feanoturi (feanoturi) wrote,
feanoturi
feanoturi

Category:

Молекулярные купола, названные в честь строителя куполов из металла и пластика

Ну, поскольку до Нобелевской недели осталось семь дней, наверное имеет смысл рассказать о некоторых замечательных веществах, за открытие которых в свое время Нобелевская Премия по химии была вручена.


В 1967 году на Мировой ярмарке в Монреале павильоном американской композиции стало уникальное сооруженное, подучившее название «Биосфера». Геодезический сооружения купол представлял собой конструкцию из стальных труб, обтянутых полимерной тканью. Внутри располагались 4 стальные платформы, разделенные на 7 уровней. Эти уровни соединял 37-метровый эскалатор – самый длинный из построенных к тому времени. «Биосфера» стала символом Монреаля.

Архитектором, построившим «биосферу» был Ричард Бакминстер Фуллер, американский архитектор, дизайнер, инженер и изобретатель.
Фуллер начал разрабатывать проекты таких невесомых куполов в 1950-е годы. Он надеялся, что его проекты станут основой прочных и при этом легких конструкций. Будучи не только архитектором, но и философом, он верил, что человеческое общество вскоре будут полагаться в основном на возобновляемые источники энергии, такие как электричество из солнечного света и энергии ветра. Он надеялся на наступление эры «всеуспешного образования и обеспеченности человечества». Не удивительно, что открытая через два года после его смерти в 1983 году молекула, строением, напоминающая ажурные невесомые конструкции, созданные его воображением, была названа в честь Фуллера.
Открытая в 1985 году аллотропная форма углерода (аллотропными формами называются разные простые вещества, образованные атомами одного элемента – аллотропными формами элемента углерода, например, являются алмаз, графит, фуллерены и графен) получила название «бакминстерфуллерены». Правда, сами первооткрыватели в своей первой статье в журнале Nature признавались в том, что их «немного беспокоит большое количество гласных и согласных в названии». Тем не менее, название оказалось оправданным – бакминстерфуллерены или фуллерены или бакиболы, первый обнаруженный представитель которых имел формулу С60, очень похожи на каркасные архитектурные упражнения Фуллера.
В молекулах фуллеренов атомы углерода расположены в вершинах правильных шести- и пятиугольников, из которых составлена поверхность сферы или эллипсоида. Самый симметричный и наиболее полно изученный представитель семейства фуллеренов — [60]фуллерен (С60), в котором углеродные атомы образуют усечённый икосаэдр, состоящий из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников и напоминающий футбольный мяч. Так как каждый атом углерода фуллерена С60 принадлежит одновременно двум шести- и одному пятиугольнику, то все атомы в С60 эквивалентны. Следующим по распространённости является фуллерен С70, отличающийся от фуллерена С60 вставкой пояса из 10 атомов углерода в экваториальную область С60, в результате чего молекула С70 оказывается вытянутой и напоминает своей формой мяч для игры в регби.

Высшие фуллерены, содержат большее число атомов углерода (до 400), образуются в значительно меньших количествах и часто имеют довольно сложный изомерный состав. Среди наиболее изученных высших фуллеренов можно выделить Сn, n=74, 76, 78, 80, 82 и 84.Если в состав молекулы фуллерена помимо атомов углерода входят атомы других химических элементов, то, если атомы других химических элементов расположены внутри углеродного каркаса, такие фуллерены называются эндоэдральными, если снаружи — экзоэдральными
Ричард Смолли (слева) и Гарольд Крото (справа)
В 1985 Ричард Смолли (Richard Smalley) и Гарольд Крото сообщили о том, что в углеродной плазме методом масс-спектрометрии (метод, позволяющий измерять молекулярные массы веществ и продуктов их распада) ими были обнаружены сигналы, как тогда казалось странным образом соответствующие формуле С60. Несмотря на отсутствие в то время иных свидетельств кроме информации о массе частицы, они предположили, что С60 должны образовывать форму искаженного икосаэдра и окрестили их бакминстерфуллеренами. Построив модель фуллерена С60 Смолли и Крото пришли к выводу о том, что такая частица должна быть устойчива, поскольку вся объемная клетка С60 представляет собой ароматическую систему, для разрушения которой надо затратьить значительное количество энергии.

В 1990 году интуиция Смолли и Крото подтвердилась – международная группа исследователей из США и Германии разработала способ получения углеродной плазмы с высоким содержанием фуллерена С60, и удалось наработать достаточное количество образцов для того, чтобы сканирующая электронная микроскопия смогла предоставить изображение фуллеренов и подтвердила идею, выдвинутую Смолли и Крото, и, в итоге, Смолли и Крото в 1996 году получили Нобелевскую премию по химии.
Есть ли у фуллеренов какое-то применение или это просто красивая молекула, просто еще раз позволяющая почувствовать химиков крутыми? На самом деле есть, но если честно, они не так популяризованы, как их ближайший родственник – графен, двумерный гексагональный кристалл углерода, тоже, кстати, отмеченный Нобелевской Премией, но по физике (2010 год). Фуллерены обладают низким коэффициентом трения, и поэтому разрабатываются рецептуры машинных масел с добавками фуллеренов; фуллерены рассматривают как потенциальные «емкости» для хранения водорода в водородной энергетике; рассматривается возможность применении фуллеренов в фотодинамической терапии рака – С60 при облучении на воздухе способствует образованию активного синглетного кислорода, индуцирующего смерть опухолевых клеток. Правда, говоря начистоту, фуллерены являются лишь стартовыми моделями дл изучения возможностей такого применения, и после доказательства возможностей каркасных соединений углерода, решать какую-то практическую задачу, исследователи обычно пытаются работать с более дешевыми аналогами фуллеренов – углеродными нанотрубками.
Недавно астрономы из Университета Западного Онтарио и Корнеллского университета установили, что фуллерены С60 и С60 существуют в планетарной туманности Tc 1 (на расстоянии более чем 6 000 световых лет от нас в созвездии Жертвенника), что опровергло бытовавшую среди космохимиков идею о том, что молекулы с большим количеством атомов не могут образоваться в межзвездном космическом пространстве. В космосе, правда фуллерены, образуются примерно в тех же условиях, что и в лаборатории – из углеродной плазмы, образующейся из старых углеродных звезд.
Может быть, фуллерены и не так широко применяются на практике, а в ряде случаев даже разочаровали исследователей, «ставивших» на них, но, тем не менее, открытие фуллерена и подтверждение его структуры стало определяющим для дальнейшего поиска и разработки углеродных наноматериалов – графена и углеродных нанотрубок, кстати, о последних говорят как о потенциальных компонентов ультрапрочных и ультралегких конструкционных материалов, что несомненно, понравилось бы Ричарду Бакминстеру Фуллеру.


This entry was originally posted at http://feanoturi.dreamwidth.org/750289.html.
Tags: жизнь замечательных веществ
Subscribe

  • Всем галоперидола

    По результатам голосования выиграл галоперидол, поэтому - вот вам галоперидол История галоперидола похожа на историю многих лекарственных…

  • Не так страшны парабены, как их малюют

    Химия потребительских товаров, в особенности – химия косметических средств является тем самым полем боя, на котором ломаются многочисленные…

  • Вонючее, но не только этим замечательное вещество

    Триметиламин воняет. Воняет страшно и отвратительно, как и многие амины – достаточно пары капель на одежду (даже через халат), и, если ее…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 7 comments