Danas ćemo razgovarati o molekularnoj strukturi koja se koristi u svijetu fizike i koja ima velike primjene. Riječ je o fulereni. I to je treća danas najstabilnija molekularna struktura ugljika. Može imati sferni, eliptični, cijevni ili prstenasti oblik. Otkriven je gotovo slučajno 1985. godine.
U ovom ćemo vam članku reći o svim karakteristikama, otkriću i primjeni fulerena.
Glavne osobine
Fulerene su otkrili znanstvenici Harold Kroto, Robert Curl i Richard Smalley 1985. u SAD-u Gotovo su slučajno otkriće, ali im je omogućilo da Nobelovu nagradu za kemiju dobiju 1996. Patent je podnijet 1990. i naknadno objavljen. To su nove strukture, vrlo stabilne molekule ugljika. Zapravo su poznati kao treći najstabilniji poznati molekularni oblik ugljika nakon dijamanta i grafita.
Fulereni su se razvili kao rezultat eksperimenta provedenog s molekulama ugljika. Stvoreni patent odnosi se na prvu metodu za proizvodnju količina tvari koja je otišla do otkrića same tvari. Ono što se pokušalo patentirati bilo je način stvaranja u velikim količinama fulerena kako bi se od toga profitiralo.
Te su godine izvedeni razni eksperimenti. Na Sveučilištu Rice u Houstonu, Harold Kroto sa Sveučilišta Southampton i Richard Smalley i Robert Curl iz Rice izveli su eksperiment koji se temeljio na pokušaju simuliranja svih uvjeta u kojima se javljaju u blizini površine zvijezde. Cilj ovog eksperimenta bio je znati kako se velike molekule stvaraju u svemiru. Da bi to učinili, ispaljivali su intenzivnu lasersku zraku na površinu ugljika u prisutnosti plina helija. U početku je testiran s vodikom i dušikom, ali na kraju samo s dušikom.
Jednom kada je laserska zraka pomiješana na površini ugljika u prisutnosti helija, bilo je moguće primijetiti kako plinoviti ugljik kombinira s helijem tvoreći nakupine. Plin je trebalo ohladiti na gotovo apsolutnu nulu kako bi se izvela spektralna analiza klastera. Ispalo je da su C60, što znači da u jednoj molekuli postoji 60 atoma ugljika. U to vrijeme znanstvenici nisu vidjeli ništa slično. A jest, to je sferna struktura koja podsjeća na geodetski svod Buckminstera Fullera, pa otuda i naziv fulereni.
Primjene fulerena
Budući da nisu u stanju ponovno stvoriti fuleren na računalu, morali su pribjeći papiru, škarama i traci. Tako se ovaj spoj krštava kao fulereni. Znamo da su atomi ugljika oni se međusobno kombiniraju i mogu se spojiti u duge polimerne lance. Ti se polimeri često koriste u proizvodima poput plastičnih čaša i boca.
Jedno od najčudnijih svojstava fulerena je da neki od njih imaju elektrone iz atoma koji su delokalizirani. Može se reći da je ponašanje tih elektrona kao da nisu shvatili da su dio strukture ugljika. To znači da je kod ove vrste ponašanja moguće lakše dodavati druge atome za izgradnju supravodiča ili izolatora. Nakon stvaranja patenta napisana su mnoga izvješća o fulerenima i mogućnostima koje on nudi.
Iako su ti spojevi još uvijek prilično novi, znanstvenici dolaze s različitim idejama koje, čini se, izmjenjuju strukturu fulerena da bi nastale fina šuplja vlakna posjeduju 200 puta veću vlačnu čvrstoću čelika. Čini se da je jedna od primjena fulerena u stvaranju malene pincete za skupljanje skupina molekula ili spremnika koji služe za nošenje malenih količina lijekova ili štitova protiv radioaktivnosti. Također se može pretvoriti u kaveze koji služe da sadrže neke molekule koje omogućuju prolazak drugih manjih veličina. Ako se dodaju druge vrste atoma, mogu se dobiti određene osobine, poput mjerenja električnog otpora.
Svojstva fulerena
To su šuplje građevine koje se mogu stvoriti u prirodi kao rezultat požara ili groma. Ako ih fizički analiziramo, vidimo da su u obliku žutog praha. Njegov je znanstveni znak C60 i odnosi se na broj atoma ugljika u istoj molekuli. Sposobni su deformirati se, ali se vraćaju u svoj izvorni oblik kad pritisak kojem su podvrgnuti počinje smanjivati.
Prednost fulerena i potreba za patentiranjem je što su vrlo otporni. A to je da su za uništavanje tih čestica potrebne temperature veće od 1000 stupnjeva. Te temperature nisu lako dostižne svakodnevno. Imajući zatvoreni i simetrični oblik, pruža veliku otpornost na pritisak. Sposoban je podnijeti pritisak od 3000 atmosfera.
Među svojstvima fulerena vidimo njihova maziva. Kapacitet podmazivanja daju slabe intermolekularne sile. Njegove molekule mogu se kondenzirati da tvore krutinu sa stabilnijim i slabijim vezama. Ova krutina poznata je pod nazivom fullerit. Izložimo li fuleren vrlo niskim temperaturama, vidimo da su sposobni za sublimaciju bez gubitka sfera. Njegove molekule su vrlo elektronegativne i tvore veze s atomima koji doniraju elektrone.
Možemo zaključiti da su fulereni novi materijali koji generiraju visoko korelirani sustav dva i koji izazivaju veliko zanimanje znanstvene zajednice. Pogotovo ovo interes je usmjeren sa stajališta superprovodljivosti. Neprestano nastavljajući sva istraživanja ovih materijala može poboljšati trenutne tehnologije za proizvodnju korisnih materijala za budućnost.
Kao što vidite, u znanosti se vrlo zanimljivi materijali mogu otkriti kao rezultat pogrešaka ili traženja različitih ciljeva. Nadam se da ćete s ovim informacijama saznati više o fulerenima i njihovim karakteristikama.