Неочаквани свойства на познатия въглерод

През последните години фундаменталната наука рядко разваля инженерите с открития, подходящи за промишлено внедряване. Но последните две десетилетия станаха приятно изключение. Две Нобелови награди и трето откритие, все още не оценено от Нобеловия комитет, създадоха перспективи за работа на инженери и технолози в продължение на много десетилетия. И всички те са свързани с един елемент - въглероден.

Защо тези открития са толкова важни и какво ново може да ни даде такъв познат химичен елемент? Всичко, което знаем за въглерода, го прави най-интересният и важен елемент от периодичната таблица. Като начало самият живот възникна на въглеродна основа. Способността на въглеродните атоми да се комбинират в сложни структури позволи на природата да създаде протеинови организми и да вдъхне ума на хората. Цялата органична химия, с изобилието си от нови, изкуствени материали, се основава на сложни съединения от въглерод с други елементи.

Но атомният въглерод е не по-малко изненадващ от неговите съединения. Това е единственият елемент, който има досега 8 алотропни (различни) модификации. Думата "чао" е доста подходяща, защото въглеродът може да донесе повече изненади в бъдеще. Само преди няколко десетилетия ние знаехме само две модификации на въглерод: графит и диамант.

Имахме и трябва да се занимаваме с графит, рисувайки с молив върху хартия. Диамантът е вълнуващ блясък на диамантите и символ на богатството. Вярно е, че развитието на технологиите доведе до признаването на още едно свойство на диаманта - неговата ненадмината твърдост. И сега, въпреки сложността на процесите, изкуствените диаманти са синтезирани и широко използвани в технологиите. Пробиване на твърди скали, режещи камъни, шлифовъчни пасти - можете дълго да изброявате употребите на тази въглеродна модификация.

Но между много тежко състояние и много меко състояние се крие пропаст. Изненадващо беше, че такъв важен елемент, на който се основава цялата съвременна химия, има само две такива антагонистични състояния.

И накрая, през миналия век, в началото на 60-те години, е открита третата модификация на въглерода - карабина, Това е верига от взаимосвързани въглеродни атоми. Откритието е направено от химиците и не получи много резонанс, тъй като не намери практическо приложение.

И ето следващата форма на въглерод - фулерени предизвика много по-голям интерес. Въглеродните атоми, събрани в сферична молекула, отвориха пътя към създаването на напълно нови материали и съединения. За отваряне модификация на въглерод в фулерен група учени през 1996 г. присъжда Нобелова награда

Вече фулерените се използват във фармацевтичната индустрия за създаване на лекарства против рак, в радиоелектрониката и в автомобилната индустрия като добавки към моторните масла. Списъкът с приложения е забележително широк, но перспективите за бъдеща употреба са още по-широки.

По-нататъшните открития, свързани с въглерода, паднаха като рог. Lonsdaleit, открит в метеорити и впоследствие изкуствено синтезиран, въглеродни нанотръби, графен.

Нямахме време да овладеем една алотропна форма, тъй като към нея неочаквано бяха добавени още две. И тези форми на въглерод ще позволят през следващите години коренно да променят както комуникационната структура на човечеството, така и самия човешки живот (прочетете повече за перспективите за използване на графенови и въглеродни нанотръби в статията за графеновата електроника).

Благодарение на използването на нови свойства на въглерода има неограничени възможности за създаване на квантови компютри, линии за предаване на информация със скорост над 100 Gbit / s, сензори, които четат сигнали от жива клетка и много други,за какво не са мечтали писатели на научна фантастика.

И не отне много време да се изчака: перспективите за търговската употреба на открития са толкова големи, че десетки компании вече демонстрират проби от продукти, които включват въглеродни нанотръби и графени.