氏は自分の計画に非常に自信を持っており、それを「完璧な計画」と呼んだ。

そこで、モアッサンと彼の助手は何度も実験を始めました。彼らは失敗し続け、そして再び失敗するために条件を変え続けます。モアッサンのほとんど偏執的な性格は、これらの実験を何度も支持した。

1893 年のある日、モアッサンとその助手は、何度も繰り返していた実験を再び完了しました。この時、彼らは実験を始めた当初に感じていた興奮や不安をすっかり失っていました。この実験は以前のものとあまり変わらないように思えたので、彼らは内心落ち着いていました。しかし、実験で残った黒い残留物を丁寧に掃除していたとき、鋭い目を持つ助手が突然奇妙な叫び声を上げました。残留物の中にキラキラと光る物体、直径0.7mmのダイヤモンドがあることが判明しました。

モアッサンは興奮のあまり涙を流した。懸命に考え、待ち続けた日々は、この瞬間、特別なものとなった。彼はすぐに実験結果をフランス科学アカデミーに報告した。ヨーロッパは再び沸騰していた。モアッサンは石を金に変える秘密を習得したので、近い将来、世界で最も裕福な男になるだろうと誰もが信じていました。

驚いたことに、モアッサンはお金に興味がなかった。彼は人工ダイヤモンドを作った後、それを大量生産せず、すぐに他の科学研究に目を向けました。

モアッサンは人工ダイヤモンドを生産できなかった

1906年、モアッサンは当時の化学界の巨匠メンデレーエフを打ち破り、科学分野における数々の驚くべき発見によりその年のノーベル化学賞を受賞しました。当時、投票資格のあるスウェーデン王立科学アカデミーの会員は10名おり、そのうち4名がメンデレーエフに投票し、1名が棄権し、残りの5名がモアッサンに投票した。メンデレーエフは1907年に亡くなり、ノーベル化学賞を逃した。

しかし不思議なことに、当時発表されたモアッサンの受賞理由は「元素フッ素の製造に対する彼の顕著な貢献とモアッサン電気炉の発明を称えて」であり、モアッサンは受賞スピーチで人工ダイヤモンドの合成における先駆的な研究を繰り返し強調していたにもかかわらず、人工ダイヤモンドについては何も言及されていなかった。

これはなぜでしょうか?モアッサンがフランス科学アカデミーに実験結果を報告したとき、モアッサンが著名な科学者であったため、フランス科学アカデミーはモアッサンが人工ダイヤモンドを作成したことを外部に直接発表したことが判明しました。フランス科学アカデミーは検証を一切行わなかったことで間違いを犯した。

実際、当時の実験条件では人工ダイヤモンドを得ることは不可能でした。なぜなら、人工ダイヤモンドを製造するためには、高圧を発生できる装置や、高温・高圧に耐えられる設備を使う必要があるからです。 1946 年のノーベル物理学賞は、極めて高い圧力に達する装置の発明と高圧物理学の分野におけるいくつかの重要な発見により、アメリカの科学者ブリッジマン教授に授与されました。この時点で、人工ダイヤモンドの作成が可能になりました。

1955年、アメリカの科学者ホールらは1,650℃、95,000気圧で人工ダイヤモンドを合成し、同様の条件下でこのプロセスを何度も繰り返した。合成された物質はさまざまな物理的・化学的検査も受け、ダイヤモンドであることが確認されました。しかし、これはモアッサンが「成功」を宣言してから62年後のことでした。

実験終了時に購入した3つ目のダイヤモンド

それで、モアッサンのダイヤモンドはどうでしょうか?

モアッサン氏は人工ダイヤモンドを製造したと発表した後、他の研究に目を向けた。多くのヨーロッパの科学研究機関やダイヤモンド商は、モアッサンの存命中に彼らが望んでいた秘密を入手することができなかったため、彼の死後に彼の未亡人を探し出し、彼の研究論文を購入しようとした。最終的に、何人かのビジネスマンがモアッサンの実験的なレコードを高値で買い取った。彼らは大喜びし、短期間で大量のダイヤモンドを生産して一夜にして金持ちになることを望み、すぐに実験を始めました。

天然ダイヤモンドと人工ダイヤモンド（右）の違いがわかりますか？写真/ビジュアルチャイナ

予想外だったのは、これらの人々がいかに実験を行っても、彼らが望んでいたダイヤモンドが手に入らなかったことだ。実験は一つも成功せず、ダイヤモンドの痕跡さえも見つかりませんでした。商人たちは怒った。彼らは騙されたと感じ、モアッサンの未亡人が本物の原稿を売ったのではないと信じた。そこで、この人々はモアッサンの未亡人のもとを訪れ、説明を求め、実際の実験計画書を渡すよう要求した。モアッサンの未亡人も非常に憤慨した。彼女は明らかに原稿をそのままの状態でその人たちに渡していた。実験が失敗したら、どうして彼女が責められるのでしょうか?

ついに彼女は追い詰められ、モアッサンと一緒に実験を行った助手を探しに行かなければならなくなり、実験が失敗した理由を突き止めてくれることを願った。

誰も予想していなかったのは、モアッサンのアシスタントが衝撃的な秘密を明かしたことだ。実験が何度も失敗した後、助手は、計画が理論的に間違っている可能性が高いと考え、モアッサンに実験を断念するよう助言したことが判明した。しかし、妄想癖のあるモアッサンは助手のアドバイスを無視した。彼は自分が考案した2番目の計画が「完璧な計画」であると固く信じ、助手に条件を変えて実験を続けるよう促した。こうした度重なる失敗により、アシスタントの忍耐力は尽きてしまった。これは時間の無駄だと彼は感じており、目標を達成するまでは諦めないつもりのようだった。この苦痛に満ちた繰り返しの拷問の後、アシスタントは貯金を取り出し、非常に小さなダイヤモンドを購入しました。もう一つの実験が失敗した後、助手はモアッサンの不注意を利用して、購入した小さなダイヤモンドを反応容器に投げ込み、そして先ほど述べたような出来事が起こったのです。

今日の人工ダイヤモンド製造「実験室」写真/ビジュアル中国

真実が明らかになった。結局、モアッサンが人工ダイヤモンドを作ったことはなかったことが判明した。それはまるで神が彼に仕掛けた冗談のようだった。

著者：耿延兵