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迷人的材料：10种改变世界的神奇物质和它们背后的科学故事 潇洒的钻石大盗
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把卡利南钻石安全运回英国是一项艰巨的挑战，因为南非挖到史上最大未加工钻石的消息早已在报纸上大肆传开。所有恶名昭彰的匪徒都有可能对钻石下手，包括抢过一整船钻石的大盗沃斯（Adam Worth）。福尔摩斯的死对头莫里亚蒂教授，就是以沃斯为灵感创造出的人物。最后，运送者想出了一个足以媲美福尔摩斯的天才计划。他们派出重兵用汽船运送假钻石，把真钻石用简单的棕色纸箱装好寄回英国。
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这套计谋之所以奏效，得归功于钻石的另一项特点：因为它只由碳组成，所以重量极轻。卡利南钻石整颗的重量不过半公斤多一点。
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沃斯并非是唯一觊觎钻石的人。由于有钱人越来越爱收藏巨钻，导致飞贼这种新型的犯罪应运而生。钻石质轻价高，就算只偷到弹珠大小的钻石也能让人终生衣食无虞，而且钻石一旦失窃，几乎再也追不回来。相较之下，我就算偷了海姆的奖牌熔成金块，顶多也只能卖个几千英镑。
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钻石大盗的形象就和他们偷窃的东西一样，优雅、纯净又有教养。在电影《捉贼记》和《粉红豹》里，钻石都被描绘成受囚禁的公主，而来解救它们的白马王子，白天是名流士绅，夜里是飞天大盗，饰演者都是加里•格兰特或大卫•尼文之类的明星。在这些电影里，偷窃钻石是义举，而钻石大盗手脚轻盈，只要有黑色紧身衣，并熟悉豪宅和藏在名画后面的保险箱就能搞定。然而窃取钱财或黄金的银行抢匪或火车大盗，却被描绘成罪大恶极，全是贪婪凶狠之徒。
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钻石虽然价值不菲，却从来不曾像黄金一样成为全球货币体系的单位。它不是流动资产，而且确实如此，因为钻石无法熔解，所以也无法货币化。巨钻除了引发赞叹之外毫无用途，最重要的功能只有展现地位。20世纪以前，只有富商巨贾买得起钻石，但欧洲中产阶级兴起后，让采钻者看到了诱人的新商机。戴比尔斯公司于1902年掌握了全球90％的钻石产量。对他们来说，如何把钻石推销到更大的市场，却又不会贬损其价值是最大的难题。
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这家公司靠着高明的营销手腕克服了这一点。他们发明了“钻石恒久远”这句广告词，灌输世人唯有钻戒才能表达坚贞的爱情的观念。凡是希望爱人相信自己真心诚意的男人都应该买一只钻戒，而且越贵越能代表真心。
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这套营销手法空前成功，让钻戒变成家家户户的必备品。其中最经典的是007系列电影《金刚钻》用约翰•贝瑞作曲、雪莉•贝西主唱的主题曲，把钻石一举推向真爱的圣殿。
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迷人的材料：10种改变世界的神奇物质和它们背后的科学故事 [:1700544694]
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迷人的材料：10种改变世界的神奇物质和它们背后的科学故事 钻石变石墨
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然而，钻石并不久远，至少在地表上无法达到永恒。它的同胞兄弟石墨其实更稳定，钻石最终都会变成石墨，就连收藏在伦敦塔里的非洲之星也不例外。虽然得花上几十亿年才会看见钻石的改变，但对拥有钻石的人来说，这或许仍然是令人难过的消息。
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石墨的构造跟钻石完全不同，石墨是碳原子以六角形联结成的层状结晶，构造非常稳定坚固，碳原子间的键结强度也高过钻石。考虑到石墨通常当成润滑剂或铅笔的笔芯，它的碳原子键结强过钻石，还蛮令人意外的。
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石墨的晶体结构
