-->
|
|
|
Õèìèÿ 11 êëàññ Çàêëþ÷åíèå (îêîí÷àíèå)Õèìèêè äàâíî óæå ïðåäñêàçûâàëè ñóùåñòâîâàíèå àëëîòðîïíûõ ìîäèôèêàöèé, ñîñòîÿùèõ èç îòäåëüíûõ ìàêðîìîëåêóë, èìåþùèõ ôîðìó ìíîãîãðàííèêîâ, — ôóëëåðåíîâ. Ñîáñòâåííî ôóëëåðåíû ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé áëèçêèå ê ñôåðè÷åñêèì çàìêíóòûå ñòðóêòóðû ñ ÷¸òíûì ÷èñëîì àòîìîâ óãëåðîäà. Íàèìåíüøåå ÷èñëî àòîìîâ óãëåðîäà â ðÿäó ñàìûõ óñòîé÷èâûõ ôóëëåðåíîâ ðàâíî 60. Ïîýòîìó ôóëëåðåí Ñ60 (ñì. ðèñ. 45, â íà ñ. 63) áûë ïîëó÷åí ïåðâûì è èçó÷åí ëó÷øå äðóãèõ. Ýòà ìîëåêóëà ÿâëÿåòñÿ òî÷íîé êîïèåé îëèìïèéñêîãî ìÿ÷à, ïîýòîìó äî ñèõ ïîð ïðèìåíÿþò è ñèíîíèì ôóëëåðåíà — áàêèáîë (ïåðâûå ÷åòûðå áóêâû — â ÷åñòü ïåðâûõ áóêâ ôàìèëèé ÷åòûð¸õ èññëåäîâàòåëåé — ïåðâîîòêðûâàòåëåé òàêîãî ôóëëåðåíà), èëè ôóòáîëåí. Êðîìå ôóëëåðåíîâ èçâåñòíû òàê íàçûâàåìûå ëóêîâè÷íûå ñòðóêòóðû, ñîñòîÿùèå èç íåñêîëüêèõ ñôåðè÷åñêèõ ôóëëåðåíîâ, íàõîäÿùèõñÿ îäèí â äðóãîì; íàíî÷àñòèöû (ìíîãîñëîéíûå îáðàçîâàíèÿ, èìåþùèå ðàçìåðû îò îäíîãî äî äåñÿòêîâ íàíîìåòðîâ); íàíîâîðîíêè; íàíîäèñêè è, íàêîíåö, îáíàðóæåííûå â 1991 ã. ÿïîíñêèì õèìèêîì Ñóìèî Èèäçèìà íàíîòðóáêè (òðóáêè äèàìåòðîì îò 0,7 äî äåñÿòêîâ íàíîìåòðîâ). ×òî ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé íàíîòðóáêè?  êàêîé-òî ìåðå îíè ðîäñòâåííû ãðàôèòó. Èõ îáúåäèíÿåò ñ ãðàôèòîì òî, ÷òî àòîìû óãëåðîäà â îáîèõ ñëó÷àÿõ ðàñïîëîæåíû â óãëàõ ñîåäèí¸ííûõ ìåæäó ñîáîé ïðàâèëüíûõ øåñòèóãîëüíèêîâ. Îòäåëüíûå ñëîè àòîìîâ, ïîëîñêè è ëèñòî÷êè èõ ïîëó÷èëè íàçâàíèå ãðàôåíîâ. Åñëè â ãðàôèòå ñëîè ïëîñêèå, òî â íàíîòðóáêàõ — êàê áû ñâ¸ðíóòûå, ñêðó÷åííûå. Èèäçèìà ñ÷èòàë, ÷òî íàíîòðóáêè ñîñòîÿò èç êîíöåíòðè÷åñêèõ ñëî¸â è ïðåäëîæèë ìîäåëü èõ ñòðîåíèÿ íàçâàòü «ðóññêîé ìàòð¸øêîé». Äðóãèå èññëåäîâàòåëè îòñòàèâàëè ìîäåëü «ðóëîííîãî ñâ¸ðòêà», òðåòüè — «ïàïüå-ìàøå» (ðèñ. 149). «Ðóññêàÿ ìàòð¸øêà» âçÿëà âåðõ, Èèäçèìà îêàçàëñÿ ïðàâ. Êîíöû íàíîòðóáîê îáû÷íî çàêðûòû «øàïî÷êàìè», ðàçäåë¸ííûìè ïîïîëàì ìîëåêóëàìè ñôåðè÷åñêîãî ôóëëåðåíà. Íàïðèìåð, òðóáêà, èìåþùàÿ ñàìûé ìàëûé äèàìåòð (îêîëî 0,7 íì), ñî÷ëåíåíà ñ ïîëîâèíêàìè ôóòáîëåíà Ñ60.
