QuarK
06-09-2007, 12:19 PM
ان فهم الطبيعة على المستوى المطلوب الذررى –وربما دون الذرى ايضا قد اتاح للعلماء القدرة على ابتكار مواد جديدة ،لم يكن يراها أحد من قبل فالكربون عنصر هامجدا فى الكيمياء وهناك فرع كامل من الكيمياء هو الكيمياء العضوية organ ice chemistry مخصص لفهم كيفية تصرف سلاسل الكربون chains of carbon فى الحالات المختلفة .
كرات قدم ..مجوفة
ولقد عرف العلماء منذ وقت طويل ان ما يعطى الماس اقوى مادةمعروفة على الاطلاق هو الطريقة التى تترتب بها ذرات الكربون معا وفى عام 1985 تم اكتشاف تركيب جديد للكربون فتح فرعا جديدا تماما فى الكيمياء ،فذرات الكربون يمكن أن تترتب فى جزيئات تشبهكرات قدم مجوفة تسمى كرات باكى bucky balls .
http://www.godunov.com/bucky/c60-blue.gif
ويمكن عمل كرات باكى بحيث تضم 60 ذرة فقط او قد تكون كبيرة نسبيا وتحتوى على مئات الذرات وهذه الكرات قوية بشكل لا يصدق ويمكن مدها فى شكل انابيب لانتاج الياف او اى اشكال معقدة اخرى ومن الممكن ملئ تلك الاشكال بذرات من عناصر مختلفة لتغيير خصائصها الفيزيائية ،فعلى سبيل المثال ، وجد أنه عند ملىءألياف باكى بذرات " الريبيديوم "Rubidium" (عنصر فلزي فضي اللون يشتعل بعفوية بالهواء ويتفاعل بشدة في الماء ويستعمل في الخلية الضوئية ) وتصبح موصلات فائقة Superconductors" عند درجات حرارة منخفضة بشكل معقول مما يفتح طريقا محتملا لاستخدامها كأسلاك نانونية Nan wires"" فائقة التوصيل للكهرباء أي يمر بها التيار الكهربائي دون أي مقاومة أو فقد للطاقة .
واذا اضفنا ذرات اخرى يمكن جعل الياف باكي موصلات او اشباه موصلات او عوازل insulators .
و جميع ذرات الكربون في كرات باكى، متكافئة من حيث التماثل و تشكل سطحا مغلقا،مكونا من مجموعة من الأضلاع الخماسية و السداسية المنتظمة ،و تصنع كرات باكى عندما تصطدم ذرات كربون ساخنة جدا،و شظايا الغرافيت بعضها بالبعض. وكل ذرة كربون في هذه الهياكل الكروية العجيبة ترتبط كيميائيا بثلاث ذرات كربون اخرى،بحيث تكون كل رابطة حافة في سداسيين ،كما تشكل كل رابطتين حافتي خماسي و سداسي،و يطلق على كرة باكى اختصارا(ك_60)اي جزىء الكربون الذي يتكون من ستين ذرة .
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/Kohlenstoffnanoroehre_Animation.gif
http://www.nanotech-now.com/images/nanotube-annimation1.gif
و اتضح للعلماء اخيرا التركيب الدقيق لجزىء الكربون العملاق الجديد،الذي نتج من التحام ستين ذرة كربون(ك_60) مع بعضها البعض،لتكوين هيكل كروي الشكل ذي 12 مضلعا خماسي و20 وجها سداسي على سطحه.
والطريقة الجديدة لاستخلاص كرات باكي، تتلخص في استخدام قوس كهربائي لتسخين قضيب كربوني رقيق إلى درجة حرارة عالية في جو من الهيليوم تحت ضغط منخفض، مما يؤدي إلى تكوين مسحوق ناعم يطلق عليه "سناج"soot من الكربون النقي يمكن منه استخراج جزيئات ك-60 . ومن أهم مزايا كرات باكي، أنها مستقرة تماما ومقاومة للنشاط الإشعاعي والتآكل الكيميائي وتتقبل الالكترونات بشراهه ولكنها لا تمانع في إطلاقها، كما أن لها صفات كهربائية ومغناطيسية فريدة، ومن ثم أطلق عليها "الجزيئات السحرية"!.
