韦纳伊的红宝石

当一位同事建议去自然历史博物馆的矿物展厅进行实地考察时，这似乎是一个不用动脑筋的选择:材料和晶体的范围足以激发最厌倦的学生。在那里，我在一箱人造晶体前停了下来，惊叹于一根一端不透明的杆子，然后缩小到狭窄的颈部，然后膨胀成一个令人惊叹的深红色红宝石球。标签上写着这些晶体是“通过维尔纳伊法生长的”。我不知道那是什么，并向我的学生保证我会找到答案。

人们试图让宝石消失在时间的迷雾中，但直到19世纪，随着化学分析逐渐揭示出不同宝石的特性，这种尝试才变得严肃起来。虽然英国化学家史密森·坦南特(Smithson Tennant)发现钻石是由纯碳组成的，但其他人发现红宝石和蓝宝石主要是由氧化铝和少量金属组成的。因此，制造宝石的挑战本质上是找到一种熔化和结晶高纯氧化铝的方法。

这种材料的出现要感谢法国科学家约瑟夫·盖-吕萨克的工作，他证明了铵明矾的热分解会产生非常纯净的氧化铝。但是熔化和结晶氧化铝的问题仍然存在。法国化学家Marc-Antoine Gaudin(1804-1880)是第一个获得刚玉微小晶体的人之一，这种晶体是在气体和空气炬的火焰中产生的薄而透明的血小板。在混合物中加入少量铬，他制成了微小的深红色岩石，由于晶体中存在气泡，这些岩石不透明得令人恼火。无论他怎么努力，高丁都无法得到任何清晰的东西——晶体每次都“去晶化”(变得不透明)。经过30年的实验，他最终得出的结论是，他走到了死胡同。不久他就去世了。

与此同时，在巴黎的植物园，化学家埃德蒙Frémy选择了一种更传统的方法。在玻璃制造公司St Gobain的帮助下，Frémy和他的助手们加热了装有数十公斤氧化铝和各种盐的巨大铂坩埚，希望获得高质量的宝石。然而，即使在熔炉中待了10天，他们得到的都是微小的晶体。19世纪70年代，助手查尔斯·费尔和17岁的学徒奥古斯特·维尔纳伊加入了Frémy。

铂太贵了，不能继续用于他们的实验，所以三人开发了一种使用砂坩埚的方法，在氧化铝和氟化钙的核心周围填充氧化铝、氧化铬、碳酸钾和木炭的混合物。这导致了薄但毫米长的透明晶体的形成。最重要的是，碳酸盐的分解在熔体中产生气泡，使水分渗透，产生少量氢氟酸——由此产生的挥发性氟化铝对晶体生长至关重要。费尔在1876年突然去世，韦尔纳伊接替他成为Frémy的助手。维尔纳伊不失时机地取得了正式资格。

在他关于红宝石制备的书中，Frémy对费尔和维尔纳伊都表示了敬意，称后者是“一位充满激情的年轻研究员”ardeur(热情)和才华’。他补充说，任何一位主管都会“非常高兴能找到像维尔纳伊先生这样的同事”。1892年Frémy退休后，维尔纳伊成为应用化学教授。他现在可以自由选择自己的项目了。他们的范围是惊人的。在他杰出的实验助手马克·帕奎耶的协助下，他发表了16篇关于稀土的论文，多项关于硒化学的研究，以及对闪锌矿磷光的研究。

1885年，一些小但明显是人造的红宝石出现在日内瓦的一个拍卖厅里——制造它们的人把天然红宝石成功地融化成透明的宝石。对维尔纳伊来说，这是一记警钟。他回到了高丁加热氧化铝的想法，这次使用了更热的氢氧火焰。

在维尔纳伊的方法中，氧化铝从料斗中被扔到一个热区，在那里它被熔化成液滴。这些粉末落在一个支架上，随着晶体的生长，支架逐渐降低，定期敲打料斗，使粉末滴入火焰中。一层一层，一个议会会生长，最初呈球形，但后来变长。几个小时后，火焰会被关掉，留下一个透明的晶体。唯一的问题是内应力，这需要用锤子从中间轻轻敲击晶体。

虽然在显微镜下可以看到这些层，以及垂直于层的微小气泡，但维尔纳伊晶体的质量令人震惊。宝石匠很乐意把这些石头切割成宝石。维尔纳伊和帕奎耶在1886年小心翼翼地将他们的发明提交给了科学院，然后在1902年公开宣布之前对方法进行了优化。他们会继续制作蓝色蓝宝石，他们在专利中仔细描述了它们的特性、线条、裂缝和气泡。

如今，人造红宝石和蓝宝石随处可见，通常都是用这种工艺制造的。你可以在任何东西上找到它们，从手表到专业的牢不可破的窗户和极端实验的管子。也许这是维尔纳伊坚韧的最终证明，他几乎被遗忘，但他的材料被认为是理所当然的。