×òî æå äàþò íîâûå àëëîòðîïíûå ìîäèôèêàöèè óãëåðîäà ÷åëîâå÷åñòâó? Ôóëëåðåíû — ýòî âîçìîæíûå óíèêàëüíûå êàòàëèòè÷åñêèå ñèñòåìû, ïåðñïåêòèâíûå êîìïîçèöèè äëÿ ñîçäàíèÿ ñâåðõïðîâîäÿùèõ ìàòåðèàëîâ. Íàíîòðóáêè â 50—100 òûñ. ðàç òîíüøå ÷åëîâå÷åñêîãî âîëîñà, íî ïî ñâîåé ïðî÷íîñòè îíè ïðåâîñõîäÿò ñòàëü â 50—100 ðàç, õîòÿ ïëîòíîñòü èõ â 6 ðàç ìåíüøå ïëîòíîñòè ñòàëè. Îòñþäà ïîÿâèëàñü èäåÿ ñîçäàíèÿ ñâåðõäëèííîãî êàáåëÿ, ñâÿçûâàþùåãî, íàïðèìåð, Çåìëþ è êîñìè÷åñêèé êîðàáëü. Òàêîé íàíîêàáåëü äëèíîé îò Çåìëè äî Ëóíû èç îäèíî÷íîé òðóáêè ìîæíî áûëî áû íàìîòàòü íà êàòóøêó ðàçìåðîì âñåãî ñ ìàêîâîå ç¸ðíûøêî. Òàê êàê íàíîòðóáêè ñïîñîáíû äèñïåðãèðîâàòü âåùåñòâà íà óðîâíå ìîëåêóë, òî ýòî ïîçâîëÿåò ñîçäàâàòü íà èõ îñíîâå ìèíèàòþðíûå ýëåêòðîííûå ïðèáîðû. Íàïðèìåð, ïðèìåíåíèå íàíîòðóáîê ïîçâîëèò óìåíüøèòü îñíîâíîé áëîê ïåðñîíàëüíîãî êîìïüþòåðà äî íîãòÿ. Õèìè÷åñêàÿ ìîäèôèêàöèÿ íàíîòðóáîê çà ñ÷¸ò «ïðèâèâêè» íà èõ ïîâåðõíîñòè ðàçëè÷íûõ ãðóïï àòîìîâ (ãèäðîêñèëüíîé, êàðáîíèëüíîé, êàðáîêñèëüíîé) ïîçâîëÿåò ïîëó÷èòü ðàñòâîðèìûå íàíîòðóáêè, êîòîðûå îáëàäàþò óíèêàëüíîé ðàçäåëèòåëüíîé ñïîñîáíîñòüþ. Ìû êîñíóëèñü ëèøü íåáîëüøîãî êðóãà ïðîáëåì ñîâðåìåííîé õèìèè, êîòîðûå óáåäèòåëüíî èëëþñòðèðóþò ïðîðî÷åñêèå ñëîâà Ì. Â. Ëîìîíîñîâà: «Øèðîêî ðàñïðîñòèðàåò õèìèÿ ðóêè ñâîè â äåëà ÷åëîâå÷åñêèå». <<< Ê íà÷àëó Ñëåäóþùàÿ ñòðàíèöà >>>
|
|
|