"Fudbalske lopte" koje sijeku dijamant: transformisani bakminsterfulereni



Bakminsterfuleren (eng. buckminterfullerene) je alotropska modifikacija ugljika s 60 atoma ugljika povezanih u strukturu koja nalikuje fudbalskoj lopti, i to tako da sadrži 20 šestouglova i 12 petouglova tj. prstena ugljikovih atoma. Naučnici koji su otkrili ovaj alotrop ugljika  nazvali su novootkrivenu molekulu po Buckminsteru Fulleru, arhitektu koji je projektirao mnoge geodetske kupole koje izgledaju slično C60. Fuller je preminuo 1983. godine, godinu dana prije otkrića otkrića ove zanimljive molekule.

Alotropi su različite strukturne modifikacije nekog elementa; atomi elementa međusobno su povezani na drugačiji način.


Izgled molekule C60


Teorija je predvidjela ovu varijantu - modifikaciju ugljika još krajem 1960 -ih i početkom 1970 -ih, ali to je sve nekako prolazilo ispod radara - sve dok ove molekule nisu prvi put generirane. Bakminsterfulerene su 1984. prvi put stvorili Eric Rohlfing, Donald Cox i Andrew Kaldor  pomoću lasera za isparavanje ugljika u supersoničnom snopu helija. 

1985. njihov rad su ponovili su Harold Kroto, James R. Heath, Sean O'Brien, Robert Curl i Richard Smalley i  oni su prepoznali strukturu C60 kao bakminsterfulerene. Kroto, Curl i Smalley dobili su 1996. Nobelovu nagradu za hemiju za svoje uloge u otkriću buckminsterfullerena i srodne klase molekula, fulerena. 

Bakminsterfulereni postoje i u svemiru, u nekim maglicama, zatim u nekim klasama zvijezda i međuzvjezdanom prostoru. 

Tako je C60, uz grafit i dijamant ušao u porodicu alotropskih modifikacija ugljika. Toj porodici će se kasnije pridružiti i grafen te lonsdaleit, Q-ugljik, C70 fuleren, C540 fuleren, amorfni ugljik (čađ, ugalj) i karbonske nanocijevi. 


Otopina bakminsterfulerena, izvor: By Alpha six from Germany - C60-Fulleren  by Diaa_abdelmoneim, CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6632211


Bakminsterfulereni nisu tvrđi od dijamanta. Ali, naučnici su ih sad transformisali tako da mogu ogrebati dijamant. 

Naučnici su drobili bakminsterfulerene (eng. buckminsterfullerene) C60 pod visokim temperaturama i pritiskom kako bi stvorili neuredan ugljikov materijal koji je toliko tvrd da ogrebe dijamant. Također ima sličnu čvrstoću kao i njegov bještavi „rođak“ te djeluje kao poluprovodnik sličan silicijumu.

Primjenom visokih temperatura i pritiska na bakminsterfuleren C60 proizvode se amorfni ugljikovi materijali s čvrstoćom sličnom dijamantu, otkrili su naučnici. Inače, već spomenuti Q-ugljik ima svojstvo da može biti tvrđi od dijamanta.

Amorfni materijali nemaju dugoročni redoslijed i mogu se napraviti komprimiranjem sp2 prekursora ugljika. U uvjetima okoline, C60 ostaje stabilan pri prirtisku do 25GPa. No, na temperaturama iznad 800 °C on se komprimira i pri 5GPa i tvori neuredan (amorfan) ugljikov materijal jer ekstremni uvjeti uzrokuju promjenu karaktera vezivanja fulerena iz sp2 orbitala u sp3. Ovo znači da dolazi do promjene rasporeda elektrona u orbitalama i to mijenja svojstva tvari.

Najteži među tim amorfnim materijalima koji je napravio međunarodni tim istraživača stvoren je na 1200 °C. Njegova tetragonalno raspoređena mreža sp3 ugljika toliko je tvrda da grebe dijamant i ima sličnu čvrstoću, što opisuje sposobnost materijala da podnese zgnječenje pod opterećenjem. No, za razliku od dijamanta koji ne provodi struju, materijal ima mali pojas, koje ga čini poluprovodnikom. 

To bi moglo biti korisno u solarnim ćelijama i fotoelektričnim primjenama jer je pojasni raspon sličan siliciju. Dakle, ovaj novi fuleren ima svojstva koja bi nam nekad i za nešto mogla biti korisna.


Izvor: https://www.chemistryworld.com/news/hardest-amorphous-material-can-scratch-even-diamond/4014257.article

Primjedbe

Popularni postovi s ovog bloga

Sastav Pfizerove i Modernine RNK vakcine i osobine RNK vakcina

Klitoris: vrh ledenog brijega užitka

Ne, nije tačno da potpuno vakcinisani zdravstveni radnici imaju 251 puta veće virusno opterećenje i da su opasnost za nevakcinisane