Neočekávané vlastnosti známého uhlíku

Základní věda v posledních letech málokdy zkazila inženýry objevy vhodnými pro průmyslovou implementaci. Ale poslední dvě desetiletí se staly příjemnou výjimkou. Dvě Nobelovy ceny a třetí objev, který ještě nebyl hodnocen Nobelovým výborem, vytvořil vyhlídky pro inženýry a technology pracovat po mnoho desetiletí. A všichni jsou spojeni s jedním prvkem - uhlík.

Proč jsou tyto objevy tak důležité a co nového nám může takový známý chemický prvek poskytnout? Všechno, co víme o uhlíku, z něj dělá nejzajímavější a nejdůležitější prvek periodické tabulky. Začněme, život sám vznikl na bázi uhlíku. Schopnost atomů uhlíku kombinovat se do složitých struktur umožnila přírodě vytvářet proteinové organismy a dýchat mysl člověka. Celá organická chemie, s množstvím nových, umělých materiálů, je založena na komplexních sloučeninách uhlíku s dalšími prvky.

Ale atomový uhlík není o nic méně překvapivý než jeho sloučeniny. Toto je jediný prvek, který má zatím 8 allotropických (různých) modifikací. Slovo „bye“ je docela vhodné, protože uhlík může v budoucnu přinést další překvapení. Před několika desítkami let jsme znali pouze dvě modifikace uhlíku: grafit a diamant.

Museli jsme a museli se vypořádat s grafitem, kreslit tužkou na papíře. Diamant je vzrušující brilancí diamantů a symbolem bohatství. Je pravda, že vývoj technologie vedl k poznání další vlastnosti diamantu - jeho nepřekonatelné tvrdosti. A nyní, navzdory složitosti procesů, jsou umělé diamanty syntetizovány a široce využívány v technologii. Vrtání do tvrdých hornin, řezací kotouče na kameny, brusné pasty - můžete dlouho uvést použití této modifikace uhlíku.

Ale mezi velmi tvrdým stavem a velmi měkkým stavem leží propast. Překvapivé bylo, že takový důležitý prvek, na kterém je založena veškerá moderní chemie, má pouze dva takové antagonistické stavy.

A konečně, v minulém století, na začátku 60. let, byla objevena třetí modifikace uhlíku - karbin. Toto je řetězec vzájemně propojených atomů uhlíku. Objev byl proveden chemiky a nedostal mnoho rezonance, protože nenašel praktickou aplikaci.

A tady je další forma uhlíku - fullereny vzbudil mnohem větší zájem. Atomy uhlíku shromážděné do kulové molekuly otevřely cestu k vytvoření zcela nových materiálů a sloučenin. Pro otevření fullerenová uhlíková modifikace skupina vědců v roce 1996 udělila Nobelovu cenu

Fullereny se již používají ve farmaceutickém průmyslu k výrobě protirakovinových léčiv, v radioelektronice a v automobilovém průmyslu jako přísady do motorových olejů. Seznam aplikací je pozoruhodně široký, ale vyhlídky na budoucí použití jsou ještě širší.

Další objevy související s uhlíkem padaly jako hojnost. Lonsdaleit, nalezený v meteoritech a následně synteticky syntetizovaný, uhlíkové nanotrubice, grafen.

Neměli jsme čas zvládnout jednu alotrópickou formu, protože k ní byly neočekávaně přidány další dvě. A tyto formy uhlíku umožní v následujících letech radikálně změnit komunikační strukturu lidstva i samotného lidského života (více o vyhlídkách na použití grafenu a uhlíkových nanotrubic v článku o grafenové elektronice).

Díky použití nových uhlíkových vlastností existují neomezené možnosti vytváření kvantových počítačů, informačních přenosových linek s rychlostí vyšší než 100 Gbit / s, senzorů, které čtou signály z živé buňky, a mnohem více,o čem spisovatelé sci-fi nesnili.

Čekání bylo velmi krátké: vyhlídky na komerční využití objevů jsou tak velké, že desítky společností již prokazují vzorky produktů, které obsahují uhlíkové nanotrubice a grafeny.