Neočekivana svojstva poznatog ugljika

Fundamentalna znanost posljednjih godina rijetko je plijenila inženjere otkrićima pogodnim za industrijsku primjenu. No posljednja dva desetljeća postala su ugodna iznimka. Dvije Nobelove nagrade i treće otkriće, koje Nobelov odbor još nije cijenio, stvorili su izglede za inženjere i tehnologe koji rade na desetljećima. Svi su povezani s jednim elementom - ugljen.

Zašto su ova otkrića toliko važna i što nam novo može pružiti tako poznati kemijski element? Sve što znamo o ugljiku čini ga najzanimljivijim i najvažnijim elementom periodičke tablice. Za početak, sam život nastao je na ugljičnoj osnovi. Sposobnost ugljikovih atoma da se kombiniraju u složene strukture omogućila je prirodi stvaranje proteinskih organizama i disanje uma ljudima. Sva organska kemija, s obiljem novih, umjetnih materijala, temelji se na složenim spojevima ugljika s drugim elementima.

Ali atomski ugljik nije ništa manje iznenađujući od njegovih spojeva. Ovo je jedini element koji je do sada imao 8 alotropskih (različitih) modifikacija. Riječ "zbogom" sasvim je prikladna, jer ugljik može donijeti više iznenađenja u budućnosti. Prije samo nekoliko desetljeća, znali smo samo dvije izmjene ugljika: grafit i dijamant.

Imali smo i moramo se baviti grafitom, crtanjem olovkom na papiru. Dijamant je uzbudljivo sjaj dijamanata i simbol bogatstva. Istina, razvoj tehnologije doveo je do prepoznavanja još jednog svojstva dijamanta - njegove nenadmašne tvrdoće. I sada, unatoč složenosti procesa, umjetni dijamanti se sintetiziraju i široko koriste u tehnologiji. Bušenje tvrdih kamena, kotači za rezanje kamena, brusne paste - možete dugo nabrojati uporabe ove modifikacije ugljika.

Ali između vrlo tvrdog i vrlo mekog stanja nalazi se ponor. Bilo je iznenađujuće da tako važan element na kojem počiva sva suvremena kemija ima samo dva takva antagonistička stanja.

I konačno, u prošlom stoljeću, početkom 60-ih, otkrivena je treća modifikacija ugljika - karabin, Ovo je lanac međusobno povezanih atoma ugljika. Otkriće su učinili kemičari i nije dobio puno odjeka, budući da nije našao praktičnu primjenu.

A evo sljedećeg oblika ugljika - fulerena izazvao mnogo veći interes. Ugljikovi atomi okupljeni u sfernu molekulu otvorili su put stvaranju potpuno novih materijala i spojeva. Za otvaranje modifikacija ugljika fullerena skupina znanstvenika 1996. godine dobila je Nobelovu nagradu

Već se fullereni koriste u farmaceutskoj industriji za stvaranje lijekova protiv raka, u radio-elektronici i u automobilskoj industriji kao aditivi za motorna ulja. Popis aplikacija je nevjerojatno širok, ali izgledi za buduću upotrebu još su širi.

Daljnja otkrića vezana za ugljik pala su poput kornukopije. Lonsdaleit, koji se nalazi u meteoritima i umjetno je sintetizirao, ugljikove nanocjevčice, grafen.

Nismo imali vremena svladati jedan alotropni oblik jer su mu neočekivano dodana još dva. A ovi će oblici ugljika u sljedećim godinama omogućiti radikalnu promjenu komunikacijske strukture čovječanstva i samog ljudskog života (više o izgledima za upotrebu grafenskih i ugljikovih nanocjevčica pročitajte u članku o grafenskoj elektronici).

Zahvaljujući upotrebi novih svojstava ugljika, postoje neograničene mogućnosti za stvaranje kvantnih računala, dalekovoda za prijenos podataka brzinom do 100 Gbit / s, senzora koji čitaju signale iz žive stanice i još mnogo toga,o čemu pisci znanstvene fantastike nisu sanjali.

I nije trebalo dugo čekati: izgledi za komercijalnu upotrebu otkrića toliko su veliki da deseci tvrtki već demonstriraju uzorke proizvoda koji uključuju ugljikove nanocjevčice i grafene.