اكتشف العلماء الآن شكلاً جديدًا من الكربون، قادرًا على تحمل مستويات الضغط الشديد التي لم تكن معروفة سابقًا إلا في الألماس
يعتبر الكربون العنصر الرابع في توزيعه في الكون وأشكاله متنوعة ومختلفة فمنها الألماس والجرافيت والجرافين. اكتشف العلماء الآن شكلاً جديدًا من الكربون، قادرًا على تحمل مستويات الضغط الشديد التي لم تكن معروفة سابقًا إلا في الألماس. تم نشر هذا الاكتشاف الرائد في المجلة العلمية Physical Review Letters.
بدأ فريق البحث من جامعة ستانفورد، بقيادة الباحثة ويندي إل. ماو، تجاربه على شكل من أشكال الكربون يعرف باسم الكربون الزجاجي، والذي تم تصنيعه لأول مرة في الخمسينيات من القرن الماضي، وتبين أنه يجمع بين الخصائص المرغوبة للزجاج والسيراميك إلى جانب خصائص الجرافيت. ابتكر الباحثون الشكل المبتكر للكربون عن طريق ضغط الكربون الزجاجي عند ضغط أعلى بـ 400 ألف مرة من الضغط الجوي.
كان هذا الشكل الجديد من الكربون قادرًا على تحمل ضغط يزيد بمقدار 1.3 مليون مرة عن الضغط الجوي في اتجاه معين، بينما يقتصر على 600 ألف مرة عن الضغط الجوي العادي في الاتجاهات الأخرى. لم تتمكن أي مادة، باستثناء الماس، من تحمل مثل هذه المستويات من الضغط، وهي حقيقة تشير إلى أن الشكل الجديد للكربون يجب أن يكون في الواقع شديد الصلابة.
ومع ذلك، على عكس الماس والأشكال البلورية الأخرى للكربون، فإن بنية هذه المادة الجديدة ليست منظمة في وحدات ذرية متكررة. إنها مادة غير متبلورة، أي أن بنيتها تفتقر إلى ترتيب البلورات على المدى الطويل. قد يكون لهذا الشكل غير المتبلور والصلب للغاية من الكربون ميزة محتملة مهمة مقارنة بالألماس إذا تبين أن صلابته متساوية في القوة في جميع الاتجاهات (أي مادة متناحية الخواص). في المقابل، صلابة الماس تعتمد بشكل وثيق على اتجاه تشكيل البلورة.
يوضح أحد الباحثين: "تفتح هذه النتائج نافذة على التطبيقات المحتملة، بما في ذلك السندانات القوية بشكل خاص للبحث في البيئات عالية الضغط ويمكن أن تؤدي إلى تطوير عائلات جديدة من المواد المضغوطة والقوية للغاية".
تعليقات 8
صنوبر،
إنها ليست مسألة تفسير. وحتى لو تم تقديم شرح قصير، فيجب أن يكون التفسير صحيحًا.
@الطالب، التخنيون
انظر، من الناحية النظرية، أنت بالطبع على حق في كل كلمة (معرفة الكيمياء - ميزة). لكن هناك مسألتان هنا:
1. نقلت الجملة المهمة في المقال التي أجابت على السؤال المطروح في رد سابق. كان ينبغي عليّ أن أقدم شرحًا موجزًا لبعض المفاهيم التقنية وإلا لكان الأمر بلا معنى. إن مدى رغبتي في التعمق في التفسيرات هنا هو سؤال مفتوح. أنا غير مهتم بتدريس فصل الكيمياء 🙂
2. خلاصة المقال هي أنهم أخذوا مادة غير متبلورة بروابط sp100 بنسبة 2% تقريبًا، وضغطوها، ثم اختبروها ووجدوها تحولت إلى مادة غير متبلورة بروابط sp100 بنسبة 3% تقريبًا، وأصبحت صلبة مثل الماس.
في الرد السابق وضعت رابطا لنسخة المقال. يمكنك تصفحه. إذا كان لديك تفسير مختلف للنتائج عن تفسيري، يرجى كتابته. أحب أن أقرأ.
صنوبر،
بعض ما كتبته غير دقيق وبعضه غير صحيح.