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这个问题不难解释。石墨层内部的每一个碳原子，都跟另外三个碳原子共享四个电子，而钻石内的碳原子则和四个碳原子共享电子。这使得石墨层的电子结构跟钻石不同，虽然化学键更强，但缺点就是层与层之间缺乏多余的电子形成稳固的联结，只能靠材料世界的万用胶支撑，它是分子电场变动产生的弱吸引力，称为“范德华力”。蓝丁胶的黏性就是来自范德华力。由于受力时范德华力会最先瓦解，使得石墨非常柔软。这就是铅笔的原理。把石墨笔芯压在纸上会让范德华力瓦解，石墨层于是滑到纸上成为字迹。如果范德华力不这么弱，石墨会比钻石还坚硬。而这正是海姆团队的研究起点。
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仔细观察铅笔的石墨笔芯，就会发现它是深灰色的，并带有金属光泽，难怪几千年来一直被人误认，称它为“笔铅”或“黑铅”，而“铅”笔也是因此得名。分不清铅和石墨情有可原，因为两者都是软金属（现在改称石墨为半金属）。
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由于石墨不断出现新用途，例如非常适合铸造炮弹和枪弹，使得石墨矿也越来越值钱。17世纪和18世纪，石墨在英国贵得出奇，甚至有人挖掘秘密通道潜入矿坑偷取石墨，或是到矿场工作时趁机私下夹带。石墨的价格飙涨，走私和相关犯罪也不断增加，直到英国议会1752年通过立法对窃取石墨者处以重刑，最高可判一年劳役或流放澳洲七年，才遏止了这股歪风。1800年，石墨产业的规模更是庞大，所有石墨矿场入口都得由武装警卫站岗以保安全。
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石墨有金属光泽，钻石没有，原因同样来自石墨的六角结构。之前提过，钻石内部每个碳原子的四个电子都各有一个外来电子与之键结，因此晶格内的所有原子都被牢牢固定着，且没有“自由”电子。所以钻石不导电，因为晶格内没有电子可以自由活动以承载电流。然而，石墨内部碳原子的外层电子不仅会和隔壁碳原子的电子键结，还会形成一片电子汪洋。这会造成几个结果：首先是石墨可以导电，因为结晶内的电子跟液体一样可以自由活动。其次，爱迪生制作的首盏灯泡就是以石墨为灯丝，因为它的熔点高，就算强力电流通过，也只会散发白热光，不会熔化。而且电子海还是光的电磁跳跃床，会反射光线，使得石墨会如同其他金属一样散发光泽。不过，海姆和他的同伴可不是靠解释石墨的金属性质拿到诺贝尔奖的。这只是他们的研究起点。
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碳是地球上所有生物的生命基础。虽然那些碳和石墨差别很大，不过只要燃烧就能轻松变成石墨的六角形结构。木头加热会变成黑炭，面包也是，我们人类遇到火也会变得焦黑。然而，这些都不会产生黑亮的纯石墨，因为产生的石墨层并没有紧密叠合，而是零乱交错。焦黑的物质其实种类繁多，但有一个相同点：它们都含有最稳定的碳结构——六角薄层。
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迷人的材料：10种改变世界的神奇物质和它们背后的科学故事 [:1700544695]
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迷人的材料：10种改变世界的神奇物质和它们背后的科学故事 煤炭化为黑玉
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19世纪时又有一种焦黑物质蹿起，那就是煤炭。煤炭和烧焦的面包不同，它的碳原子六角形平面结构不是受热产生的，而是腐殖质经过数百万年的地质作用形成的。煤炭最初是泥炭，但在适当温度和压力的作用下会变成褐炭，接着转为烟煤或沥青煤，再变成无烟煤，最后成为石墨。在这个过程中，煤炭逐渐失去易挥发的成分，也就是腐殖质里原有的氮、硫和氧，变成越来越纯的碳。当六角形平面开始生成，煤炭就会出现金属光泽。这个特征在一些漆黑如镜的煤炭上特别明显，例如无烟煤。不过，煤炭很少是纯碳，所以烧起来有时味道才会那么重。
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由智利南洋杉石化而成的煤炭最具美感。它质地坚硬，可以凿切和抛光，散放美丽的乌黑光泽。这种煤炭又称为黑琥珀，因为它和琥珀一样能因摩擦而产生静电，让头发竖直。不过，黑玉才是它更广为人知的名字。19世纪，英国维多利亚女王为了悼念夫婿亚伯特王子的辞世，决定终生服丧，从此黑衣素服并佩戴黑玉首饰，立刻让黑玉蔚为时尚。