– В отличие от обычных углей – не горит, хотя содержит много углерода.
– Различие между C
и графитом – значительно. Из графита можно получить алмаз, из алмаза – графит. Но из графита нельзя получить C
и из C
– графит.
– В отличие от стеклоуглерода, который получают при температурах выше 2000
С, в C
полностью отсутствует карбид кремния, т. е. Sh никогда не нагревался до таких температур.
– Основным отличиемC
от всех известных углеродных материалов является наличие в нем глобул – эллипсоидных многослойных образований с порой внутри, в основе которых лежит гексагонально-подобная ячейка углеродных атомов с анизотропией искажений в двух неэквивалентных направлениях.
– Большая часть аллотропных форм углерода не только содержатся в С
, но и определяют его основные свойства.
Рис.9. Аллотропы углерода в структуре шунгитового углерода.
Углерод, имеющий первостепенное значение для Sh, не является ни черным, ни прозрачным, ни мягким, ни твердым, ни проводником, ни изолятором. Все зависит от структуры его молекулярнойорганизации. Аллотропные модификации углерода по своим свойствам наиболее радикально отличаются друг от друга: от мягкого к твёрдому, от непрозрачного к прозрачному, от абразивного к смазочному, от недорогого к дорогому.
Алмаз (электрический изолятор) – трехмерная (пространственная) форма углерода, которая сформирована атомами углерода в состоянииsp
-гибридизации.
Графит (проводник) – двумерная (плоскостная) форма углерода, которая сформирована атомами углерода в состоянии sp
-гибридизации.
Карбин (полупроводник) – линейная форма углерода с sp-гибридизацией атома углерода.
Аморфные (древесный уголь, сажа, нано-пена) и кристаллические (нанотрубки, алмазы, фуллерены, графит, лонсделит) аллотропы углерода:
– Графито-подобные пакеты одинаковые (3 х 3 нм) [20], (1 нм=10
метра).
– Графены (Нобелевская премия по физике за 2010 год) представляют собой однослойные двумерные углеродные структуры, поверхность которых регулярным образом выложены правильными шестиугольниками со стороной 0,142 нм и атомами углерода в вершинах. Графен является одним из структурных элементов С
наряду с непланарнымграфеновым фрагментом в форме чашечки размером 0,4 -0,7 нм [21].
– Нанотрубки – это полые цилиндры, которые образованы свернутыми листами толщиной всего в один атом углерода. SEM микрофотографии нанотрубок наряду с нанобаррелями, наноконусами и др. из модифицированного Sh-III приведена в [22]. Ученые из Rice University’s Center for Biological and Environmental Nanotechnology, CBEN провели большое токсикологическое исследование водорастворимых фуллеренов и углеродных нанотрубок и установили, что водорастворимые углеродные нанотрубки, как и фуллерены, при единичных химических модификациях нетоксичны.
– Низкомолекулярные углерод (С
– С
) и сера (S
– S
) играют особую роль в различных модификациях супрамолекулярной самосборки углеродных структур из водных экстрактов Sh-III (см. Главу 5).
– Фуллерены (Нобелевская премия по химии за 1996). Все молекулы фуллеренов представляют собой замкнутую поверхность, образованную пяти- и шестиугольниками. Пятиугольник, встроенный в графитовую плоскость, индуцирует ее искривление на 30 ? (1 ? = 10
м), поэтому во всех таких структурах имеется 12 пятиугольников, что обеспечивает замкнутую поверхность, и n шестиугольников. Таким образом, все эти молекулы отличаются друг от друга количеством шестиугольников. В фуллерене С
атомы углерода, занимающие вершины шестиугольника, располагаются в одной плоскости. В фуллеренах с большим числом атомов, шестиугольники, образующие поверхность молекулы, искажаются и потому С
является наиболее устойчивой и наиболее распространенной молекулой в природе. Он образует многогранник, состоящий из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников, как в футбольном мяче (Рис.2 d).
Открытием природных фуллеренов в некоторых типах Sh отмечен поворотный момент в области уникальных свойств этой горной породы. Такого неповторимого сочетания практически всех видов углеродных аллотропов нет ни в одной горной породе, кроме Sh-III.
Неисчерпаемость эпохи аллотропов углерода подчеркивает престижный журнал Nature Materials [23]: «25 лет прошло после открытия С
и уникальных свойств и возможностей применения синтетических аллотропов углерода – фуллеренов, нанотрубок и графена – но они в подавляющем большинстве случаев продолжают иллюстрировать выдающееся научно-техническое значение».
В чем причина того, что до сих пор химические и физические свойства элементарных форм углерода продолжают удивлять и химиков, и физиков? Почему, казалось бы, давно известные и хорошо понятные структуры алмаза и графита (на который больше всего и похожи вновь открытые структуры) не проявляют, например, окислительных свойств, как это имеет место в случае фуллеренов и нанотруб? Самый общий ответ кроется в особенностях электронной и атомной структур этих соединений. Если в классических плоских ароматических структурах s- и ? -связи геометрически являются ортогональными, то в фуллеренах и нанотрубах, за счет ненулевой кривизны поверхностей – нет. Эта неортогональность и определяет практически все многообразие и отличие их свойств. Синергетическое или согласованное воздействие всех составляющих Sh-III на организм человека ещё только предстоит исследовать, но исторический опыт показывает, что, если бы даже все человечество поголовно занялось бы изобретательством, оно не смогло бы в конечном итоге создать ничего более совершенного и притом простого, чем рождаемое Природой. То, что создано Природой нуждается не в улучшении, а в бережном сохранении того, что уже имеем. С этой точки зрения Sh-III считаетсянеисчерпаемым источником дальнейших исследований и даже в простейшем случае использования только воды при экстрагировании, Sh-III преподносит неожиданные сюрпризы.
3.4. Сюрпризы шунгита Sh-III
Неожиданные СЮРПРИЗЫ Sh-III стали ключевым фактором решения проблем самоорганизации углеродных фуллерено-подобных квази-кристаллических частиц. Эти проблемы были связаны с тем, что появление и стабильное присутствием Наноматриц оставалось непредсказуемым. Дело в том, что появление Наноматриц отсутствует, если водный экстракт Sh-III, содержащий относительно высокую концентрацию солей кальция, а также сольватированную и/или/адсорбированную серу, кластеры углерода или сероуглерода на фуллеренах, содержит соединения, препятствующие агрегации фуллеренов. Их можно избежать, используя Нанопорошок из специально очищенной и обогащенной породы Sh-III с определенным содержанием углеродной смеси высокой реакционной способности, с определенным соотношением Ca/S, с определенным содержанием углерода, определенной структурой несущей углеродной матрицы и с созданием специальных условий для осуществления самосборки Наноматрицы. Необычность результатов предопределило проведение контрольных экспериментов на других объектах углеродного состава: аморфном графите, угле с содержанием серы до 1,5% и нефтяном битуме, – которые подтвердили, что устойчивое образование Наноматриц происходит только из водной среды экстракта Sh-III. Дальнейшие исследования [4] Sh-III открыли совершенно новые свойства непредсказуемого шунгита, способного создавать ранее неизвестные морфологии упорядоченных углеродных частиц.
Вы ознакомились с фрагментом книги.
Для бесплатного чтения открыта только часть текста.
Приобретайте полный текст книги у нашего партнера:
