X
تبلیغات
شیمی سرا - آشنایی با آلوتروپ های کربن (5) باکی بال ها

شیمی سرا

"دلهایی که روی آنها کلمه تقوی و محبت نوشته شده به هرجایی که بخواهند پرواز می کنند "

باکی بال ها که فولرن نیز نامیده می شوند   قفس هایی با شبکه کروی از 60 اتم کربن آرایش یافته بصورت شش ضلعیها و پنج ضلعی های بهم زنجیره شده (مثل توپ فوتبال) هستند.(جایزه نوبل در سال1996 برای کشف این ساختار بود.)

تاریخچه فولرن ها

در سال 1966 داستانی که بیشتر جنبه تخیلی داشت در مورد C60 و خواص جادویی آن نوشته شد، اما در سال 1983 این مولکول در دنیای حقیقی شیمی متولد شد.

داستان تولد C60 و برادرش بدین صورت است که هافمن (Huffman) و کراشمر (Kraschmer) با تبخیر میله گرافیت در گاز هلیم، تحت فشاری معادل یک هفتم اتمسفر به دوده ای دست یافتند که پس از شناسایی متوجه شدند متشکل از C60 و C70 می باشد.

اما در حقیقت کشف فولرن ها توسط اسمالی (Smalley)، کروتو (Kroto) و کارل (Curl)صورت گرفت که این دانشمندان به همین دلیل جایزه نوبل سال 1996 را از آن خود کردند. در سال 1990، هافمن و کراشمر دوباره C60 را به صورت محلول در بنزن به دست آوردند که این محلول، ارغوانی رنگ بود. آن ها با تبخیر بنزن و سپس تصعید جامد حاصل به کریستال های خالص و سفید رنگ C60 رسیدند.

البته قبل از سنتز این مولکول ها در آزمایشگاه، دانشمندان از وجود چنین مولکول هایی در فضای میان ستارگان خبر داده بودند.

از سال 1990 به بعد، تحقیقات پژوهشی فراوانی در مورد این دسته از مولکول ها آغاز شده و همچنان ادامه دارد. جالب است بدانیم که تنها از سال 1991 تا 1995، 3500 مقاله علمی در مورد فولرن ها منتشر شده است و تنها در سال 1992، 700 کار پژوهشی بر روی فولرن ها انجام گرفته است.

در سال های 1991 تا 1993، 30 آزمایشگاه تحقیقاتی فقط به منظور مطالعه و پژوهش در مورد فولرن ها در دنیا تاسیس شد.

موضوعی که شگفت انگیز به نظر می رسداین است که: کربن جزء اولین عناصری است که بشر آن را شناخته (پس از کشف آتش و سوزاندن چوب بشر به کربن دست یافته است و هنوز آثار نقاشی های بشر اولیه توسط زغال بر روی برخی سنگ ها و دیوار غارها وجود دارد) و به تولید و استفاده از آن مبادرت ورزیده، با توجه به این که عده ای فولرن ها را شکل سوم کربن (اشکال دیگر کربن عبارتند از الماس و گرافیت، البته از آنجا که فولرن ها خود انواع گوناگونی از مولکول ها را شامل می شوند عده ای عبارت شکل سوم کربن را برای آن ها مناسب نمی دانند) نامیده اند این سوال مطرح می شود که چرا دانشمندان از وجود این دسته از مولکول ها بی اطلاع مانده بودند؟ بسیاری از صاحبنظران دلیل این امر را عدم وجود دستگاه های پیشرفته شناسایی و جداسازی مواد ذکر کرده اند.

نامگذاری فولرن ها

نام فولرن از نام یک معمار متبحر امریکایی به نام R.Buckminster Fuller آمده است که مبتکر ایجاد بناهای کروی در معماری بوده است.

آیوپاک نام فولرن را برای دسته ای از مولکول های قفس مانند کروی بسته که فقط از حلقه های پنج و شش تایی کربن ساخته شده و همه اتم های کربن در آن هیبرید sp2 دارند، پذیرفته است.