المدار الجزيئي هو وصف ينتمي إلى نظرية المدارات الجزيئية (نظرية MO) والمدارات الهجينة (sp, sp2...) هي أوصاف تنتمي إلى نظرية التهجين (نظرية التهجين). النظرية الأكثر دقة هي MO، في عمليات التهجين لا تزال تستخدم أوصافًا خامًا أو مبسطة، عندما يكون ذلك ممكنًا. ليس صحيحًا بالنسبة لربط قوة الرابطة بالمدار الهجين، فهو ليس ارتباطًا ضروريًا. ومع ذلك، في التجريد، في الروابط بين ذرات الكربون من الممكن القيام بذلك. في هذه الحالة، فإن ذرات الكربون المرتبطة ببعضها البعض في مدارات التهجين sp2 لها رابطة أقوى - وهي ذرات كربون مرتبطة ببعضها البعض في رابطة مزدوجة، مقارنة بمدارات sp3 التي تصف الكربونات المرتبطة برابطة واحدة. على التوالي، تصف المدارات sp كربونات ثلاثية الترابط.
ما يحدث في الجرافيت هو أن ذرات الكربون مرتبطة ببعضها البعض في تكوين أسطح حلقات البنزين، حيث تكون المدارات الهجينة sp2. الاتصال الضعيف الذي تتحدث عنه هو بين طبقات الجرافيت (الجرافين) - طبقات حلقات البنزين - وهي متصلة بواسطة روابط pi-pi عن طريق تداخل سحابة pi الكلية لكل طبقة.
الخصائص "القوية" التي اكتسبها الماس جاءت من الترتيب المكاني لذرات الكربون الموجودة فيه (على غرار الأدامانتان)، وليس بالضرورة من قوة الرابطة بين كل ذرة كربون على حدة.
نقطة، أورين:
ليس لدي أي فكرة عما حدث بالفعل، لكن يمكنني أن أفترض أن حقيقة قيامهم بإجراء التجربة تشير على الإطلاق إلى أنهم توقعوا نتائجها.
يبدو لي أنه في هذه الحالة - إجراء تجربة فيزيائية فعلية - أسهل بكثير من إجراء محاكاة لسلوك العديد من الذرات (وفي أي حال - حتى لو تنبأت المحاكاة بالنتيجة - سيكون من المستحيل قبولها كما هو صحيح بدون التجربة).
@ارييل:
تم قبول المقال للنشر ولكن لم يتم نشره نهائيًا بعد (ما يسمى باللغة الصحفية)، ولكنني وجدت نسخة pdf على:
http://slac.stanford.edu/pubs/slacpubs/14500/slac-pub-14641.pdf
العبارة الرئيسية التي تبحث عنها هي: (اقتباس)
قمنا هنا بضغط الكربون الزجاجي عند درجة الحرارة المحيطة وقمنا بتحويل رابطة sp2 بالكامل إلى sp3 مع الحفاظ على بنيته غير المتبلورة
حيث sp2 هو المدار الجزيئي الذي يظهر على سبيل المثال في روابط الجرافيت الضعيفة نسبيا و sp3 هو المدار الجزيئي الذي يظهر في الروابط القوية كما هو الحال في الماس.
وبكلمات أبسط: من خلال الضغط، تمكنوا من تغيير الروابط الجزيئية الضعيفة (مثل الجرافيت) في المادة الأصلية إلى روابط قوية مثل الماس، لكن البنية ظلت غير متبلورة.
@نقطة:
أنت متفائل بشكل ساحر 😉
ارييل،
يُزعم أن المادة لا تحتوي على بنية ذرية محددة - غير متبلورة.
من المؤسف أنه لا يوجد رابط للمقال. الخبر ليس عن المقال بل عن "البحث".
وفي الخبر الأصلي كم هو غريب أنه قيل أن الدراسة ستنشر لاحقاً.
اوه حسناً.
لكن كيف لم يعرفوا عن مثل هذه المواد حتى الآن؟ المحاكاة لم تظهر مثل هذا الاحتمال؟
رائع! بالمناسبة، أنا أعرف وأعلم مفهوم "الشكل" باعتباره "متآصلًا". هل التركيب الذري للمتآصل الجديد معروف ولماذا هو صعب للغاية؟