Link dana – Razvoj kataloga svih organskih jedinjenja ugljenika

DURHAM, Severna Karolina, SADFarmaceuti su, možda, na putu da obezbede novi alat koji bi obezbedio otkrivanje efikasnijih lekova i novih materijala.

U pitanju je kompjuterski algoritam koji može da modeluje i arhivira ceo spektar lakih, molekula na bazi ugljenika, koje hemičari mogu realizovati u laboratoriji.

Sitni svet molekula ima više od 1060 (mnogo veliki broj!) hemijskih struktura. Hemičar sa Duke univerziteta Dejvid Beratan (David Beratan) tvrdi da mnogi svetski problemi imaju svoje molekularno rešenje unutar hemijskog svemira, bez obzira da li je to lek za neku bolest ili novi materijal koji će upijati sunčevu svetlost bolje nego ostali pre njega.

mapa neotkrivenih ugljenicnih jedinjenja

DukeToady

Novi oblici ugljenika sjajniji (i skuplji) od dijamanta

Ne tako davno ovaj sajt je opisao novu praktičnu upotrebu ugljen dioksida (CO2). Danas se bavimo samo jedinim delom ovog jedinjenja: ugljenikom. Ovaj element se široko koristi u, skoro, svim ljudskim delatnostima. Predstavlja osnov cele grane hemije, tačnije organske hemije. Može preuzeti formu grafita, koji se, skoro, od samog nastanka pisma koristiti za zapisivanje. Mnogim devojkama zastaje dah, kada vide drugi ugljenikov oblik, poznat pod imenom dijamant.

Mali, a tvrd!

Zaključuje se, lako, da je element ugljenik (oznaka u periodnom sistemu je C od reči carbon) vrlo važan igrač, i u neku ruku, da njega nema, ne bi ni nas bilo. Vidi se, iz izloženog, da može preuzimati različite oblike, i svi imaju neku primenu. To ljudskoj rasi nije dovoljno, pa je odlučila da istraži mogućnost postojanja još neke modifikacije karbona.

Gledajući razne futurističke filmove možemo primetiti da oni, sporadično, pružaju sugestije o tome šta će se sve lepo i korisno (i opasno) otkriti u budućnosti. Za one, koji to još ne znaju, dijamant se smatra jednom od najtvrđih materija u poznatom svemiru i najtvrđom kristalnom formom. Po svemu sudeći, to, i dalje, nije dovoljno, nekima…

Simulacije (i za sada samo simulacije) su otkrile moguće postojanje tri stabilne forme čistog ugljenika, koje bi sijale jače i lepše od postojećih dijamanata.

Treba imati na umu činjenicu da su grafit i dijamant samo najpoznatije forme ugljenika, i da postoje i drugi oblici (alotropske modifikacije), među kojima je grafen, sa svestranim električnim osobinama.

Neke od modifikacija ugljenika: a) dijamant, b) grafit, c) lonsdalit, d-f) fuleren (C60, C540, C70), g) amorfni ugljenik, h) ugljenične nanocevi

Vratimio se novim mogućnostima. Artem Oganov sa Stony Brook univerziteta u Nju Jorku (New York) i njegove kolege su sistematski simulirali razne konfiguracije ugljeničnih atoma pri različitim pritiscima i temperaturama.

nota: dijamant nastaje od običnog ugljena kada se podvrgne visokom pritisku, pri višim temperaturama.

Među velikim brojem simuliranih konfiguracija, pokazalo se da postoje 3 koje bi mogle biti stabilne: hP3, tl12 i tP12. Sve tri modifikacije ne bi bile čvršće od dijamanta, ali bi bile od 1,1 – 3,2% gušće, tačnije, imale bi za toliko veću gustinu.

Ovakvo ustrojstvo im daje mogućnost da, kao materijal, poseduju veći refrakcioni indeks – mera prelamanja svetlosti – što daje za direktnu posledicu veću sjajnost i “svetlucajuće osobine”.

Superprovodljivi ugljenik?

Da je zbog nakita, ovakva vest bi bila značajna samo za trgovce dragim kamenjem. Simulacije sugerišu da nove forme imaju različite razmake između susednih elektronskih orbitala. Na primer, tP12 ima najveći “jaz” između orbitala, međ svim modifikacijama ugljenika. “Ova činjenica čini tP12 vrlo konkuretnim kandidatom za superprovodnik – materijal koja prenosi elektricitiet skoro bez otpora ili gubitaka”, kaže Oganov.

Prema kazivanju drugog naučnika, Borisa Jakobsona (Boris Yakobson) pri Rice univerzitetu u Hjustonu, državi Teksas (Huston, Texas), velika razlika između nivoa sugeriše jake interakcije između elektrona i paketa energije unutar rešetkaste forme, poznate pod imenom fonon (phonon). Ove strukture su ustvari kvantno mehanički opis specijalnog tipa vibracionog kretanja, pri kome rešetka jednoobrazno oscilira na istoj frekvenciji. Ovo može dovesti do pojave elektronskog kuplovanja, što je neophodni uslov za dostizanje stanja superprovodljivosti.

Primer fononske rešetke i njeno oscilovanje

Ako prethodnu priču svedemo na praktičnu uporebu, to bi se moglo sažeti u sledeći iskaz. Ove, nove, potencijalne modifikacije ugljenika bi omogućile razvoj novih materijala koji bi se koristili u elektronici.  To bi bili, mahom, materijali koji bi imali znatno veću provodljivost, od onih koji se sada koriste.

Superprovodni materijali nisu stvar od juče, ali tehnologija dobijanja ovakvih materijala je često vrlo zahtevana. Uslovi pod kojima određene materije ispoljavaju superprovodljivo ponašanje najčešće podrazumevaju parametre koji su ekstremni, kao što su vrlo niske temperature. To u mnogome smanjuje praktičnu upotrebu superprovodnika. Sa ovim novim varijacijama ugljenika, postoji velika šansa da se superprovodnici, u budućnosti, mnogo lakše, i češće, koriste u našoj svakodnevnici. Kao prva direktna posledica njihove uporebe, u većim razmerama, bila bi osetno manja potrošnja energije.

Teško ih je napraviti

Simulacije ne govore o tome kako je moguće napraviti te modifikacije. Model uzima u obzir ponašanje ugljenika pri određenim uslovima, ali ne govori o ponašanju elementa dok prolazi kroz razne faze.

Vladimir Brazkin (Vladimir Brazhkin) daje svoj komentar na rad kolega: “Nije jasno kako možemo napraviti ove modifikacije.  Korišćenjem standardih prastarih materijala, kao što je grafit ili amorfni ugljenik (alotropi u kojima ne postoji kristalna struktura), mogli bismo da proizvedemo nove materijale (u malim količinama), ako ih podvrgnemo ekstremnim pritiscima.”

Oganov kaže da veliki pritisci, od ova dva materijala, prave veliki broj neindetifikovanih, ali razlučivih konfiguracija. On misli da je moguće naći, među njima, novo opisane modifikacije hP3, tl12 i tP12.

Izutetno sitni proizvod, što veštačkog, što prirodnog procesa, ali zato sa velikom vrednošću

Za žene: dijamanti koji još više svetlucaju nego oni pravi, čineći vas još atraktivnijim, i lepšim, i poželjnijim…

Za muškarce: sa ovim novim materijalima vaš omiljeni elektrosnki uređaj će koštati još više, ali će biti efikasniji u radu, manje će se grejati i teže će se kvariti. I neće moći da ga ima svako…