الفوليرين

سنتحدث اليوم عن التركيب الجزيئي المستخدم في عالم الفيزياء وله تطبيقات عظيمة. فهو يقع في حوالي الفوليرين. وهو ثالث أكثر الهياكل الجزيئية استقرارًا للكربون المعروف اليوم. يمكن أن تأخذ شكل كروي أو بيضاوي أو أنبوبي أو حلقة. تم اكتشافه بالصدفة تقريبًا في عام 1985.

في هذه المقالة سوف نخبرك عن جميع خصائص واكتشافات وتطبيقات الفوليرين.

الملامح الرئيسية

اكتشف العلماء الفوليرين هارولد كروتو وروبرت كورل وريتشارد سمالي في عام 1985 في الولايات المتحدة ، كانت هذه الاكتشافات مصادفة تقريبًا ولكنها مكّنتهم من الحصول على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1996. تم إيداع براءة الاختراع في عام 1990 وتم نشرها لاحقًا. هذه هي هياكل جديدة جزيئات الكربون مستقرة للغاية. في الواقع ، تُعرف بأنها ثالث أكثر الأشكال الجزيئية المعروفة استقرارًا للكربون بعد الماس والجرافيت.

تطورت الفوليرين نتيجة تجربة أجريت باستخدام جزيئات الكربون. براءة الاختراع التي تم إنشاؤها تشير إلى أن الطريقة الأولى لإنتاج كميات من المادة ذهبت إلى اكتشاف المادة نفسها. ما تم محاولة تسجيل براءة اختراعه كان طريقة صنع الفوليرين بكميات كبيرة للاستفادة منه.

في ذلك العام تم إجراء تجارب مختلفة. في جامعة رايس في هيوستن ، أجرى هارولد كروتو من جامعة ساوثهامبتون وريتشارد سمالي وروبرت كورل من رايس تجربة استندت إلى محاولة محاكاة جميع الظروف التي تحدث فيها بالقرب من سطح نجم. كان الهدف من هذه التجربة هو معرفة كيفية تشكل الجزيئات الكبيرة في الفضاء. للقيام بذلك ، أطلقوا شعاع ليزر مكثفًا على سطح كربوني في وجود غاز الهيليوم. في البداية تم اختباره باستخدام الهيدروجين والنيتروجين ولكن أخيرًا فقط بالنيتروجين.

بمجرد خلط شعاع الليزر على سطح الكربون في وجود الهيليوم ، كان من الممكن ملاحظة كيف يتحد الكربون الغازي مع الهيليوم لتكوين مجموعات. يجب تبريد الغاز إلى ما يقرب من الصفر المطلق من أجل إجراء تحليل طيفي للعناقيد. تبين أنها C60 ، مما يعني ذلك هناك 60 ذرة كربون في جزيء واحد. في ذلك الوقت ، لم ير العلماء شيئًا كهذا. وهو هيكل كروي يذكر بقبو بوكمينستر فولر الجيوديسي ، ومن هنا جاء اسم الفوليرين.

تطبيقات الفوليرين

نظرًا لأنهم غير قادرين على إعادة إنشاء الفوليرين على جهاز كمبيوتر ، فقد اضطروا إلى اللجوء إلى الورق والمقص والشريط. هذه هي الطريقة التي يتم بها تعميد هذا المركب على شكل فوليرينات. نحن نعلم أن ذرات الكربون تتحد مع بعضها البعض ويمكن أن تتحد معًا لتشكيل سلاسل بوليمر طويلة. كثيرا ما تستخدم هذه البوليمرات في منتجات مثل الأكواب والزجاجات البلاستيكية.

من أغرب خصائص الفوليرين أن بعضها يحتوي على إلكترونات من الذرات غير الموضعية. يمكن القول أن سلوك هذه الإلكترونات يبدو كما لو أنهم لم يدركوا أنها جزء من بنية الكربون. هذا يعني أنه مع هذا النوع من السلوك ، من الممكن إضافة ذرات أخرى بسهولة أكبر لبناء موصلات فائقة أو عوازل. بعد إنشاء براءة الاختراع ، تمت كتابة العديد من التقارير حول الفوليرين والإمكانيات التي توفرها.

على الرغم من أن هذه المركبات لا تزال جديدة إلى حد ما ، إلا أن العلماء توصلوا إلى أفكار مختلفة تبدو وكأنها تتناوب مع بنية الفوليرين لتشكيل ألياف مجوفة دقيقة تمتلك 200 مرة قوة الشد من الفولاذ. يبدو أن أحد استخدامات الفوليرين هو تكوين ملاقط صغيرة لتجميع مجموعات من الجزيئات أو الحاويات التي تعمل على حمل كميات ضئيلة من الأدوية أو الدروع ضد النشاط الإشعاعي. يمكن أيضًا تحويلها إلى أقفاص تعمل على احتواء بعض الجزيئات التي تسمح لأخرى أصغر حجمًا بالمرور. إذا تمت إضافة أنواع أخرى من الذرات ، فيمكن الحصول على صفات معينة ، مثل قياس المقاومة الكهربائية.

خصائص الفوليرين

هذه هياكل مجوفة يمكن أن تتشكل في الطبيعة نتيجة للحرائق أو الصواعق. إذا قمنا بتحليلها جسديًا ، نلاحظ أنها على شكل مسحوق أصفر. علامتها العلمية هي C60 وتشير إلى عدد ذرات الكربون في نفس الجزيء. إنهم قادرون على التشويه لكنهم عادوا إلى شكلهم الأصلي عندما يبدأ الضغط الذي يتعرضون له في الانخفاض.

ميزة الفوليرين والحاجة إلى تسجيل براءات الاختراع هي أنها شديدة المقاومة. ومن أجل تدمير هذه الجسيمات ، هناك حاجة إلى درجات حرارة أعلى من 1000 درجة. لا يمكن تحقيق درجات الحرارة هذه بسهولة على أساس يومي. من خلال وجود شكل مغلق ومتماثل ، فإنه يوفر مقاومة كبيرة للضغط. إنه قادر على تحمل ضغوط 3000 من الأجواء.

من بين خصائص الفوليرينات نرى خصائص التشحيم الخاصة بها. يتم إعطاء قدرة التشحيم من خلال القوى الضعيفة بين الجزيئات. يمكن أن تتكثف جزيئاتها لتشكيل مادة صلبة ذات روابط أكثر استقرارًا وأضعف. تُعرف هذه المادة الصلبة باسم الفوليريت. إذا قمنا بتعريض الفوليرين لدرجات حرارة منخفضة جدًا ، فإننا نرى أنها قادرة على التسامي دون فقد الكرات. جزيئاتها كهرسلبية للغاية وتشكل روابط مع الذرات التي تتبرع بالإلكترونات.

يمكننا أن نستنتج أن الفوليرين عبارة عن مواد جديدة تولد نظامين مترابطين للغاية وتسبب اهتمامًا كبيرًا في المجتمع العلمي. خاصة هذا يتركز الاهتمام من وجهة نظر الموصلية الفائقة. يمكن أن يؤدي الاستمرار في جميع الأبحاث حول هذه المواد إلى تحسين التقنيات الحالية لإنتاج مواد مفيدة للمستقبل.

كما ترون ، في العلم ، يمكن اكتشاف مواد مثيرة للاهتمام نتيجة أخطاء أو السعي وراء أهداف مختلفة. آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن الفوليرينات وخصائصها.