Nieoczekiwane właściwości znanego węgla

Podstawowa nauka w ostatnich latach rzadko rozpieszczała inżynierów odkryciami nadającymi się do wdrożenia przemysłowego. Ale ostatnie dwie dekady stały się przyjemnym wyjątkiem. Dwie nagrody Nobla i trzecie odkrycie, które nie zostało jeszcze docenione przez Komitet Nobla, stworzyło perspektywy inżynierów i technologów na pracę przez wiele dziesięcioleci. I wszystkie są powiązane z jednym elementem - węgiel.

Dlaczego te odkrycia są tak ważne i co nowego może dać nam tak znany pierwiastek chemiczny? Wszystko, co wiemy o węglu, czyni go najciekawszym i najważniejszym elementem układu okresowego. Po pierwsze, samo życie powstało na bazie węgla. Zdolność atomów węgla do łączenia się w złożone struktury pozwoliła naturze tworzyć organizmy białkowe i tchnąć umysł w ludzi. Cała chemia organiczna, z mnóstwem nowych, sztucznych materiałów, oparta jest na złożonych związkach węgla z innymi pierwiastkami.

Ale węgiel atomowy jest nie mniej zaskakujący niż jego związki. Jest to jedyny element, który do tej pory ma 8 alotropowych (różnych) modyfikacji. Słowo „pa” jest całkiem odpowiednie, ponieważ węgiel może przynieść więcej niespodzianek w przyszłości. Jeszcze kilkadziesiąt lat temu znaliśmy tylko dwie modyfikacje węgla: grafit i diament.

Mieliśmy i mamy do czynienia z grafitem, rysując ołówkiem na papierze. Diament to radosna błyskotliwość diamentów i symbol bogactwa. To prawda, że ​​rozwój technologii doprowadził do uznania innej właściwości diamentu - jego niezrównanej twardości. A teraz, pomimo złożoności procesów, sztuczne diamenty są syntetyzowane i szeroko stosowane w technologii. Wiercenie w twardych skałach, tarcze do cięcia kamienia, pasty do szlifowania - można długo wymienić zastosowania tej modyfikacji węgla.

Ale pomiędzy stanem bardzo trudnym a stanem bardzo miękkim leży otchłań. Zaskakujące było to, że tak ważny element, na którym opiera się cała współczesna chemia, ma tylko dwa takie stany antagonistyczne.

I wreszcie, w ostatnim wieku, na początku lat 60., odkryto trzecią modyfikację węgla - karabin. Jest to łańcuch połączonych ze sobą atomów węgla. Odkrycia dokonali chemicy i nie otrzymali dużego rezonansu, ponieważ nie znalazł praktycznego zastosowania.

A oto kolejna forma węgla - fulereny wzbudził znacznie większe zainteresowanie. Atomy węgla złożone w sferyczną cząsteczkę otworzyły drogę do stworzenia zupełnie nowych materiałów i związków. Do otwierania modyfikacja węgla fulerenem grupa naukowców w 1996 r. przyznała Nagrodę Nobla

Już teraz fulereny stosowane są w przemyśle farmaceutycznym do tworzenia leków przeciwnowotworowych, w elektronice radiowej oraz w przemyśle motoryzacyjnym jako dodatki do olejów silnikowych. Lista aplikacji jest niezwykle szeroka, ale perspektywy przyszłego wykorzystania są jeszcze szersze.

Dalsze odkrycia związane z węglem spadły jak róg obfitości. Lonsdaleit, znaleziony w meteorytach, a następnie sztucznie zsyntetyzowany, nanorurki węglowe, grafen.

Nie mieliśmy czasu na opanowanie jednej formy alotropowej, ponieważ dwie nieoczekiwanie zostały do ​​niej dodane. Te formy węgla umożliwią w nadchodzących latach radykalną zmianę zarówno struktury komunikacyjnej ludzkości, jak i samego życia ludzkiego (czytaj więcej o perspektywach zastosowania grafenu i nanorurek węglowych w artykule o elektronice grafenowej).

Dzięki zastosowaniu nowych właściwości węgla istnieją nieograniczone możliwości tworzenia komputerów kwantowych, linii transmisji informacji o prędkości ponad 100 Gbit / s, czujników odczytujących sygnały z żywej komórki i wiele więcej,o czym nie marzyli pisarze science fiction.

Czas oczekiwania był bardzo krótki: perspektywy komercyjnego wykorzystania odkryć są tak duże, że dziesiątki firm już demonstrują próbki produktów, które obejmują nanorurki węglowe i grafeny.