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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Fulerenos. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Fulereno, buckyball ou buckyball é um composto molecular pertencente à classe das formas alotrópicas de carbono e representando poliedros fechados convexos compostos por um número par de átomos de carbono com três coordenadas. Os fulerenos devem seu nome ao engenheiro e arquiteto Richard Buckminster Fuller, cujas estruturas geodésicas são construídas com base nesse princípio. Inicialmente, esta classe de juntas estava limitada a estruturas contendo apenas faces pentagonais e hexagonais.
A substância mais dura da natureza é o diamante. Este composto de carbono tem uma rede cristalina na forma de um tetraedro - uma pirâmide com quatro faces triangulares iguais. Seus topos são formados por quatro átomos de carbono. Um triângulo é uma figura muito rígida; pode ser quebrado, mas não pode ser deformado ou esmagado. É por isso que a força do diamante é tão alta. Na natureza, os cristais são conhecidos com uma rede constituída não por átomos, mas por moléculas. Se as moléculas são grandes o suficiente e as ligações entre elas são fortes, então a rede cristalina é extremamente forte. Os fulerenos cumprem plenamente estas condições: tendo um diâmetro superior a 0,5 nm, combinam-se num cristal com células inferiores a 1,5 nm. Como é frequentemente o caso, a descoberta de fulerenos não foi o resultado de uma pesquisa direcionada. A principal direção de trabalho no laboratório de R. Smalley na Rice University (Texas), onde foi feita uma descoberta na década de 1980 relacionada ao estudo da estrutura de aglomerados metálicos. A técnica de tais estudos baseia-se na medição dos espectros de massa das partículas que se formam como resultado da intensa ação da radiação laser sobre a superfície do material em estudo.
“Em agosto de 1985, o famoso astrofísico G. Kroto veio ao laboratório de Smalley”, escreve Alexander Valentinovich Yeletsky no Soros Educational Journal, “que trabalhou no problema de identificar os espectros de radiação infravermelha emitida por alguns aglomerados interestelares. As soluções para este problema são bastante antigas na astrofísica, podendo estar associadas a aglomerados de carbono, que, como se sabe, formam a base dos aglomerados interestelares. obter uma conclusão sobre sua possível estrutura a partir do espectro de massa dos aglomerados de carbono. Os resultados dos experimentos levaram a um estado de choque de seus participantes. Enquanto para a maioria dos clusters estudados anteriormente, os valores típicos dos números mágicos são 13, 19, 55, etc., dependendo do arranjo mútuo dos átomos, foram observados picos claramente pronunciados com o número de átomos de 60 e 70 em o espectro de massa dos aglomerados de carbono A única característica consistente dos aglomerados de carbono foi explicada pela hipótese de que os átomos de carbono formam estruturas esféricas e esferoidais fechadas estáveis, mais tarde chamadas de fulerenos. Esta hipótese, posteriormente confirmada por estudos mais detalhados, serviu essencialmente de base para a descoberta dos fulerenos. A publicação das primeiras observações de fulerenos foi enviada à revista "Nature" já 20 dias após a chegada de Kroto ao Texas. Neste artigo, além da suposição da forma esferoidal dos fulerenos, surgiram ideias sobre a possibilidade da existência de moléculas endoédricas de fulerenos, ou seja, moléculas que contêm um ou mais átomos de outro elemento. Outras pesquisas confirmaram essa suposição. A distância entre as moléculas em tais cristais é menor que a distância entre os átomos na rede do diamante. Além disso, em ambos os tipos de células existe um fulereno "especial" que interage com o resto através de 12-16 ligações intermoleculares muito curtas e fortes. Tudo isso determina a extraordinária dureza da fulerita cristalina: é duas a três vezes maior que a dureza do diamante. Pela descoberta dos fulerenos, G. Kroto, R. Smalley e R. Curl receberam o Prêmio Nobel de Química. O verdadeiro boom na pesquisa de fulereno começou em 1990. Isso aconteceu depois que o astrofísico alemão W. Kretschmer e o pesquisador americano D. Huffman desenvolveram uma tecnologia para obter fulerenos em quantidade suficiente. A tecnologia baseia-se na pulverização térmica de um arco elétrico com eletrodos de grafite e posterior extração de fulerenos de produtos de pulverização utilizando solventes orgânicos, como benzeno, tolueno. A nova tecnologia permitiu que vários laboratórios científicos investigassem os fulerenos não apenas na forma molecular, mas também no estado cristalino. Como resultado, novas descobertas foram feitas. Assim, em 1991, cientistas americanos descobriram a supercondutividade dos cristais de fulereno dopados com átomos de metais alcalinos, com temperatura crítica de 18 a 40 graus Kelvin, dependendo do tipo de metal alcalino. E até hoje, a pesquisa e o desenvolvimento no campo dos fulerenos é uma das áreas prioritárias da ciência e tecnologia mundial. Tal popularidade está associada às incríveis propriedades físico-químicas dos fulerenos, que abrem a possibilidade de seu uso prático. Moléculas de fulereno têm uma alta eletronegatividade. Eles são capazes de anexar até seis elétrons livres a si mesmos. Isso torna os fulerenos oxidantes fortes. Eles são capazes de formar muitos novos compostos químicos com novas propriedades interessantes. Os compostos químicos dos fulerenos incluem anéis de carbono de seis membros com ligações simples e duplas. Portanto, eles podem ser considerados como um análogo tridimensional de compostos aromáticos. Cristais de fulereno são semicondutores com um gap de 1-2 eV. Eles exibem fotocondutividade quando irradiados com luz visível. “A gama de possíveis aplicações tecnológicas dos fulerenos é ampla”, escreve Ezersky. “Por exemplo, o uso de fulerenos como aditivo ao óleo lubrificante reduz significativamente (até 10 vezes) o coeficiente de atrito das superfícies metálicas e, portanto, aumenta a resistência ao desgaste de peças e conjuntos. Outras possibilidades de aplicação em massa de fulerenos também estão sendo ativamente desenvolvidas. associadas, em particular, à criação de um novo tipo de baterias recarregáveis, que, ao contrário das baterias à base de lítio tradicionalmente usadas, não estão sujeitas a destruição de eletrodos. O problema do uso de fulerenos em medicina e farmacologia merece atenção especial. Uma das principais dificuldades que impedem a solução bem-sucedida deste problema está associada à criação de compostos de fulereno não tóxicos solúveis em água que podem ser introduzidos no corpo humano e entregues com sangue ao órgão sujeito à ação terapêutica. A ideia de criar medicamentos anticancerígenos baseados em compostos endoédricos de fulereno solúveis em água (moléculas de fulereno contendo um ou mais átomos de um elemento) com isótopos radioativos embutidos na estrutura do fulereno é amplamente discutida na literatura. A introdução de tal droga no tecido permitirá afetar seletivamente as células afetadas pelo tumor, impedindo sua reprodução posterior”. Autor: Musskiy S.A.
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