Pazīstamā oglekļa neparedzētās īpašības

Pēdējo gadu fundamentālā zinātne reti ir sabojājusi inženierus ar atklājumiem, kas piemēroti rūpnieciskai ieviešanai. Bet pēdējās divas desmitgades ir kļuvušas par patīkamu izņēmumu. Divas Nobela prēmijas un trešais atklājums, kuru vēl nenovērtēja Nobela komiteja, radīja izredzes inženieriem un tehnologiem strādāt daudzus gadu desmitus. Un tie visi ir saistīti ar vienu elementu - oglekļa.

Kāpēc šie atklājumi ir tik svarīgi un ko jaunu mums var dot tik pazīstamais ķīmiskais elements? Viss, ko mēs zinām par oglekli, padara to par interesantāko un svarīgāko periodiskās tabulas elementu. Sākumā pati dzīve radās uz oglekļa bāzes. Oglekļa atomu spēja apvienoties sarežģītās struktūrās ļāva dabai radīt olbaltumvielu organismus un elpot prātu cilvēkiem. Visa organiskā ķīmija ar jaunu, mākslīgu materiālu pārpilnību ir balstīta uz sarežģītiem oglekļa savienojumiem ar citiem elementiem.

Bet atomu ogleklis ir ne mazāk pārsteidzošs nekā tā savienojumi. Tas ir vienīgais elements, kam līdz šim ir 8 allotropiskas (dažādas) modifikācijas. Vārds "bye" ir diezgan piemērots, jo ogleklis nākotnē var radīt vairāk pārsteigumu. Tikai pirms dažām desmitgadēm mēs zinājām tikai divas oglekļa modifikācijas: grafīts un dimants.

Mums bija un ir jānodarbojas ar grafītu, zīmēšanu ar zīmuli uz papīra. Dimants ir uzmundrinošs dimantu mirdzums un bagātības simbols. Tiesa, tehnoloģijas attīstības rezultātā ir atzīta vēl viena dimanta īpašība - tā nepārspējamā cietība. Un tagad, neskatoties uz procesu sarežģītību, mākslīgie dimanti tiek sintezēti un plaši izmantoti tehnoloģijās. Cieto akmeņu urbšana, akmens griešanas diski, slīpēšanas pastas - jūs varat ilgi uzskaitīt šīs oglekļa modifikācijas lietojumus.

Bet starp ļoti smagu un ļoti mīkstu stāvokli ir bezdibenis. Tas bija pārsteidzoši, ka tik svarīgam elementam, uz kura balstās visa mūsdienu ķīmija, ir tikai divi šādi antagonistiski stāvokļi.

Visbeidzot, pagājušajā gadsimtā, 60. gadu sākumā, tika atklāta trešā oglekļa modifikācija - karbīns. Šī ir savstarpēji savienotu oglekļa atomu ķēde. Atklājumu veica ķīmiķi, un tas neguva lielu rezonansi, jo tam nebija praktiska pielietojuma.

Un šeit ir nākamais oglekļa veids - fullēni izraisīja daudz lielāku interesi. Oglekļa atomi, kas samontēti sfēriskā molekulā, pavēra ceļu pilnīgi jaunu materiālu un savienojumu radīšanai. Atvēršanai fullēna oglekļa modifikācija zinātnieku grupa 1996. gadā piešķīra Nobela prēmiju

Jau fullerēnus izmanto farmācijas rūpniecībā pretvēža zāļu radīšanai, radioelektronikā un automobiļu rūpniecībā kā motoreļļu piedevas. Lietojumprogrammu saraksts ir ārkārtīgi plašs, taču turpmākās izmantošanas iespējas ir vēl plašākas.

Turpmākie atklājumi, kas saistīti ar oglekli, samazinājās kā rudzupupa. Lonsdaleit, kas atrodams meteorītos un pēc tam mākslīgi sintezēts, oglekļa nanocaurules, grafēns.

Mums nebija laika apgūt vienu allotropisko formu, jo negaidīti tam tika pievienoti vēl divi. Un turpmākajos gados šīs oglekļa formas radikāli mainīs gan cilvēces, gan pašas dzīves komunikācijas struktūru (sīkāku informāciju par grafēna un oglekļa nanocauruļu izmantošanas izredzēm sk. par grafēna elektroniku).

Pateicoties jauno oglekļa īpašību izmantošanai, ir neierobežotas iespējas izveidot kvantu datorus, informācijas pārraides līnijas ar ātrumu vairāk nekā 100 Gbit / s, sensorus, kas nolasa signālus no dzīvām šūnām, un daudz ko citu,par ko zinātniskās fantastikas rakstnieki nesapņoja.

Un ilgi nebija jāgaida: atklājumu komerciālas izmantošanas izredzes ir tik lielas, ka desmitiem uzņēmumu jau demonstrē produktu paraugus, kuros ir oglekļa nanocaurules un grafēni.