Nova forma ugljika: prvi prsten od čistog ugljika

Ugljik dolazi u nekoliko formi - dvije najpoznatije su grafit i dijamant. Zatim, tu je i grafen, jedini 2D materijal, te bakminsterfuleren, C60, koji podsjeća na fudbalsku loptu. 2015. godine naučnici su stvorili i Q-ugljik, alotropsku varijantu koja je tvrđa čak i od dijamanta. Nije da svaki dan naučnici otkrivaju ili stvaraju nove forme ugljika i rearanžiraju atome ovog elementa kako bi stvorili materijale novih svojstva. 

I upravo je to učinjeno 2019. sudeći po radu objavljenom 15. avgusta 2019. u magazinu Science, naslova "An sp-hybridized molecular carbon allotrope, cyclo[18]carbon". U radu su učestvovali naučnici sa IBM Research Zürich te hemičari sa Odsjeka za hemiju pri Univerzitetu Oxford ,predvođeni fizičarkom Katharinom Kaiser sa IBM-ove istraživačke jedinice.

Nova forma je prsten od 18 atoma ugljika, bez ikakvih drugih elemenata, kao što je to u ugljikovodicima. Ovo je najmanji stabilni prsten sačinjen samo od atoma ugljika i molekulu su nazvali ciklokarbon.

Hemičari su započeli sa trouglastom molekulom ugljika i kisika, kojom su manipulisali električnom strujom kako bi stvorili prsten ugljik-18. U laboratoriji su od molekula ciklokarbon oksida, koje se sastoje od ugljikovih atoma raspoređenih u petlji s dodatnim grupama ugljenmonoksida, pričvršćenim na atomima uklonili grupe ugljenmonoksida. 

Međutim, ove grupe molekulu stabiliziraju i njihovo uklanjanje nije lako te dobijanje stabilne strukture iziskuje mnogo truda.  Pomoću posebnog mikroskopa (atomic force mikroskopa), istraživači su uspjeli ukloniti taj ugljenmonoksid primjenjujući na molekulu struju.

3D slika C18, izvor: IBM Research

Naučnici znaju neko vrijeme za postojanje ovakvih prstenova, ali mnogo toga u njihovoj strukturi nije bilo jasno. Najvažnije pitanje jeste bilo pitanje samih veza između atoma ugljika - da li one alterniraju između dužih i kraćih veza - onih koje mi poznajemo kao jednostruke i trostruke veza ili su sve veze jednake- dvostruke. Novi rad je pokazao da se zaista radi od smjeni jednostrukih i trostrukih veza: 

Zapravo, ovaj rad će dosta pomoći u predviđanju strukture nepoznatih molekula. Sem toga, određena svojestva C18 bi mogla biti veoma zanimljiva u primijenjenoj nauci.

Početne studije o svojstvima ove molekule sugerišu da se ponaša kao poluprovodnik, što možda znači da bi ovo mogla biti elekronička komponenta na molekularnom nivou. Drugim riječima, ovo bi mogao biti molekularni tranzistor budućnosti.