Σήμερα πρόκειται να μιλήσουμε για μια μοριακή δομή που χρησιμοποιείται στον κόσμο της φυσικής και που έχει εξαιρετικές εφαρμογές. Πρόκειται για το Φουλερένες. Και είναι η τρίτη πιο σταθερή μοριακή δομή του άνθρακα που είναι γνωστή σήμερα. Μπορεί να έχει σφαιρικό, ελλειπτικό, σχήμα σωλήνα ή δαχτυλίδι. Ανακαλύφθηκε σχεδόν τυχαία το 1985.
Σε αυτό το άρθρο θα σας πούμε για όλα τα χαρακτηριστικά, την ανακάλυψη και τις εφαρμογές των φουλερενών.
Κύρια χαρακτηριστικά
Οι φουλλερένες ανακαλύφθηκαν από επιστήμονες Harold Kroto, Robert Curl και Richard Smalley το 1985 στις ΗΠΑ Είναι σχεδόν τυχαία ανακάλυψη, αλλά τους επέτρεψε να λάβουν το βραβείο Νόμπελ Χημείας το 1996. Το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας κατατέθηκε το 1990 και στη συνέχεια δημοσιεύθηκε. Αυτές είναι νέες δομές πολύ σταθερά μόρια άνθρακα. Στην πραγματικότητα, είναι γνωστοί ως η τρίτη πιο σταθερή γνωστή μοριακή μορφή άνθρακα μετά από διαμάντια και γραφίτη.
Τα φουλλερένια εξελίχθηκαν ως αποτέλεσμα ενός πειράματος που πραγματοποιήθηκε με μόρια άνθρακα. Το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας που δημιουργήθηκε αναφέρεται στην πρώτη μέθοδο για την παραγωγή ποσοτήτων της ουσίας που έχει ανακαλύψει την ίδια την ουσία. Αυτό που επιχειρήθηκε να κατοχυρωθεί με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας ήταν ο τρόπος δημιουργίας σε μεγάλες ποσότητες σε φουλλερένη για να επωφεληθείτε από αυτό.
Εκείνη τη χρονιά πραγματοποιήθηκαν διάφορα πειράματα. Στο Πανεπιστήμιο Rice στο Χιούστον, ο Χάρολντ Κρότο του Πανεπιστημίου του Σαουθάμπτον και ο Ρίτσαρντ Σμίλεϊ και ο Ρόμπερτ Κουρλ του Ράις, πραγματοποίησαν ένα πείραμα που βασίστηκε στην προσπάθεια προσομοίωσης όλων των συνθηκών στις οποίες εμφανίζονται κοντά στην επιφάνεια ενός αστεριού. Ο στόχος αυτού του πειράματος ήταν να γνωρίζουμε πόσο μεγάλα μόρια σχηματίζονται στο διάστημα. Για να γίνει αυτό, πυροδότησαν μια έντονη δέσμη λέιζερ σε μια επιφάνεια άνθρακα παρουσία αερίου ηλίου. Αρχικά δοκιμάστηκε με υδρογόνο και άζωτο αλλά τελικά μόνο με άζωτο.
Μόλις η δέσμη λέιζερ αναμίχθηκε στην επιφάνεια του άνθρακα παρουσία ηλίου, ήταν δυνατό να παρατηρηθεί πώς ο αέριος άνθρακας συνδυάστηκε με το ήλιο για να σχηματίσει συστάδες. Το αέριο έπρεπε να ψυχθεί σχεδόν στο απόλυτο μηδέν για να πραγματοποιήσει μια φασματική ανάλυση των συστάδων. Αποδείχθηκαν C60, πράγμα που σημαίνει ότι υπάρχουν 60 άτομα άνθρακα σε ένα μόνο μόριο. Εκείνη την εποχή, οι επιστήμονες δεν είχαν δει κάτι παρόμοιο. Και είναι ότι είναι μια σφαιρική δομή που θυμίζει το γεωδαιτικό θησαυροφυλάκιο του Buckminster Fuller, εξ ου και το όνομα fullerenes.
Εφαρμογές φουλερενίων
Δεδομένου ότι δεν είναι σε θέση να αναδημιουργήσουν το φουλερένιο σε έναν υπολογιστή, έπρεπε να καταφύγουν σε χαρτί, ψαλίδι και κασέτα. Έτσι βαπτίζεται αυτή η ένωση ως φουλλερένες. Γνωρίζουμε ότι τα άτομα άνθρακα συνδυάζονται μεταξύ τους και μπορούν να ενώσουν για να σχηματίσουν μεγάλες αλυσίδες πολυμερούς. Αυτά τα πολυμερή χρησιμοποιούνται συχνά σε προϊόντα όπως πλαστικά κύπελλα και φιάλες.