تطبيقات...مذهلة
وبعد دراسة هذه الخصائص الفريدة لكرات باكي ، أخذ العلماء يطلقون لأفكارهم وتصوراتهم العنانلبعض التطبيقات ومنها :
*نقل النظائر المشعة إلى داخل الجسم البشري بهدف تشخيص الحالات المرضية أو نقل الهرمونات أو أي عقاقير لعلاج بعض الأمراض مثل السرطان .
*تصميم بطاريات فائقة القوة وخفيفة الوزن ،وذلك بتغليف ذرات عنصر الليثيوم والفلور،داخل قفص ك-60 .
*إمكان استخدامها وقودا للصواريخ ومركبات الفضاء ،إذ أنها مرنة أكثر من أي جزيئات أخرى معروفة حتى الوقت الحاضر ،ومن ثم فإنها يمكن أن تتحمل ضغوطا هائلة .
*وجد العلماء حديثا طريقة لا ستخدام الجزيئات ك-60، كأقفاص لاقتناص ذرات بعض العناصر- كالهيليو ومن ثم تستخدم كمتتبعات كيميائية رائعة، لمراقبة انتشار المواد الملوثة من نقطة تفريغها في أحد الأنهار.
http://www.godunov.com/bucky/c60.gif
* إن أي كتلة من كرات باكي يمكن ضغطها إلى 70% من حجمها الأصلي، عند ضغط يبلغ ثلاثة ألاف ضغط الجوي،وعندما يرفع عنها هذا الضغط، فإنها ترتد إلى شكلها العادي، لكنها إذا ضغطت بقوة تجاه بعضها البعض، فإن ذرات الكربون في الكرات المتجاورة تبدأ بتنافر بشدة فيما بينها، وتصبح المادة شديدة الصلابة كالماس، وإذا ازداد الضغط بسرعة وبقوة، فإن كرات باكي تتحول بالفعل إلى ماس، وهذا التحول يمكن أن يكون مهما في الأغراض الصناعية.
* اتضح أنه لو وضعت بعض الذرات من عناصر أخرى بين كرات باكي ثم انخفضت درجة حرارتها جدا، فإن شيئا غريبا سوف يحدث، إذ وجد العلماء أن تبريد الخليط من كرات باكي والبوتاسيوم إلى 255 درجة مئوية تحت الصفر، يجعله موصلا فائقا، ويمكن تشبيه هذا الخليط من ك-60 والبوتاسيوم"أو أي مواد أخرى"، بأن بائع الفاكهة قد حشر بعض حبات المشمش في الفراغات بين كوم البرتقال لديه.
إذ وجد العلماء أن المواد الصلبة المكونة من كرات باكي، تتميز بخواص مدهشة، فعندما تتبلور هذه الجزيئات الكربونية العملاقة، فإنها تندمج مع بعضها البعض، وتصبح مثل كومة البرتقال لدى بائع الفاكهة.
آفـاق مستقبلية
لا شك أن المستقبل يحمل بين طياته الكثير من الاحتمالات الجديدة المثيرة، سواء من المعرفة العلمية الاساسية أو من حيث الاستخدمات التكنولوجية للجزىء العملاق ك-60.
فإذا أضيف ك-60إلى البوليمراتPolymers "سلاسل طويلة من الجزيئات المتكررة" المناسبة. يمكن تكوين مادة ذات "موصلة ضوئية" أي أنها توصل الكهرباء فقط عندما تتعرض إلى الضوء، ومن ثم تستخدم في إنتاج الصور الإلكترونية.
http://www.nanotech-now.com/images/junction-small.jpghttp://www.nanotech-now.com/images/multiwall-small.jpg
structure of a multi-walled nanotube (left)
(right)carbon nanotube with ****l-semiconductor junction
كما يمكن استخدام جزيئات ك-60 كأوعية لحفظ المواد التي تتفاعل بشدة مع بخار الماء والاكسجين وتنحل في الهواء، وكذلك تستعمل للاتحاد مع العناصرالخاملة بشدة- التي لا تتفاعل مع أي عناصر أخرى- وأيضا في تجميعها وحمايتها،إذ يجد الكيميائيون صعوبة في الإمسك بهذه العناصر الخاملة.
