Tänään puhumme molekyylirakenteesta, jota käytetään fysiikan maailmassa ja jolla on hyvät sovellukset. Kyse on fullereeneja. Ja se on kolmanneksi vakain hiilen molekyylirakenne, joka tunnetaan tänään. Se voi olla pallomainen, elliptinen, putken tai renkaan muotoinen. Se löydettiin melkein vahingossa vuonna 1985.
Tässä artikkelissa kerromme sinulle kaikista fullereenien ominaisuuksista, löytämisestä ja sovelluksista.
Tärkeimmät ominaisuudet
Tutkijat löysivät fullereeneja Harold Kroto, Robert Curl ja Richard Smalley vuonna 1985 Yhdysvalloissa. Ne ovat melkein vahingossa löytöjä, mutta antoivat heille mahdollisuuden saada kemian Nobel-palkinto vuonna 1996. Patentti jätettiin vuonna 1990 ja julkaistiin myöhemmin. Nämä ovat uusia rakenteita, erittäin stabiileja hiilimolekyylejä. Itse asiassa ne tunnetaan kolmanneksi stabiilimmaksi tunnetuksi hiilen molekyylimuodoksi timantin ja grafiitin jälkeen.
Fullereenit kehittyivät hiilimolekyyleillä suoritetun kokeen tuloksena. Luotu patentti viittaa ensimmäiseen menetelmään aineen määrien tuottamiseksi, ja se on löytynyt itse aineesta. Mitä yritettiin patentoida, oli tapa luoda suuria määriä fullereenia hyödyntääkseen sitä.
Tuona vuonna tehtiin erilaisia kokeita. Houstonin Rice-yliopistossa Harold Kroto Southamptonin yliopistosta sekä Richard Smalley ja Robert Rice of Rice tekivät kokeen, joka perustui yrittämään simuloida kaikkia olosuhteita, joissa ne esiintyvät lähellä tähden pintaa. Tämän kokeen tavoitteena oli tietää, kuinka suuria molekyylejä muodostuu avaruudessa. Tätä varten he ampuivat voimakkaan lasersäteen hiilipinnalle heliumkaasun läsnä ollessa. Aluksi se testattiin vedyllä ja typellä, mutta lopulta vain typellä.
Kun lasersäde oli sekoitettu hiilen pinnalle heliumin läsnä ollessa, voitiin havaita, kuinka kaasumainen hiili yhdistettynä heliumiin muodosti klustereita. Kaasu oli jäähdytettävä lähes absoluuttiseen nollaan klustereiden spektrianalyysin suorittamiseksi. Ne osoittautuivat C60: ksi, mikä tarkoittaa sitä yhdessä molekyylissä on 60 hiiliatomia. Tuolloin tutkijat eivät olleet nähneet mitään vastaavaa. Ja se on, että se on pallomainen rakenne, joka muistuttaa Buckminster Fullerin geodeettista holvia, joten nimi fullerenes.
Fullereenien sovellukset
Koska he eivät pysty luomaan fullereenia tietokoneella, heidän täytyi turvautua paperiin, saksiin ja nauhaan. Näin tämä yhdiste kastetaan fullereeneiksi. Tiedämme, että hiiliatomit ne yhdistyvät keskenään ja voivat liittyä yhteen muodostaen pitkiä polymeeriketjuja. Näitä polymeerejä käytetään usein tuotteissa, kuten muovikuppeissa ja pulloissa.
Yksi fullereenien kummallisimmista ominaisuuksista on se, että joillakin niistä on elektroneja atomista, jotka ovat paikallisia. Voidaan sanoa, että näiden elektronien käyttäytyminen on ikään kuin he eivät tajuisi olevansa osa hiilen rakennetta. Tämä tarkoittaa, että tämän tyyppisellä käyttäytymisellä on mahdollista lisätä muita atomeja helpommin suprajohteiden tai eristimen rakentamiseksi. Patentin luomisen jälkeen kirjoitettiin monia raportteja fullereeneista ja sen tarjoamista mahdollisuuksista.
Vaikka nämä yhdisteet ovat vielä melko uusia, tutkijat esittävät erilaisia ideoita, jotka näyttävät vuorottelevan fullereenien rakennetta hienojen onttojen kuitujen muodostamiseksi. niillä on 200-kertainen teräksen vetolujuus. Näyttää siltä, että yksi fullereenin käyttötarkoituksista on muodostaa pienet pinsetit molekyyliryhmien tai säiliöiden keräämiseksi, joiden tehtävänä on kuljettaa pieniä määriä lääkkeitä tai suojaa radioaktiivisuudelta. Se voidaan myös muuntaa häkkeiksi, joiden tarkoituksena on sisältää joitain molekyylejä, jotka sallivat muiden pienempikokoisten kulkea. Jos lisätään muun tyyppisiä atomeja, voidaan saada erityisiä ominaisuuksia, kuten mitata sähköinen vastus.
Fullereenien ominaisuudet
Nämä ovat onttoja rakenteita, jotka voivat muodostua luonnossa tulipalojen tai salaman seurauksena. Jos analysoimme niitä fyysisesti, näemme, että ne ovat keltaisen jauheen muodossa. Sen tieteellinen merkki on C60 ja viittaa hiiliatomien määrään samassa molekyylissä. Ne pystyvät deformoitumaan, mutta palaavat alkuperäiseen muotoonsa, kun niihin kohdistuva paine alkaa laskea.
Fullereenien etuna ja patentointitarpeena on, että ne ovat erittäin kestäviä. Ja näiden hiukkasten tuhoamiseksi tarvitaan yli 1000 asteen lämpötiloja. Näitä lämpötiloja ei ole helppo saavuttaa päivittäin. Suljetun ja symmetrisen muodon ansiosta se kestää hyvin painetta. Se kestää 3000 ilmakehän paineita.
Fullereenien ominaisuuksien joukossa näemme niiden voiteluominaisuudet. Voitelukyvyn antavat heikot molekyylien väliset voimat. Sen molekyylit voivat tiivistyä muodostaen kiinteän aineen, jolla on vakaammat ja heikommat sidokset. Tämä kiinteä aine tunnetaan nimellä fulleriitti. Jos altistamme fullereenin erittäin matalille lämpötiloille, näemme, että ne pystyvät sublimoitumaan menettämättä palloja. Sen molekyylit ovat hyvin elektronegatiivisia ja muodostavat sidoksia elektroneja luovuttavien atomien kanssa.
Voimme päätellä, että fullereenit ovat uusia materiaaleja, jotka tuottavat voimakkaasti korreloivia systeemejä kaksi ja aiheuttavat suurta kiinnostusta tiedeyhteisössä. Varsinkin tämä kiinnostus on keskitetty suprajohtavuuden näkökulmasta. Näiden materiaalien kaiken tutkimuksen jatkaminen voi parantaa nykyistä tekniikkaa hyödyllisten materiaalien tuottamiseksi tulevaisuutta varten.
Kuten näette, tieteestä voidaan löytää erittäin mielenkiintoisia materiaaleja virheiden tai erilaisten tavoitteiden saavuttamisen seurauksena. Toivon, että näiden tietojen avulla voit oppia lisää fullereeneista ja niiden ominaisuuksista.