Μία από τις πιο περίεργες ιδιότητες των φουλλερενών είναι ότι μερικά από αυτά έχουν ηλεκτρόνια από τα άτομα που είναι απο-εντοπισμένα. Μπορούμε να πούμε ότι η συμπεριφορά αυτών των ηλεκτρονίων είναι σαν να μην συνειδητοποίησαν ότι αποτελούν μέρος της δομής του άνθρακα. Αυτό σημαίνει ότι με αυτόν τον τύπο συμπεριφοράς, είναι δυνατή η προσθήκη άλλων ατόμων πιο εύκολα για την κατασκευή υπεραγωγών ή μονωτών. Μετά τη δημιουργία του διπλώματος ευρεσιτεχνίας, γράφτηκαν πολλές αναφορές για τα φουλερένια και τις δυνατότητες που προσέφερε.
Αν και αυτές οι ενώσεις είναι ακόμα αρκετά νέες, οι επιστήμονες καταλήγουν σε διαφορετικές ιδέες που φαίνεται να εναλλάσσουν τη δομή των φουλερενίων για να σχηματίσουν λεπτές κοίλες ίνες που διαθέτουν 200 φορές την αντοχή εφελκυσμού του χάλυβα. Φαίνεται ότι μία από τις χρήσεις της φουλλερένης είναι ο σχηματισμός μικροσκοπικών λαβίδων για τη συλλογή ομάδων μορίων ή δοχείων που χρησιμεύουν για τη μεταφορά μικρών ποσοτήτων φαρμάκων ή ασπίδων κατά της ραδιενέργειας. Μπορεί επίσης να μετατραπεί σε κλουβιά που χρησιμεύουν για να περιέχουν μερικά μόρια που επιτρέπουν σε άλλα μικρότερα να περάσουν. Εάν προστεθούν άλλοι τύποι ατόμων, μπορούν να επιτευχθούν συγκεκριμένες ιδιότητες, όπως η μέτρηση της ηλεκτρικής αντίστασης.
Ιδιότητες των φουλερενών
Πρόκειται για κοίλες κατασκευές που μπορούν να σχηματιστούν στη φύση ως αποτέλεσμα πυρκαγιών ή κεραυνού. Αν τα αναλύσουμε φυσικά, βλέπουμε ότι είναι με τη μορφή κίτρινου σε σκόνη. Το επιστημονικό του σημείο είναι C60 και αναφέρεται στον αριθμό ατόμων άνθρακα στο ίδιο μόριο. Είναι σε θέση να παραμορφώσουν αλλά επέστρεψαν στο αρχικό τους σχήμα όταν αρχίσει να μειώνεται η πίεση στην οποία υπόκεινται.
Το πλεονέκτημα των φουλερενών και η ανάγκη για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας είναι ότι είναι πολύ ανθεκτικά. Και είναι ότι για την καταστροφή αυτών των σωματιδίων, απαιτούνται θερμοκρασίες μεγαλύτερες από 1000 μοίρες. Αυτές οι θερμοκρασίες δεν είναι εύκολα εφικτές σε καθημερινή βάση. Με κλειστό και συμμετρικό σχήμα, παρέχει μεγάλη αντοχή στην πίεση. Είναι ικανό να αντέξει πιέσεις 3000 ατμοσφαιρών.
Μεταξύ των ιδιοτήτων των φουλλερενών βλέπουμε τις λιπαντικές τους ιδιότητες. Η λιπαντική ικανότητα δίνεται από τις αδύναμες διαμοριακές δυνάμεις. Τα μόρια του μπορούν να συμπυκνωθούν για να σχηματίσουν ένα στερεό με πιο σταθερούς και ασθενέστερους δεσμούς. Αυτό το στερεό είναι γνωστό με το όνομα του φουλερίτη. Εάν εκθέσουμε το φουλλερένιο σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, βλέπουμε ότι είναι ικανά εξάχνωσης χωρίς να χάσουν τις σφαίρες. Τα μόρια του είναι πολύ ηλεκτροαρνητικά και σχηματίζουν δεσμούς με άτομα που δίνουν ηλεκτρόνια.
Μπορούμε να συμπεράνουμε ότι τα φουλλερένια είναι νέα υλικά που δημιουργούν πολύ συσχετισμένα συστήματα δύο και που προκαλούν μεγάλο ενδιαφέρον στην επιστημονική κοινότητα. Ειδικά αυτό το ενδιαφέρον επικεντρώνεται από την άποψη της υπεραγωγιμότητας. Η συνεχής συνεχής έρευνα σε όλα αυτά τα υλικά μπορεί να βελτιώσει τις τρέχουσες τεχνολογίες για την παραγωγή χρήσιμων υλικών για το μέλλον.
Όπως μπορείτε να δείτε, στην επιστήμη πολύ ενδιαφέροντα υλικά μπορούν να ανακαλυφθούν ως αποτέλεσμα λαθών ή της επιδίωξης διαφορετικών στόχων. Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για τα φουλερένια και τα χαρακτηριστικά τους.