شیمی در نگاه جهان

فهرست مطالب
عنوان صفحه
۱- کروم چیست؟ ۳
۲- عنصر هیدروژن و ترکیبات آن ۱۲
۳- کف چیست؟ ۱۷
۴- دانستنی هایی درباره ی شیمی ۲۷
۵- اورانیم در گذر زمان ۳۹
۶- کاربرد شیمی ۴۵
۷- دستاوردهای علمی مرتبط با شیمی ۵۱
۸- منابع ۵۳

کروم
کروم فلزی از عنصرهای گروه ششم جدول تناوبی است که در طبیعت ظرفیت های گوناگونی را، از ۲- تا ۶+ از خود به نمایش می گذارد. ورود این عنصر به بدن از راه های مختلفی امکان پذیر است چنان که، در افراد معمولی، دستگاه گوارش و در کارگران صنایع، دستگاه تنفس عمده ترین این راه ها به شمار می آید. در میان انواع ترکیب های کروم، ترکیب های سه و شش ظرفیتی آن

بیش ترین اهمیت را دارند. کروم سه ظرفیتی ماده ای مغذی برای بدن است در حالی که، کروم شش ظرفیتی عامل بسیار زیان آور برای سلامتی انسان به شمار می رود. از آن جا که هطرهای ناشی از رو به رو شدن با مقادیر بالایی از ترکیب های کروم سه و شش ظرفیتی امری جدی است به کارگیری تدابیر کنترلی در این زمینه، ضروری به نظر می رسد.

خواص کروم
کروم فلزی خاکستری ، بی بو م بی مزه، سخت و براق است که در برابر اکسایش، حتی در دماهای بالا پایداری زیادی از خود نشان می دهد. نام این عنصر از کلمه ی یونانی Choroma ، به معنی رنگ گرفته شده است، چرا که بیش تر نمک های آن رنگی هستند.

این عنصر که از عنصرهای انتقالی گروه ششم جدول تناوبی است تبخیر نمی شود اما می تواند به صورت ذرات ریز در هوا معلق باشد. این ماده در طبیعت قابل تجزیه و تخریب نیست و به طور طبیعی در صخره ها ، بدن گیاهان و جانوران، خاک، و گازها و ذرات منتشر شده از آتشفشان ها یافت می شود.

کروم در طبیعت به شکل های گوناگونی وجود دارد که از آن جمله می توان به کروم فلزی (کروم با ظرفیت صفر)، کروم دو، سه، چهار، و کروم شش ظرفیتی اشاره کرد. البته در این میان، کروم فلزی و کروم سه و شش ظرفیتی اشاره کرد. البته در این میان، کروم فلزی کروم سه و شش ظرفیتی از اهمیت بیش تری برخوردارند.

کروم فلزی حاصل فعالیت های انسانی و فرایندهای صنعتی بوده، در صنایعی مانند تولید فولاد یا دیگر آلیاژهای حاوی کروم، صنایع چرم و نساجی مورد استفاده قرار می گیرد. مقدار کروم موجود در فولاد و دیگر آلیاژها ، بین ۱۱ تا ۳۰ درص متغیر است.

ترکیب های کروم (III) به طور طبیعی و به صورت سنگ معدن کرومیت
(FeO-Cr2O3) یافت می شوند که در خالص ترین انواع آن، کروم اکسید، دارای خلوصی به میزان ۵۵ درصد است. این نوع از کروم، یکی از اجزای اصلی مواد غذایی انسان نیز به شمار می رود و آن گونه که در کتاب ها و مقاله ها آمده است در هضم گلوکز (قندها)، چربی ها و پروتئین ها نقش مهمی دارد. مقدار مورد نیاز این ماده برای بزرگسالان حدود ۵۰ تا ۲۰۰ میکروگرم در روز برآورد شده است.

