Απροσδόκητες ιδιότητες γνωστού άνθρακα

Η θεμελιώδης επιστήμη τα τελευταία χρόνια σπάνια έχει χάσει τους μηχανικούς με ανακαλύψεις κατάλληλες για βιομηχανική εφαρμογή. Αλλά οι δύο τελευταίες δεκαετίες έχουν γίνει ευχάριστη εξαίρεση. Δύο βραβεία Νόμπελ και μια τρίτη ανακάλυψη, που δεν έχουν ακόμη εκτιμηθεί από την Επιτροπή Νόμπελ, δημιούργησαν προοπτικές για μηχανικούς και τεχνολόγους να εργαστούν για πολλές δεκαετίες. Και όλοι συνδέονται με ένα στοιχείο - άνθρακα.

Γιατί είναι αυτές οι ανακαλύψεις τόσο σημαντικές και τι νέο μπορεί να μας δώσει ένα τόσο γνωστό χημικό στοιχείο; Όλα όσα γνωρίζουμε για τον άνθρακα το καθιστούν το πιο ενδιαφέρον και σημαντικό στοιχείο του περιοδικού πίνακα. Αρχικά, η ίδια η ζωή προέκυψε με βάση τον άνθρακα. Η ικανότητα των ατόμων άνθρακα να συνδυάζονται σε σύνθετες δομές έχει επιτρέψει στη φύση να δημιουργήσει πρωτεϊνικούς οργανισμούς και να αναπνεύσει το μυαλό στους ανθρώπους. Όλη η οργανική χημεία, με την αφθονία των νέων, τεχνητών υλικών, βασίζεται σε σύνθετες ενώσεις άνθρακα με άλλα στοιχεία.

Αλλά ο ατομικός άνθρακας δεν είναι λιγότερο εκπληκτικός από τις ενώσεις του. Αυτό είναι το μόνο στοιχείο που έχει μέχρι στιγμής 8 αλλοτροπικές (διάφορες) τροποποιήσεις. Η λέξη "bye" είναι αρκετά κατάλληλη, επειδή ο άνθρακας μπορεί να φέρει περισσότερες εκπλήξεις στο μέλλον. Μόλις πριν από λίγες δεκαετίες γνωρίζαμε μόνο δύο τροποποιήσεις άνθρακα: γραφίτη και διαμάντι.

Είχαμε και πρέπει να ασχοληθούμε με γραφίτη, σχεδιάζοντας με ένα μολύβι σε χαρτί. Ένα διαμάντι είναι μια ενθουσιώδης λαμπρότητα διαμαντιών και ένα σύμβολο πλούτου. Είναι αλήθεια ότι η ανάπτυξη της τεχνολογίας οδήγησε στην αναγνώριση μιας άλλης ιδιότητας του διαμαντιού - την αξεπέραστη σκληρότητα του. Και τώρα, παρά την πολυπλοκότητα των διαδικασιών, τεχνητά διαμάντια συντίθενται και χρησιμοποιούνται ευρέως στην τεχνολογία. Δόραμα σκληρού βράχου, τροχούς κοπής πέτρας, πάστες λείανσης - μπορείτε να παραθέσετε τις χρήσεις αυτής της τροποποίησης άνθρακα.

Αλλά ανάμεσα σε μια πολύ σκληρή κατάσταση και μια πολύ μαλακή κατάσταση βρίσκεται μια άβυσσο. Ήταν έκπληξη το γεγονός ότι ένα τόσο σημαντικό στοιχείο στο οποίο βασίζεται όλη η σύγχρονη χημεία έχει μόνο δύο τέτοιες ανταγωνιστικές καταστάσεις.

Και τέλος, τον περασμένο αιώνα, στις αρχές της δεκαετίας του '60, ανακαλύφθηκε η τρίτη τροποποίηση του άνθρακα - carbin. Αυτή είναι μια αλυσίδα διασυνδεδεμένων ατόμων άνθρακα. Η ανακάλυψη έγινε από τους χημικούς και δεν έλαβε μεγάλη απήχηση, καθώς δεν βρήκε πρακτική εφαρμογή.

Και εδώ είναι η επόμενη μορφή άνθρακα - φουλλερένια προκάλεσε πολύ μεγαλύτερο ενδιαφέρον. Τα άτομα άνθρακα συναρμολογημένα σε ένα σφαιρικό μόριο άνοιξαν τον δρόμο για τη δημιουργία εντελώς νέων υλικών και ενώσεων. Για το άνοιγμα τροποποίησης άνθρακα φουλερενίου μια ομάδα επιστημόνων το 1996 απονέμεται το βραβείο Νόμπελ

Ήδη, τα φουλερένια χρησιμοποιούνται στη φαρμακευτική βιομηχανία για τη δημιουργία αντικαρκινικών φαρμάκων, στα ηλεκτρονικά ραδιόφωνα και στην αυτοκινητοβιομηχανία ως πρόσθετα για τα έλαια κινητήρων. Ο κατάλογος των αιτήσεων είναι εξαιρετικά ευρύς, αλλά οι προοπτικές μελλοντικής χρήσης είναι ακόμη ευρύτερες.

Περαιτέρω ανακαλύψεις που σχετίζονται με τον άνθρακα έπεσαν σαν κέρας της κερασιάς. Το Lonsdaleit, που βρέθηκε σε μετεωρίτες και στη συνέχεια συντέθηκε τεχνητά, νανοσωλήνες άνθρακα, γραφένιο.

Δεν είχαμε χρόνο να κυριαρχήσουμε μια αλλοτροπική μορφή, καθώς δύο άλλα προστέθηκαν απροσδόκητα σε αυτό. Και αυτές οι μορφές άνθρακα θα καταστήσουν δυνατή τα επόμενα χρόνια να αλλάξουν ριζικά τόσο τη δομή επικοινωνίας της ανθρωπότητας όσο και την ίδια την ανθρώπινη ζωή (διαβάστε περισσότερα για τις προοπτικές χρησιμοποίησης νανοσωλήνων γραφένιου και άνθρακα στο άρθρο Σχετικά με τα ηλεκτρονικά του graphene).

Χάρη στη χρήση νέων ιδιοτήτων άνθρακα, υπάρχουν απεριόριστες δυνατότητες για τη δημιουργία κβαντικών υπολογιστών, γραμμών μεταφοράς πληροφοριών με ταχύτητα άνω των 100 Gbit / s, αισθητήρων που διαβάζουν σήματα από ζωντανό κύτταρο και πολλά άλλα,τι συγγραφείς επιστημονικής φαντασίας δεν ονειρευόταν.

Και δεν χρειάστηκε πολύς χρόνος για να περιμένουμε: οι προοπτικές για την εμπορική χρήση των ανακαλύψεων είναι τόσο μεγάλες που δεκάδες εταιρείες έχουν ήδη δείξει δείγματα προϊόντων που περιλαμβάνουν νανοσωλήνες άνθρακα και graphenes.