روشی که آیوپاک برای نامگذاری این ترکیبات در نظر گرفته است عبارت است از: ذکر تعداد اتم های کربن سازنده فولرن در داخل کروشه و سپس بلافاصله ذکر نام فولرن. مثال:

C60=[60] fulleren
C70=[70] fulleren

توجه به این نکته در نامگذاری فولرن ها ضروری است که برخی از آ در اشکال مختلف با گروه های نقطه ای متفاوت وجود دارند. در این صورت ذکر گروه نقطه ای فولرن مورد نظر در داخل کروشه ضروری است. مثال:

C78=[78- D3] fulleren
یا 
[78-C2V] fulleren

همچنین آیوپاک اصطلاح incar (نماد I ) را برای فولرن هایی که در داخل محفظه خود عنصر یا مولکول دیگری را جای داده اند، پیشنهاد کرده است.

نانو لوله های کربنی از رول شدن صفحات گرافیتی حاوی آرایه های شش ضلعی کربنی به صورت لوله ایجاد می شوند دارای خواص و روش تولید مشابه با باکی بال ها هستند. اولین روش تولید آن بدین صورت بود که: 150 آمپر از یک میله کربنی عبور داده و دوده با بنزن استخراج می شود که محلول ارغوانی حاصل حاوی C60 است. فولرینها (باکی بالها) از نظر فیزیکی مولکولهای بیش از حد قوی هستند.

و قادرند فشارهای بسیار زیاد را تحمل کنند. پس از تحمل3000 اتمسفر فشار به شکل اولیه خود منبسط می شوند نیروهای آن به جای پیوند شیمیایی با نیروهای بسیار ضعیف واندروالس بهم می چسبند که مشابه نیروهای نگهدارنده لایه های گرافیت است این مسئله موجب میشود باکی بالها دارای قابلیت روان کنندگی شوند.

وارد کردن مقادیر اندک از آنها در یک ماتریس پلیمری استحکام را بالا و دانستیه آن را پایین می آورد. اگر برخی از اتمهای کربن باکی بال را با نیتروزن جایگزینی کرده موجب پیوند آنها با هم به صورت ماده ای سخت اما الاستیک شدند. تحمل بالای سیستمهای زیستی به کربن باعث قابلیت بالای باکی بالها در مصارف پزشکی شود هر چه در باکی بال قرار داده شود بخوبی در برابر بدن محافظت میشود نکته خیلی مهم این است که باکی بالها به اندازه کافی کوچک هستند که از کلیه بدن عبور کرده و دفع می شوند. از دیگر ویژگی باکی بالها توانایی آنها برای درمان عفونتHIV  (HIV پرونتاژ هدف داروهای موجود ایدز است.)

قیمت کنونی فولرینها حدود20 دلار برگرم است که این قیمت برای مصارف پزشکی مناسب ولی برای مواد کامپوزیت مناسب نیست. شرکت میتسوبیشی در2004 تولید سالانه به مقدار1500 تن رسانده است.

توانایی دیگر وارد نمودن عناصر رادیواکتیو به درون باکی بالها جهت رسانش مواد به سلولهای سرطانی بدن میباشد اگر بتوان اتمهای فلزات مغناطیسی به درون باکی بالها فرستاد میتوان در تصویر برداری تشدید مغناطیسی برای دیدن درون بدن استفاده کرد.


خواص و كاربرد فولرن ها:

1- استحكام مكانيكي به عنوان تقويت كننده در نانو كامپوزيت ها:

فولرن ها از نظر مكانيكي ملكولهاي بيش از حد قوي مي باشند و تحمل فشارهاي بسيار زيادي دارند به طوري كه پس از تحمل فشار در حدود 3000 اتمسفر به شكل اوليه خود بر مي گردند، كه از اين خاصيت آنها در توليد نانوكامپوزيت ها استفاده مي شود.

2- خاصيت روان سازي بالا، روان كاري در مقياس نانومتري:

ملكولهاي فولرن به وسيله پيوندهاي ضعيفي كه ناشي از نيروهاي واندروالسي بين آنها مي باشند به هم مي چسبند. به همين خاطر امروزه براي روان كاري در مقياس نانومتري از آنها استفاده مي شود.