کروم (VI) از دیگر انواع مهم کروم است که به طور طبیعی در محیط وجود ندارد بلکه وجود آن وابسته به فعالیت های صنعتی است. از این نوع کروم در فعالیت های مختلفی مانند آبکاری و آندی کردن، رنگرزی و دباغی چرم یا در مواد نگهدارنده و محافظ چوب، کاتالیزگرهای تولید مواد شیمیایی، تولید رنگدانه و … استفاده می شود.

کروم چگونه وارد بدن می شود؟
کروم از راه های مختلفی از جمله دستگاه گوارش، دستگاه تنفس و تماس پوستی می تواند وارد بدن شود.

ورود کروم از راه دستگاه گوارش عمده ترین راه ورود آن در افراد معمولی است، چنان که، در نتیجه ی خوردن غذاهای آلوده، آشامیدن آب های آلوده مانند آب اه های حاوی مقادیر اندکی از کروم، تماس با خاک های آلوده یا استعمال دخانیات با دست های آلوده در محیط های کار، وارد بدن می شود.

بر اساس گزارش های ارایه شده از سوی سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا (EPA) ، ورود کروم از راه دستگاه گوارش برای غذا و آب آشامیدنی به ترتیب حدود ۶۰ و ۲۰ میکروگرم در روز است. البته این مقدار به معنی جذب کروم در بدن نبوده، مقدار جذب شده از این راه، حدود ۵ درصد مقدار ورودی به بدن یا کم تر از آن خواهد بود.

بر اساس پژوهش های به عمل آمده، جذب کروم از راه دستگاه گوارش به عوامل مختلفی وابسته است. برخی از این عوامل عبارتند از :
ظرفیت کروم : ترکیب های (VI) کروم بسیار آسان تر از کروم (III) جذب بدن می شوند.
حلالیت در آب : روی هم رفته نمک های کروم (VI) در آب محلول تر از کروم (III) هستند.

شکل شیمیایی : ترکیب های آلی کروم بسیار بهتر از ترکیب های معدنی آب جذب بدن می شوند.
زمان باقی ماندن در دستگاه گوارش : افزایش زمان باقی ماندن ترکیب ها در دستگاه گوارش،

با جذب بیش تر کروم همراه است. کروم از راه تماس پوستی با محلول ها یا مواد حاوی آن نیز ممکن است وارد بدن شود. البته ورود کروم در صورت وجود زخم یا جراحت در پوست به مراتب بیش تر از حالتی است که تماس آن با پوست سالم صورت می گردو
جذب کروم از راه دستگاه تنفس از عمده ترین راه های ورود این ماده در محیط های کار به شمار می رود.

بر اساس گزارش EPA ، مقدار کروم از راه دستگاه تنفس حدود ۲/۰ تا ۴/۰ میکروگرم در روز برآورد شده است.

خطرهای بهداشتی کروم
خطرهای بهداشتی کروم تا حدود زیادی به ظرفیت آن وابتسه است. شکل فلزی کروم دارای خطرهای اندکی است تا جایی که برخی از منابع، آن را بی خطر معرفی کرده اند. کروم (III) همان گونه که پیش از این هم اشاره شد، در مقادیر اندک، ماده ای مغذی به شمار آمده، جذب آن در بدن مورد نیاز است. اما کروم شش ظرفیتی اکسید کننده ای قوی است که ورود و جذب آن در بدن با خطرهای متعددی همراه است.

گذشته از بررسی های انجام شده بر روی جانوران آزمایشگاهی، اثر کروم (VI) روی انسان را می توان به این شرح خلاصه کرد:
اثرهای سمی : تماس پوستی با گروهی از ترکیب های کروم موجب زخم در پوست می شود. البته واکنش های خورنده روی تیغه ی بینی، و حالت های تحریکی و اگزمایی روی پوست، از دیگر عوارضی هستند که در افرادی که در معرض کروم شش ظرفیتی بوده اند، گزارش شده است.

