|
|
|
|
|
Химия 11 класс
Заключение (окончание)Химики давно уже предсказывали существование аллотропных модификаций, состоящих из отдельных макромолекул, имеющих форму многогранников, — фуллеренов. Собственно фуллерены представляют собой близкие к сферическим замкнутые структуры с чётным числом атомов углерода. Наименьшее число атомов углерода в ряду самых устойчивых фуллеренов равно 60. Поэтому фуллерен С60 (см. рис. 45, в на с. 63) был получен первым и изучен лучше других. Эта молекула является точной копией олимпийского мяча, поэтому до сих пор применяют и синоним фуллерена — бакибол (первые четыре буквы — в честь первых букв фамилий четырёх исследователей — первооткрывателей такого фуллерена), или футболен. Кроме фуллеренов известны так называемые луковичные структуры, состоящие из нескольких сферических фуллеренов, находящихся один в другом; наночастицы (многослойные образования, имеющие размеры от одного до десятков нанометров); нановоронки; нанодиски и, наконец, обнаруженные в 1991 г. японским химиком Сумио Иидзима нанотрубки (трубки диаметром от 0,7 до десятков нанометров). Что представляют собой нанотрубки? В какой-то мере они родственны графиту. Их объединяет с графитом то, что атомы углерода в обоих случаях расположены в углах соединённых между собой правильных шестиугольников. Отдельные слои атомов, полоски и листочки их получили название графенов. Если в графите слои плоские, то в нанотрубках — как бы свёрнутые, скрученные. Иидзима считал, что нанотрубки состоят из концентрических слоёв и предложил модель их строения назвать «русской матрёшкой». Другие исследователи отстаивали модель «рулонного свёртка», третьи — «папье-маше» (рис. 149). «Русская матрёшка» взяла верх, Иидзима оказался прав. Концы нанотрубок обычно закрыты «шапочками», разделёнными пополам молекулами сферического фуллерена. Например, трубка, имеющая самый малый диаметр (около 0,7 нм), сочленена с половинками футболена С60.
Что же дают новые аллотропные модификации углерода человечеству? Фуллерены — это возможные уникальные каталитические системы, перспективные композиции для создания сверхпроводящих материалов. Нанотрубки в 50—100 тыс. раз тоньше человеческого волоса, но по своей прочности они превосходят сталь в 50—100 раз, хотя плотность их в 6 раз меньше плотности стали. Отсюда появилась идея создания сверхдлинного кабеля, связывающего, например, Землю и космический корабль. Такой нанокабель длиной от Земли до Луны из одиночной трубки можно было бы намотать на катушку размером всего с маковое зёрнышко. Так как нанотрубки способны диспергировать вещества на уровне молекул, то это позволяет создавать на их основе миниатюрные электронные приборы. Например, применение нанотрубок позволит уменьшить основной блок персонального компьютера до ногтя. Химическая модификация нанотрубок за счёт «прививки» на их поверхности различных групп атомов (гидроксильной, карбонильной, карбоксильной) позволяет получить растворимые нанотрубки, которые обладают уникальной разделительной способностью. Мы коснулись лишь небольшого круга проблем современной химии, которые убедительно иллюстрируют пророческие слова М. В. Ломоносова: «Широко распростирает химия руки свои в дела человеческие».
|
|
|