ونظرا في التقدم المستمر في أبحاث الجزىء العجيب ك- 60، فإن هذا المجال ينبئ عن توقعات مدهشة، والأمر الوحيد الذي يتفق عليه جميع الخبراء أن معظم ما هو معروف في الوقت الحاضر من استخدمات عجيبة وفريدة لهذا الجزىء السحري، سوف يصبح متقادما بعد عدة أشهر، وهذا النوع الفعلي من المواقف التي تجعل العلم مفيدا، وفي نفس الوقت سببا للمتعة والبهجة، إذ يبشر بالأمل في المستقبل
نقلا عن مجلة العلم، بقلم الدكتور رؤوف وصفي
كرات قدم ..مجوفة
ولقد عرف العلماء منذ وقت طويل ان ما يعطى الماس اقوى مادةمعروفة على الاطلاق هو الطريقة التى تترتب بها ذرات الكربون معا وفى عام 1985 تم اكتشاف تركيب جديد للكربون فتح فرعا جديدا تماما فى الكيمياء ،فذرات الكربون يمكن أن تترتب فى جزيئات تشبهكرات قدم مجوفة تسمى كرات باكى bucky balls .
http://www.godunov.com/bucky/c60-blue.gif
ويمكن عمل كرات باكى بحيث تضم 60 ذرة فقط او قد تكون كبيرة نسبيا وتحتوى على مئات الذرات وهذه الكرات قوية بشكل لا يصدق ويمكن مدها فى شكل انابيب لانتاج الياف او اى اشكال معقدة اخرى ومن الممكن ملئ تلك الاشكال بذرات من عناصر مختلفة لتغيير خصائصها الفيزيائية ،فعلى سبيل المثال ، وجد أنه عند ملىءألياف باكى بذرات " الريبيديوم "Rubidium" (عنصر فلزي فضي اللون يشتعل بعفوية بالهواء ويتفاعل بشدة في الماء ويستعمل في الخلية الضوئية ) وتصبح موصلات فائقة Superconductors" عند درجات حرارة منخفضة بشكل معقول مما يفتح طريقا محتملا لاستخدامها كأسلاك نانونية Nan wires"" فائقة التوصيل للكهرباء أي يمر بها التيار الكهربائي دون أي مقاومة أو فقد للطاقة .
واذا اضفنا ذرات اخرى يمكن جعل الياف باكي موصلات او اشباه موصلات او عوازل insulators .
و جميع ذرات الكربون في كرات باكى، متكافئة من حيث التماثل و تشكل سطحا مغلقا،مكونا من مجموعة من الأضلاع الخماسية و السداسية المنتظمة ،و تصنع كرات باكى عندما تصطدم ذرات كربون ساخنة جدا،و شظايا الغرافيت بعضها بالبعض. وكل ذرة كربون في هذه الهياكل الكروية العجيبة ترتبط كيميائيا بثلاث ذرات كربون اخرى،بحيث تكون كل رابطة حافة في سداسيين ،كما تشكل كل رابطتين حافتي خماسي و سداسي،و يطلق على كرة باكى اختصارا(ك_60)اي جزىء الكربون الذي يتكون من ستين ذرة .
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/Kohlenstoffnanoroehre_Animation.gif
http://www.nanotech-now.com/images/nanotube-annimation1.gif
و اتضح للعلماء اخيرا التركيب الدقيق لجزىء الكربون العملاق الجديد،الذي نتج من التحام ستين ذرة كربون(ك_60) مع بعضها البعض،لتكوين هيكل كروي الشكل ذي 12 مضلعا خماسي و20 وجها سداسي على سطحه.
والطريقة الجديدة لاستخلاص كرات باكي، تتلخص في استخدام قوس كهربائي لتسخين قضيب كربوني رقيق إلى درجة حرارة عالية في جو من الهيليوم تحت ضغط منخفض، مما يؤدي إلى تكوين مسحوق ناعم يطلق عليه "سناج"soot من الكربون النقي يمكن منه استخراج جزيئات ك-60 . ومن أهم مزايا كرات باكي، أنها مستقرة تماما ومقاومة للنشاط الإشعاعي والتآكل الكيميائي وتتقبل الالكترونات بشراهه ولكنها لا تمانع في إطلاقها، كما أن لها صفات كهربائية ومغناطيسية فريدة، ومن ثم أطلق عليها "الجزيئات السحرية"!.
تطبيقات...مذهلة
وبعد دراسة هذه الخصائص الفريدة لكرات باكي ، أخذ العلماء يطلقون لأفكارهم وتصوراتهم العنانلبعض التطبيقات ومنها :
*نقل النظائر المشعة إلى داخل الجسم البشري بهدف تشخيص الحالات المرضية أو نقل الهرمونات أو أي عقاقير لعلاج بعض الأمراض مثل السرطان .
