Dzisiaj porozmawiamy o strukturze molekularnej, która jest używana w świecie fizyki i która ma wielkie zastosowania. Chodzi o fulereny. Jest to trzecia najbardziej stabilna obecnie znana struktura molekularna węgla. Może mieć kształt kuli, elipsy, rurki lub pierścienia. Został odkryty prawie przypadkowo w 1985 roku.
W tym artykule opowiem o wszystkich cechach, odkryciach i zastosowaniach fulerenów.
Główne cechy
Fulereny zostały odkryte przez naukowców Harold Kroto, Robert Curl i Richard Smalley w 1985 r. w USA Są niemal przypadkowym odkryciem, ale umożliwiły im otrzymanie Nagrody Nobla w dziedzinie chemii w 1996 r. Patent został zgłoszony w 1990 r., a następnie opublikowany. To są nowe struktury, bardzo stabilne cząsteczki węgla. W rzeczywistości są one znane jako trzecia najbardziej stabilna znana postać molekularna węgla po diamencie i graficie.
Fulereny wyewoluowały w wyniku eksperymentu przeprowadzonego z cząsteczkami węgla. Stworzony patent odnosi się do pierwszej metody wytwarzania określonej ilości substancji, polegającej na odkryciu samej substancji. Próbowano opatentować sposób na tworzenie w dużych ilościach w fullerenie, aby czerpać z tego korzyści.
W tym roku przeprowadzono różne eksperymenty. Na Uniwersytecie Rice w Houston Harold Kroto z Uniwersytetu w Southampton oraz Richard Smalley i Robert Curl of Rice przeprowadzili eksperyment polegający na próbie symulacji wszystkich warunków, w jakich występują one w pobliżu powierzchni gwiazdy. Celem tego eksperymentu było poznanie, jak duże cząsteczki powstają w kosmosie. Aby to zrobić, wystrzelili intensywną wiązkę lasera na powierzchnię węgla w obecności helu. Początkowo był testowany z wodorem i azotem, ale ostatecznie tylko z azotem.
Po wymieszaniu wiązki lasera na powierzchni węgla w obecności helu można było zaobserwować, jak gazowy węgiel łączy się z helem, tworząc klastry. Gaz musiał zostać schłodzony do prawie zera absolutnego, aby przeprowadzić analizę widmową klastrów. Okazało się, że to C60, co oznacza, że w jednej cząsteczce znajduje się 60 atomów węgla. W tamtym czasie naukowcy nie widzieli czegoś takiego. Chodzi o to, że jest to struktura kulista przypominająca sklepienie geodezyjne Buckminstera Fullera, stąd nazwa fulereny.
Zastosowania fulerenów
Ponieważ nie są w stanie odtworzyć fulerenu na komputerze, musieli uciekać się do papieru, nożyczek i taśmy. W ten sposób ten związek jest ochrzczony jako fulereny. Wiemy, że atomy węgla łączą się ze sobą i mogą łączyć się, tworząc długie łańcuchy polimerowe. Te polimery są często stosowane w produktach takich jak plastikowe kubki i butelki.
Jedną z najdziwniejszych właściwości fulerenów jest to, że niektóre z nich mają elektrony pochodzące z zdelokalizowanych atomów. Można powiedzieć, że zachowanie tych elektronów jest tak, jakby nie zdawały sobie sprawy, że są częścią struktury węgla. Oznacza to, że przy tego typu zachowaniu możliwe jest łatwiejsze dodawanie innych atomów w celu zbudowania nadprzewodników lub izolatorów. Po stworzeniu patentu napisano wiele raportów o fulerenach i oferowanych przez nie możliwościach.
Chociaż te związki są wciąż dość nowe, naukowcy wpadają na różne pomysły, które wydają się zmieniać strukturę fulerenów, tworząc drobne puste włókna, które mają 200 razy większą wytrzymałość na rozciąganie niż stal. Wydaje się, że jednym z zastosowań fulerenu jest tworzenie maleńkich szczypiec do zbierania grup cząsteczek lub pojemników służących do przenoszenia niewielkich ilości leków lub osłon przed radioaktywnością. Można go również przekształcić w klatki, które służą do przechowywania niektórych cząsteczek, które pozwalają przechodzić innym o mniejszych rozmiarach. Dodając inne typy atomów, można uzyskać szczególne właściwości, takie jak pomiar rezystancji elektrycznej.
Właściwości fulerenów
Są to puste struktury, które w naturze mogą powstać w wyniku pożarów lub wyładowań atmosferycznych. Jeśli przeanalizujemy je fizycznie, zobaczymy, że mają postać żółtego proszku. Jego naukowy znak to C60 i odnosi się do liczby atomów węgla w tej samej cząsteczce. Są zdolne do deformacji, ale wracają do swojego pierwotnego kształtu, gdy ciśnienie, na jakie są narażone, zaczyna spadać.
Zaletą fulerenów i potrzebą opatentowania jest to, że są bardzo odporne. A to dlatego, że aby zniszczyć te cząstki, potrzebne są temperatury powyżej 1000 stopni. Te temperatury nie są łatwo osiągalne na co dzień. Dzięki zamkniętemu i symetrycznemu kształtowi zapewnia dużą odporność na nacisk. Jest w stanie wytrzymać ciśnienie 3000 atmosfer.
Wśród właściwości fulerenów dostrzegamy ich właściwości smarne. Właściwości smarne określają słabe siły międzycząsteczkowe. Jego cząsteczki mogą kondensować, tworząc ciało stałe z bardziej stabilnymi i słabszymi wiązaniami. Ta bryła znana jest pod nazwą fullerite. Jeśli wystawimy fulereny na działanie bardzo niskich temperatur, zobaczymy, że są zdolne do sublimacji bez utraty kulek. Jego cząsteczki są bardzo elektroujemne i tworzą wiązania z atomami przekazującymi elektrony.
Możemy wywnioskować, że fulereny to nowe materiały, które generują silnie skorelowane układy dwa i budzą duże zainteresowanie społeczności naukowej. Szczególnie to zainteresowanie skupia się z punktu widzenia nadprzewodnictwa. Ciągłe prowadzenie wszystkich badań nad tymi materiałami może ulepszyć obecne technologie produkcji użytecznych materiałów na przyszłość.
Jak widać, w nauce bardzo ciekawe materiały można odkryć w wyniku błędów lub dążenia do różnych celów. Mam nadzieję, że dzięki tym informacjom dowiesz się więcej o fulerenach i ich właściwościach.