Šodien mēs runāsim par molekulāro struktūru, kas tiek izmantota fizikas pasaulē un kurai ir lieliski pielietojumi. Tas ir par fullerenes. Un tā ir trešā stabilākā oglekļa molekulārā struktūra, kas zināma šodien. Tam var būt sfēriska, elipsveida, caurules vai gredzena forma. Gandrīz nejauši tas tika atklāts 1985. gadā.
Šajā rakstā mēs jums pastāstīsim par visām fullerēnu īpašībām, atklājumiem un pielietojumiem.
galvenās iezīmes
Fulerēnus atklāja zinātnieki Harolds Kroto, Roberts Kērls un Ričards Smālijs 1985. gadā ASV. Tie ir gandrīz nejauši atklājumi, taču ļāva 1996. gadā saņemt Nobela prēmiju ķīmijā. Patents tika iesniegts 1990. gadā un pēc tam publicēts. Tās ir jaunas struktūras, ļoti stabilas oglekļa molekulas. Faktiski tie ir pazīstami kā trešā stabilākā zināmā oglekļa molekulārā forma pēc dimanta un grafīta.
Fulerēni attīstījās eksperimenta rezultātā, kas tika veikts ar oglekļa molekulām. Izveidotais patents attiecas uz pirmo vielas daudzuma iegūšanas metodi, līdz pat pašai vielai. Tas, ko mēģināja patentēt, bija veids, kā radīt lielos daudzumos fullerēnu, lai no tā gūtu labumu.
Tajā gadā tika veikti dažādi eksperimenti. Rīsu universitātē Hjūstonā Harolds Kroto no Sauthemptonas universitātes, Ričards Smālijs un Roberts Kērls no Rīsiem veica eksperimentu, kura pamatā bija mēģinājums simulēt visus apstākļus, kādos tie notiek netālu no zvaigznes virsmas. Šī eksperimenta mērķis bija zināt, kā kosmosā veidojas lielas molekulas. Lai to izdarītu, hēlija gāzes klātbūtnē viņi uz oglekļa virsmas izšāva intensīvu lāzera staru. Sākumā to pārbaudīja ar ūdeņradi un slāpekli, bet visbeidzot tikai ar slāpekli.
Kad lāzera stars tika sajaukts uz oglekļa virsmas hēlija klātbūtnē, bija iespējams novērot, kā gāzveida ogleklis kopā ar hēliju veidoja kopas. Lai veiktu kopu spektrālo analīzi, gāze bija jāatdzesē līdz absolūtai nullei. Viņi izrādījās C60, kas nozīmē, ka vienā molekulā ir 60 oglekļa atomu. Tajā laikā zinātnieki neko tādu nebija redzējuši. Un tas ir tas, ka tā ir sfēriska struktūra, kas atgādina Buckminster Fuller ģeodēzisko velvju, tāpēc arī nosaukums fullerenes.
Fulerēnu pielietojums
Tā kā viņi nespēj datorā atjaunot fullerēnu, viņiem nācās izmantot papīru, šķēres un lenti. Tā šis savienojums tiek kristīts par fullerēniem. Mēs zinām, ka oglekļa atomi tie apvieno viens ar otru un var savienoties, veidojot garas polimēru ķēdes. Šos polimērus bieži izmanto tādos izstrādājumos kā plastmasas glāzes un pudeles.
Viena no dīvainākajām fullerēnu īpašībām ir tā, ka dažiem no tiem ir lokalizētu atomu elektroni. Var teikt, ka šo elektronu uzvedība ir tāda, it kā viņi neapzinātos, ka ir daļa no oglekļa struktūras. Tas nozīmē, ka ar šāda veida uzvedību ir vieglāk pievienot citus atomus, lai izveidotu supravadītājus vai izolatorus. Pēc patenta izveidošanas tika rakstīti daudzi ziņojumi par fullerēniem un tā piedāvātajām iespējām.
Lai gan šie savienojumi joprojām ir diezgan jauni, zinātnieki nāk klajā ar dažādām idejām, kas, šķiet, maina fullerēnu struktūru, veidojot smalkas dobas šķiedras, kas piemīt 200 reizes lielāka tērauda stiepes izturība. Šķiet, ka viens no fullerēna izmantošanas veidiem ir sīku pincetes veidošana, lai savāktu molekulu grupas vai konteinerus, kas kalpo nelielu daudzumu zāļu vai vairogu pārvadāšanai pret radioaktivitāti. To var arī pārveidot būros, kas kalpo, lai saturētu dažas molekulas, kas ļauj iziet citām mazāka izmēra. Ja tiek pievienoti cita veida atomi, var iegūt īpašas īpašības, piemēram, izmērīt elektrisko pretestību.
Fulerēnu īpašības
Tās ir dobas konstrukcijas, kuras dabā var veidoties ugunsgrēku vai zibens rezultātā. Ja mēs tos fiziski analizējam, redzam, ka tie ir dzeltenā pulvera formā. Tās zinātniskā zīme ir C60 un attiecas uz oglekļa atomu skaitu tajā pašā molekulā. Viņi spēj deformēties, bet atgriežas sākotnējā formā, kad spiediens, uz kuru tie attiecas, sāk samazināties.
Fulerēnu priekšrocība un nepieciešamība patentēt ir tā, ka tie ir ļoti izturīgi. Un tas ir tāds, ka, lai iznīcinātu šīs daļiņas, nepieciešama temperatūra, kas pārsniedz 1000 grādus. Šīs temperatūras nav viegli sasniedzamas katru dienu. Ar slēgtu un simetrisku formu tas nodrošina lielu izturību pret spiedienu. Tas spēj izturēt 3000 atmosfēru spiedienu.
Starp fullerēnu īpašībām mēs redzam to eļļošanas īpašības. Eļļošanas spēju piešķir vāji starpmolekulārie spēki. Tās molekulas var kondensēties, veidojot cietu vielu ar stabilākām un vājām saitēm. Šī cietā viela ir pazīstama ar nosaukumu fullerite. Ja pakļaujam fullerēnu ļoti zemai temperatūrai, mēs redzam, ka tie spēj sublimēties, nezaudējot sfēras. Tās molekulas ir ļoti elektronegatīvas un veido saites ar atomiem, kas ziedo elektronus.
Mēs varam secināt, ka fullerēni ir jauni materiāli, kas rada ļoti savstarpēji saistītas sistēmas un rada lielu interesi zinātnieku aprindās. Īpaši tas interese ir vērsta no supravadītspējas viedokļa. Pastāvīgi turpinot visu šo materiālu izpēti, var uzlabot pašreizējās tehnoloģijas noderīgu materiālu ražošanai nākotnē.
Kā redzat, zinātnē ļoti interesantus materiālus var atklāt kļūdu vai dažādu mērķu sasniegšanas rezultātā. Es ceru, ka ar šo informāciju jūs varat uzzināt vairāk par fullerēniem un to īpašībām.