*تصميم بطاريات فائقة القوة وخفيفة الوزن ،وذلك بتغليف ذرات عنصر الليثيوم والفلور،داخل قفص ك-60 .
*إمكان استخدامها وقودا للصواريخ ومركبات الفضاء ،إذ أنها مرنة أكثر من أي جزيئات أخرى معروفة حتى الوقت الحاضر ،ومن ثم فإنها يمكن أن تتحمل ضغوطا هائلة .
*وجد العلماء حديثا طريقة لا ستخدام الجزيئات ك-60، كأقفاص لاقتناص ذرات بعض العناصر- كالهيليو ومن ثم تستخدم كمتتبعات كيميائية رائعة، لمراقبة انتشار المواد الملوثة من نقطة تفريغها في أحد الأنهار.
http://www.godunov.com/bucky/c60.gif
* إن أي كتلة من كرات باكي يمكن ضغطها إلى 70% من حجمها الأصلي، عند ضغط يبلغ ثلاثة ألاف ضغط الجوي،وعندما يرفع عنها هذا الضغط، فإنها ترتد إلى شكلها العادي، لكنها إذا ضغطت بقوة تجاه بعضها البعض، فإن ذرات الكربون في الكرات المتجاورة تبدأ بتنافر بشدة فيما بينها، وتصبح المادة شديدة الصلابة كالماس، وإذا ازداد الضغط بسرعة وبقوة، فإن كرات باكي تتحول بالفعل إلى ماس، وهذا التحول يمكن أن يكون مهما في الأغراض الصناعية.
* اتضح أنه لو وضعت بعض الذرات من عناصر أخرى بين كرات باكي ثم انخفضت درجة حرارتها جدا، فإن شيئا غريبا سوف يحدث، إذ وجد العلماء أن تبريد الخليط من كرات باكي والبوتاسيوم إلى 255 درجة مئوية تحت الصفر، يجعله موصلا فائقا، ويمكن تشبيه هذا الخليط من ك-60 والبوتاسيوم"أو أي مواد أخرى"، بأن بائع الفاكهة قد حشر بعض حبات المشمش في الفراغات بين كوم البرتقال لديه.
إذ وجد العلماء أن المواد الصلبة المكونة من كرات باكي، تتميز بخواص مدهشة، فعندما تتبلور هذه الجزيئات الكربونية العملاقة، فإنها تندمج مع بعضها البعض، وتصبح مثل كومة البرتقال لدى بائع الفاكهة.
آفـاق مستقبلية
لا شك أن المستقبل يحمل بين طياته الكثير من الاحتمالات الجديدة المثيرة، سواء من المعرفة العلمية الاساسية أو من حيث الاستخدمات التكنولوجية للجزىء العملاق ك-60.
فإذا أضيف ك-60إلى البوليمراتPolymers "سلاسل طويلة من الجزيئات المتكررة" المناسبة. يمكن تكوين مادة ذات "موصلة ضوئية" أي أنها توصل الكهرباء فقط عندما تتعرض إلى الضوء، ومن ثم تستخدم في إنتاج الصور الإلكترونية.
http://www.nanotech-now.com/images/junction-small.jpghttp://www.nanotech-now.com/images/multiwall-small.jpg
structure of a multi-walled nanotube (left)
(right)carbon nanotube with ****l-semiconductor junction
كما يمكن استخدام جزيئات ك-60 كأوعية لحفظ المواد التي تتفاعل بشدة مع بخار الماء والاكسجين وتنحل في الهواء، وكذلك تستعمل للاتحاد مع العناصرالخاملة بشدة- التي لا تتفاعل مع أي عناصر أخرى- وأيضا في تجميعها وحمايتها،إذ يجد الكيميائيون صعوبة في الإمسك بهذه العناصر الخاملة.
ونظرا في التقدم المستمر في أبحاث الجزىء العجيب ك- 60، فإن هذا المجال ينبئ عن توقعات مدهشة، والأمر الوحيد الذي يتفق عليه جميع الخبراء أن معظم ما هو معروف في الوقت الحاضر من استخدمات عجيبة وفريدة لهذا الجزىء السحري، سوف يصبح متقادما بعد عدة أشهر، وهذا النوع الفعلي من المواقف التي تجعل العلم مفيدا، وفي نفس الوقت سببا للمتعة والبهجة، إذ يبشر بالأمل في المستقبل
نقلا عن مجلة العلم، بقلم الدكتور رؤوف وصفي