Dnes budeme hovořit o molekulární struktuře, která se používá ve světě fyziky a která má skvělé aplikace. Jedná se o fullereny. A je to třetí nejstabilnější molekulární struktura uhlíku, která je dnes známa. Může mít sférický, eliptický, trubkový nebo prstencový tvar. Bylo objeveno téměř náhodou v roce 1985.
V tomto článku vám řekneme o všech charakteristikách, objevech a aplikacích fullerenů.
Hlavní charakteristiky
Fullereny objevili vědci Harold Kroto, Robert Curl a Richard Smalley v roce 1985 v USA Objevují se téměř náhodně, ale umožnily jim získat Nobelovu cenu za chemii v roce 1996. Patent byl podán v roce 1990 a následně zveřejněn. Jedná se o nové struktury, velmi stabilní molekuly uhlíku. Ve skutečnosti jsou známé jako třetí nejstabilnější známá molekulární forma uhlíku po diamantu a grafitu.
Fullereny se vyvinuly v důsledku experimentu prováděného s molekulami uhlíku. Patent, který byl vytvořen, odkazuje na první způsob výroby množství látky, který se dostal k objevu samotné látky. To, co se pokusilo patentovat, bylo způsob, jak vytvářet ve velkém množství ve fullerenu, aby z toho měl prospěch.
V tomto roce byly provedeny různé experimenty. Na Rice University v Houstonu provedli Harold Kroto z University of Southampton a Richard Smalley a Robert Curl z Rice experiment, který byl založen na pokusu simulovat všechny podmínky, ve kterých se vyskytují v blízkosti povrchu hvězdy. Cílem tohoto experimentu bylo zjistit, jak se ve vesmíru formují velké molekuly. Za tímto účelem vystřelili intenzivní laserový paprsek na uhlíkový povrch v přítomnosti plynného helia. Zpočátku to bylo testováno s vodíkem a dusíkem, ale nakonec pouze s dusíkem.
Jakmile byl laserový paprsek smíchán na povrchu uhlíku v přítomnosti helia, bylo možné pozorovat, jak se plynný uhlík spojil s heliem za vzniku shluků. Plyn musel být ochlazen na téměř absolutní nulu, aby bylo možné provést spektrální analýzu klastrů. Ukázalo se, že jsou C60, což znamená, že v jedné molekule je 60 atomů uhlíku. V té době vědci nic podobného neviděli. A je to tím, že jde o sférickou strukturu připomínající geodetickou klenbu Buckminster Fuller, odtud název fullerenes.
Aplikace fullerenů
Jelikož nejsou schopni znovu vytvořit fulleren v počítači, museli se uchýlit k papíru, nůžkám a pásku. Takto je tato sloučenina pokřtěna jako fullereny. Známe atomy uhlíku spojují se navzájem a mohou se spojit a vytvořit dlouhé polymerní řetězce. Tyto polymery se často používají ve výrobcích, jako jsou plastové kelímky a lahve.
Jednou z nejpodivnějších vlastností fullerenů je to, že některé z nich mají elektrony z atomů, které jsou lokalizovány. Lze říci, že chování těchto elektronů je, jako by si neuvědomili, že jsou součástí struktury uhlíku. To znamená, že s tímto typem chování je možné snadněji přidávat další atomy k výrobě supravodičů nebo izolátorů. Po vytvoření patentu bylo napsáno mnoho zpráv o fullerenech a možnostech, které nabízí.
Ačkoli jsou tyto sloučeniny stále poměrně nové, vědci přicházejí s různými nápady, které, jak se zdá, střídají strukturu fullerenů za vzniku jemných dutých vláken, která mají 200krát větší pevnost v tahu než ocel. Zdá se, že jedním z použití fullerenu je vytvoření malé pinzety pro sběr skupin molekul nebo nádob, které slouží k přepravě malého množství léků nebo štítů proti radioaktivitě. Může být také přeměněn na klece, které obsahují určité molekuly, které umožňují průchod jiným menším rozměrům. Pokud jsou přidány další typy atomů, lze získat konkrétní vlastnosti, jako je měření elektrického odporu.
Vlastnosti fullerenů
Jedná se o duté struktury, které mohou v přírodě vznikat v důsledku požárů nebo blesků. Pokud je fyzicky analyzujeme, zjistíme, že jsou ve formě žlutého prášku. Jeho vědecký znak je C60 a odkazuje na počet atomů uhlíku ve stejné molekule. Jsou schopné deformace, ale vrátily se do původního tvaru, když tlak, kterému jsou vystaveny, začal klesat.
Výhodou fullerenů a nutností patentování je, že jsou velmi odolné. A je to tak, že ke zničení těchto částic jsou zapotřebí teploty vyšší než 1000 stupňů. Tyto teploty nelze snadno dosáhnout denně. Tím, že má uzavřený a symetrický tvar, poskytuje velkou odolnost proti tlaku. Je schopen odolat tlaku 3000 atmosfér.
Mezi vlastnostmi fullerenů vidíme jejich mazací vlastnosti. Mazací kapacita je dána slabými mezimolekulárními silami. Jeho molekuly mohou kondenzovat za vzniku pevné látky se stabilnějšími a slabšími vazbami. Tato pevná látka je známá pod jménem fullerit. Pokud vystavíme fulleren velmi nízkým teplotám, zjistíme, že jsou schopné sublimace bez ztráty koulí. Jeho molekuly jsou velmi elektronegativní a vytvářejí vazby s atomy, které darují elektrony.
Můžeme konstatovat, že fullereny jsou nové materiály, které generují vysoce korelované systémy dva a které vyvolávají velký zájem ve vědecké komunitě. Zvláště tohle zájem je zaměřen z hlediska supravodivosti. Neustálé pokračování veškerého výzkumu těchto materiálů může zlepšit současné technologie výroby užitečných materiálů pro budoucnost.
Jak vidíte, ve vědě mohou být objeveny velmi zajímavé materiály v důsledku chyb nebo sledování různých cílů. Doufám, že s těmito informacemi se dozvíte více o fullerenech a jejich vlastnostech.