Danes bomo govorili o molekularni strukturi, ki se uporablja v svetu fizike in ima velike aplikacije. Gre za fulereni. In to je tretja najbolj stabilna molekularna struktura ogljika, ki je danes znana. Lahko ima sferično, eliptično, cevno ali obročasto obliko. Leta 1985 so ga odkrili skoraj naključno.
V tem članku vam bomo predstavili vse značilnosti, odkritje in uporabo fulerenov.
Glavne značilnosti
Fulerene so odkrili znanstveniki Harold Kroto, Robert Curl in Richard Smalley leta 1985 v ZDA So skoraj naključno odkritje, vendar so jim omogočili, da so leta 1996 prejeli Nobelovo nagrado za kemijo. Patent je bil vložen leta 1990 in nato objavljen. To so nove strukture zelo stabilnih molekul ogljika. Pravzaprav so znani kot tretja najbolj stabilna znana molekularna oblika ogljika za diamantom in grafitom.
Fulereni so se razvili kot rezultat eksperimenta z molekulami ogljika. Patent, ki je bil ustvarjen, se nanaša na prvo metodo za proizvodnjo količin snovi, ki je bila odkrita sama. Kar se je poskušalo patentirati, je bilo način, kako v velikih količinah ustvariti fuleren, da bi iz njega izkoristili.
V tem letu so bili izvedeni različni poskusi. Na univerzi Rice v Houstonu so Harold Kroto z univerze v Southamptonu ter Richard Smalley in Robert Curl iz Rice izvedli eksperiment, ki je temeljil na poskusu simulacije vseh pogojev, v katerih se pojavljajo blizu površine zvezde. Cilj tega poskusa je bil vedeti, kako velike molekule nastajajo v vesolju. Da bi to naredili, so v prisotnosti plina helija na ogljikovo površino sprožili močan laserski žarek. Sprva je bil preizkušen z vodikom in dušikom, nazadnje samo z dušikom.
Ko je bil laserski žarek zmešan na ogljikovi površini v prisotnosti helija, je bilo mogoče opazovati, kako plinasti ogljik v kombinaciji s helijem tvori grozde. Za izvedbo spektralne analize grozdov je bilo treba plin ohladiti na skoraj absolutno ničlo. Izkazalo se je, da je C60, kar pomeni v eni molekuli je 60 atomov ogljika. Takrat znanstveniki še niso videli česa takega. In to je sferična zgradba, ki spominja na geodetski trezor Buckminster Fullerja, od tod tudi ime fulereni.
Uporaba fulerenov
Ker ne morejo poustvariti fulerena v računalniku, so se morali zateči k papirju, škarjam in traku. Tako se ta spojina krsti kot fulereni. Vemo, da so atomi ogljika kombinirajo se med seboj in se lahko združijo v dolge polimerne verige. Ti polimeri se pogosto uporabljajo v izdelkih, kot so plastične skodelice in steklenice.
Ena najbolj nenavadnih lastnosti fulerenov je, da imajo nekateri od njih elektrone iz atomov, ki so delokalizirani. Lahko rečemo, da je vedenje teh elektronov takšno, kot da se ne bi zavedali, da so del ogljikove strukture. To pomeni, da je s tovrstnim vedenjem mogoče lažje dodati druge atome za izdelavo superprevodnikov ali izolatorjev. Po izdelavi patenta so bila napisana številna poročila o fulerenih in možnostih, ki jih ponuja.
Čeprav so te spojine še vedno precej nove, znanstveniki prihajajo z različnimi idejami, ki se zdi, da izmenjujejo strukturo fulerenov in tvorijo drobna votla vlakna, ki imajo 200-kratno natezno trdnost jekla. Zdi se, da je ena izmed načinov uporabe fulerena oblikovanje drobne pincete za zbiranje skupin molekul ali posod, ki služijo za prenos majhnih količin zdravil ali ščitov pred radioaktivnostjo. Prav tako se lahko pretvori v kletke, ki služijo, da vsebujejo nekatere molekule, ki omogočajo prehod drugih manjših velikosti. Če dodamo druge vrste atomov, lahko dobimo posebne lastnosti, na primer merjenje električne upornosti.
Lastnosti fulerenov
To so votle strukture, ki se v naravi lahko tvorijo kot posledica požarov ali strele. Če jih fizično analiziramo, vidimo, da so v obliki rumenega prahu. Njegov znanstveni znak je C60 in se nanaša na število atomov ogljika v isti molekuli. Lahko se deformirajo, vendar se vrnejo v prvotno obliko, ko začne pritisk, ki mu je podvržen, padati.
Prednost fulerenov in potreba po patentiranju je, da so zelo odporni. In to je, da so za uničenje teh delcev potrebne temperature nad 1000 stopinj. Te temperature ni enostavno doseči vsakodnevno. Z zaprto in simetrično obliko zagotavlja veliko odpornost na pritisk. Zmore prenesti tlake 3000 atmosfer.
Med lastnostmi fulerenov vidimo njihove mazalne lastnosti. Mazalno sposobnost dajejo šibke medmolekularne sile. Njene molekule se lahko kondenzirajo in tvorijo trdno snov z bolj stabilnimi in šibkejšimi vezmi. Ta trdna snov je znana pod imenom fulerit. Če izpostavimo fuleren zelo nizkim temperaturam, vidimo, da so sposobni sublimacije, ne da bi pri tem izgubili krogle. Njene molekule so zelo elektronegativne in tvorijo vezi z atomi, ki oddajajo elektrone.
Lahko sklepamo, da so fulereni novi materiali, ki ustvarjajo visoko korelirani sistem dva in ki v znanstveni skupnosti povzročajo veliko zanimanje. Še posebej to zanimanje je osredotočeno z vidika superprevodnosti. Nenehno nadaljevanje vseh raziskav teh materialov lahko izboljša sedanje tehnologije za proizvodnjo uporabnih materialov za prihodnost.
Kot lahko vidite, je v znanosti mogoče odkriti zelo zanimive materiale zaradi napak ali zasledovanja različnih ciljev. Upam, da boste s temi informacijami izvedeli več o fulerenih in njihovih značilnostih.