Unerwartete Eigenschaften von bekanntem Kohlenstoff

Die Grundlagenforschung hat in den letzten Jahren Ingenieure selten mit Entdeckungen verwöhnt, die für die industrielle Umsetzung geeignet sind. Aber die letzten zwei Jahrzehnte sind zu einer angenehmen Ausnahme geworden. Zwei Nobelpreise und eine dritte Entdeckung, die noch nicht vom Nobelkomitee bewertet wurde, eröffneten Ingenieuren und Technologen die Möglichkeit, jahrzehntelang zu arbeiten. Und sie sind alle mit einem Element verbunden - Kohlenstoff.

Warum sind diese Entdeckungen so wichtig und was kann uns ein so bekanntes chemisches Element neu geben? Alles, was wir über Kohlenstoff wissen, macht ihn zum interessantesten und wichtigsten Element des Periodensystems. Das Leben selbst entstand zunächst auf Kohlenstoffbasis. Die Fähigkeit von Kohlenstoffatomen, sich zu komplexen Strukturen zu verbinden, hat es der Natur ermöglicht, Proteinorganismen zu erzeugen und den Menschen den Geist einzuhauchen. Die gesamte organische Chemie mit ihrem Überfluss an neuen künstlichen Materialien basiert auf komplexen Kohlenstoffverbindungen mit anderen Elementen.

Atomkohlenstoff ist jedoch nicht weniger überraschend als seine Verbindungen. Dies ist das einzige Element, das bisher 8 allotrope (verschiedene) Modifikationen aufweist. Das Wort "Tschüss" ist durchaus angebracht, weil Kohlenstoff kann in Zukunft weitere Überraschungen bringen. Noch vor wenigen Jahrzehnten kannten wir nur zwei Kohlenstoffmodifikationen: Graphit und Diamant.

Wir mussten und müssen uns mit Graphit auseinandersetzen und mit einem Bleistift auf Papier zeichnen. Ein Diamant ist eine berauschende Brillanz von Diamanten und ein Symbol für Reichtum. Die Entwicklung der Technologie hat zwar zur Anerkennung einer weiteren Eigenschaft von Diamant geführt - seiner unübertroffenen Härte. Und jetzt werden trotz der Komplexität der Prozesse künstliche Diamanten synthetisiert und in der Technologie weit verbreitet. Hartgesteinsbohrungen, Steinschneidscheiben, Schleifpasten - Sie können die Verwendungszwecke dieser Kohlenstoffmodifikation lange auflisten.

Aber zwischen einem sehr harten und einem sehr weichen Zustand liegt ein Abgrund. Es war überraschend, dass ein so wichtiges Element, auf dem die gesamte moderne Chemie basiert, nur zwei solche antagonistischen Zustände aufweist.

Und schließlich wurde im letzten Jahrhundert, Anfang der 60er Jahre, die dritte Modifikation von Kohlenstoff entdeckt - Karabiner. Dies ist eine Kette miteinander verbundener Kohlenstoffatome. Die Entdeckung wurde von Chemikern gemacht und erhielt nicht viel Resonanz, da sie keine praktische Anwendung fand.

Und hier ist die nächste Form von Kohlenstoff - Fullerene erregte viel größeres Interesse. Zu einem kugelförmigen Molekül zusammengesetzte Kohlenstoffatome eröffneten den Weg zur Schaffung völlig neuer Materialien und Verbindungen. Zum Öffnen Fullerenkohlenstoffmodifikation Eine Gruppe von Wissenschaftlern verlieh 1996 den Nobelpreis

Fullerene werden bereits in der Pharmaindustrie zur Herstellung von Krebsmedikamenten, in der Radioelektronik und in der Automobilindustrie als Zusatzstoffe für Motorenöle eingesetzt. Die Liste der Anwendungen ist bemerkenswert breit, aber die Aussichten für eine zukünftige Verwendung sind noch breiter.

Weitere Entdeckungen im Zusammenhang mit Kohlenstoff fielen wie ein Füllhorn. Lonsdaleit, in Meteoriten gefunden und anschließend künstlich synthetisiert, Kohlenstoffnanoröhren, Graphen.

Wir hatten keine Zeit, eine allotrope Form zu beherrschen, da zwei weitere unerwartet hinzugefügt wurden. Und diese Formen von Kohlenstoff werden es in den kommenden Jahren ermöglichen, sowohl die Kommunikationsstruktur der Menschheit als auch das menschliche Leben selbst radikal zu verändern (lesen Sie mehr über die Aussichten für die Verwendung von Graphen und Kohlenstoffnanoröhren im Artikel über Graphenelektronik).

Dank der Verwendung neuer Kohlenstoffeigenschaften gibt es unbegrenzte Möglichkeiten, Quantencomputer, Datenübertragungsleitungen mit einer Geschwindigkeit von mehr als 100 Gbit / s, Sensoren, die Signale von einer lebenden Zelle lesen, und vieles mehr zu erstellen.wovon Science-Fiction-Autoren nicht träumten.

Und die Wartezeit war sehr kurz: Die Aussichten für die kommerzielle Nutzung von Entdeckungen sind so groß, dass bereits Dutzende von Unternehmen Produktproben mit Kohlenstoffnanoröhren und Graphenen vorführen.