3- حساس در برابر نور، كاربردهاي فوتونيك:

فولرنها در برابر نور بسيار حساس مي باشند و با تغيير طول موج نور خواص التريكي اين مواد به شدت تغيير مي كند و كاربردهاي زيادي در فوتونيك دارند.

4- ساختار تو خالي، مكاني براي قرارگيري عناصر:

مي توان درون ملكولهاي تو خا لي فولرن ها را توسط عناصر ديگر پر كرد. مثلا با قراردادن برخي عناصر فلزي درون فولرن هاخواص الكتريكي آنها را بهبود مي بخشند كه امروزه در توليد دستگاههاي تصوير برداري تشديد مغناطيسي MRI از آنها استفاده مي شود.

5- خواص زيست سازگاري دارو رساني:

  درون فولرن ها مي توان برخي آنزيم ها و يا داروها و هورمونهاي مورد نياز بدن را قرار داد، به اين ترتيب در نانو پزشكي از اين مواد استفاده مي كنند بطوريكه يكي از جديدترين كاربرد فولرن ها براي مبارزه با ويروس ايدز مي باشد كه آنزيم ضد اين ويروس درون فولرن ها قرار داده شده و وارد بدن مي شود كه خود فولرن نيز در اين مبارزه به آنزيم هاي ديگر كمك مي كند و نتايج اميدوار كننده اي در اين زمينه بدست آمده است.

فولرین ها خواص منحصر به فردی دارند .استحکام کششی یک نانو لوله فولرین 20 برابر فولاد پر، استحکام و چگالی ان نصف الومینیوم است .از زمان کشف فولرین ها دانشمندان کاربردهایی را برای این مولکول درنظر گرفته اند ،که می توان استفاده از انها در کامپیوتر و حسگر ها و استفاده از فضای خالی داخل فولرن برای قرار گرفتن ذره دیگر را نام برد.

بیشتر دارو سازان به دنبال استفاده از انها در دارو برای کنترل اسیب های عصبی بیماری الزایمر هستند .همچنین استفاده از فولرن ها در دارو های تصلب شرایین و استفاده از انها جهت درمان بیماری های رگ بررسی شده .

محققان بر این باوراند که می توان از فولرین ها به عنوان اسفنجی استفاده کرد که می تواند گروه های شیمیایی  خطر ناک را شناسایی و از بافت های اسیب دیده مغز جدا کند.چنین اسفنجی می تواند جلوی عبور مواد شیمیایی خطر ناک را که قادر اند سلول های عصبی را خراب کنند بگیرد.فولرن ها چند لایه شامل چندین فولرن اند که داخل یک دیگر قرار دارند.به همین دلیل به این ساختار نانو پیاز هم گفته می شود .

به فولرین ها خاصیت روان سازی بالا نیز نسبت داده شده.فولرن های پوست پیازی برای سطوحی که خیلی زبر نیستند مناسب ترند.،این به معنای کار راحت تر خودرو ها و اتلاف حرارت اصطکاکی کمتر و در نهایت مصرف سوخت کمتراست.

مجموعه خواص زیست سازگاری ،توانایی حمل مواد (دارو،فلزات مغناطیسی  برای عکس برداری از بدن )وامکان اتصال عوامل شیمیایی به کربن در فولرن ،ساخت انواع دارو های هدفمند ضد سرطان را مشخص می کند .با وارد کردن اتم در داخل فولرن مثل پتاسیم در تصویر و افزودن انواع گروه های سطحی شیمیایی در بیرون  ان دسته ی وسیعی از کاربرد ها مانند سرطان و ایدز برای فولرن ها امکان پذیر است.

استفاده از فولرن ها به عنوان نانو افزودنی های سوخت و روغن باعث کاهش اصطکاک  داخلی موتور خودرو و کاهش ساییدگی ان ،کاهش مصرف بنزین ،افزایش قدرت بازدهی موتور ،تمیزی سیستم سوخت رسانی و کاهش گاز های الاینده خروجی ازموتور می شود .

http://bucky.blogfa.com/

 

[ جمعه بیستم مرداد 1391 ] [ 8:36 ] [ فریده مولایی ]

[ ]



مجله اینترنتی دانستنی ها ، عکس عاشقانه جدید ، اس ام اس های عاشقانه