Tutun hiilen odottamattomat ominaisuudet

Perustiede on viime vuosina harvoin hemmotellut insinöörejä löytöillä, jotka soveltuvat teollisiin tarkoituksiin. Kahdesta viimeisestä vuosikymmenestä on kuitenkin tullut miellyttävä poikkeus. Kaksi Nobel-palkintoa ja kolmas löytö, jota Nobel-komitea ei vielä arvioinut, loivat insinöörien ja teknikkojen mahdollisuudet työskennellä vuosikymmenien ajan. Ja ne kaikki liitetään yhteen elementtiin - hiili.

Miksi nämä löytöt ovat niin tärkeitä ja mitä uutta tällainen tuttu kemiallinen elementti voi antaa meille? Kaikki mitä tiedämme hiilestä, tekee siitä jaksollisen kiinnostavimman ja tärkeimmän osan. Ensinnäkin, itse elämä syntyi hiiliperusteisesti. Hiiliatomien kyky yhdistyä monimutkaisiksi rakenteiksi on mahdollistanut luonnon luoda proteiini-organismeja ja hengittää mielen ihmisiin. Kaikki orgaaninen kemia, jossa on runsaasti uusia, keinotekoisia materiaaleja, perustuu monimutkaisiin hiiliyhdisteisiin muiden alkuaineiden kanssa.

Mutta atomihiili on yhtä yllättävää kuin sen yhdisteet. Tämä on ainoa elementti, jolla on toistaiseksi 8 allotrooppista (erilaista) modifikaatiota. Sana "hei" on varsin sopiva, koska hiili voi tuoda lisää yllätyksiä tulevaisuudessa. Muutaman vuosikymmenen ajan tiesimme vain kaksi hiilimuutosta: grafiitti ja timantti.

Meillä oli ja täytyy käsitellä grafiittia piirtämällä kynällä paperille. Timantti on timanttien innostava kirkkaus ja vaurauden symboli. Totta, tekniikan kehitys on johtanut timantin toisen ominaisuuden - sen ylittämättömän kovuuden - tunnustamiseen. Ja nyt prosessien monimutkaisuudesta huolimatta keinotekoisia timantteja syntetisoidaan ja käytetään laajalti tekniikassa. Kovan kivin poraus, kivien leikkauspyörät, hiontapastat - voit listata pitkään tämän hiilimuutoksen käyttötarkoitukset.

Mutta erittäin kovan tilan ja erittäin pehmeän tilan välillä on kuilu. Oli yllättävää, että sellaisella tärkeällä elementillä, johon kaikki moderni kemia perustuu, on vain kaksi tällaista antagonistista tilaa.

Ja viimein, viime vuosisadalla, 60-luvun alussa, löydettiin kolmas hiilen muunnos - karbiini. Tämä on kytkettyjen hiiliatomien ketju. Löytö tehtiin kemisteillä, eikä se saanut paljon resonanssia, koska se ei löytänyt käytännöllistä sovellusta.

Ja tässä on seuraava hiilen muoto - fullereeneille herätti paljon kiinnostusta. Pallomaiseksi molekyyliksi koottu hiiliatomi avasi tien täysin uusien materiaalien ja yhdisteiden luomiseen. Avaamiseen täydellisen hiilen modifikaatio tutkijaryhmä sai vuonna 1996 Nobel-palkinnon

Täydellisiä aineita käytetään jo lääketeollisuudessa syöpälääkkeiden luomiseen, radioelektroniikassa ja autoteollisuudessa moottoriöljyjen lisäaineina. Sovellusluettelo on huomattavan laaja, mutta tulevaisuuden näkymät ovat vieläkin laajemmat.

Muita hiiltä koskevia löytöjä putosi kuin runsaudensarvi. Lonsdaleit, löytyy meteoriiteista ja syntetisoitiin myöhemmin keinotekoisesti, hiilinanoputket, grafeeni.

Meillä ei ollut aikaa hallita yhtä allotrooppista muotoa, koska siihen lisättiin yllättäen kaksi muuta. Ja tulevina vuosina nämä hiilen muodot muuttavat radikaalisti sekä ihmiskunnan että ihmisen elämän viestinnän rakennetta (lisätietoja grafeenin ja hiilinanoputkien käyttömahdollisuuksista, katso grafeenielektroniikasta).

Uusien hiiliominaisuuksien käytön ansiosta on rajattomia mahdollisuuksia luoda kvanttitietokoneita, tiedonsiirtolinjoja, joiden nopeus on yli 100 Gbit / s, antureita, jotka lukevat signaaleja elävästä solusta, ja paljon muuta,mistä tieteiskirjailijat eivät uneksineet.

Ja ei kestänyt kauaa: odotusten löytöjen kaupalliseen käyttöön on niin suuri, että kymmeniä yrityksiä on jo osoittanut tuotenäytteitä, jotka sisältävät hiilinanoputkia ja grafeeneja.