بررسی وضع کارگرانی که به صورت شغلی در معرض استنشاق بوده اند نشان داده است که استنشاق کروم شش ظرفیتی افزون بر تحریک دستگاه تنفس، موجب تحریک راه های هوایی ریه و انسداد آن ها می شود. این عامل در صورت استنشاق طولانی مدت، احتقان ریوی (پرخونی غیرعادی)، حساس شدن ریه ها و در نتیجه، ظهور علایم آسمی و گروهی از دیگر اختلال های ریوی را در پی خواهد داشت.

از دیگر عوارض رویارویی با کروم شش ظرفیتی، اختلال های کبدی و کلیوی است. بررسینشان داده است کارگرانی که با مقادیر اندکی از کروم تماس داشته اند در نتیجه ی تماس طولانی مدت، دچار اختلال هایی در کلیه ها، بویژه از نوع آسیب های توبولی و اختلال هایی در کلیه ها، بویژه از نوع آسیب های توبولی و اختلال های خفیف تا متوسطی در کبد خود شده اند.

ابتلا به اختلال های سیستم ایمنی در بدن، نیز به خاطر رویارویی با ترکیب های کروم شش ظرفیتی گزارش شده است.
ورود ترکیب های کروم از راه گوارش، بویژه خوردن مقادیر زیادی از ترکیبهای کروم شش ظرفیتی (رویارویی شدید با این ماده) می تواند موجب زخم معده شده، در ادامه تشنج، آسیب به کبد و کلیه ها و حتی مرگ را در پی داشته باشد.

اثر سرطان زایی و جهش زایی: کروم شش ظرفیتی یکی از عوامل زیان آور در بسیاری از محیط های کار است که رویارویی با آن از سوی سازمان های معتبری مانند سازمان بهداشت جهانی (WHO)، آژانس بین المللی تحقیقات سرطان (IARC) و EPA عاملی سرطان زا شناخته شده است. ابتلا به سرطان در کارگران در معرض کرومات، از ۱۰۰ سال پیش به ثبت رسیده است و امروزه بسیاری از ترکیب های کروم، عاملی برای سرطان ریه شناخته می شوند.

شواهدی در دست است که کروم شش ظرفیتی دارای خاصیت جهش زایی بوده، رویارویی با ترکیب های آن شیوع برخی از اختلال های کروموزومی در کارگران را در پی داشته است. البته یافته های آزمایشگاهی مربوط به تحقیق روی جانوران، پیش از این قابلیت جهش زایی ترکیب های کروم در جانوران را نشان داده است.

نکته ی بسیار پر اهمیت در زمینه ی اختلال های ناشی از رویارویی با ترکیب های کروم، وابستگی این اختلال ها به بسیاری از عوامل فردی است. عواملی مانند وضعیت بهداشتی و سلامتی، ویژگی های ارثی، سابقه ی رویارویی با ترکیب های شیمیایی حاوی کروم یا برخی از داروها، و عادت های فردی مانند استعمال دخانیات یا مصرف مشروبات الکلی بر شدت و کیفیت عوارض ناشی از رویارویی با کروم اثر می گذارند.

کنترل خطر
رویارویی با کروم و ترکیب های آن برای افراد جامعه و افراد شاغل در محیط های کار ، دارای تفاوت های بسیاری با یک دیگر است. منابع رویارویی، نوع ترکیب ها، راه ورود و شدت رویارویی، نمونه هایی از تفاوت های یاد شده به شمار می آیند.

بنابراین روش های کنترلی متفاوتی نیز باید به کار رود. خلاصه ای از این اقدام ها به این شرح است:
کنترل رویارویی در افراد معمولی
خانواده ها باید از بازی کودکان بر روی خاک محیط های آلوده، بویژه در اطراف مناطقی که کروم به صورت کنترل نشده و غیربهداشتی دفع می شود، جلوگیری نمایند.

در صورت تماس پوستی با خاک های آلوده، پاکسازی سطح آلوده و شست و شوی پوست موجب کاهش چشم گیر میزان رویارویی خواهد شد. به نظر می رسد که اثرهای منفی کروم روی کودکان، مشابه بزرگسالان باشد.

اگر چه کروم (III) یکی از مواد مغذی به شمار آمده، مقادیر اندکی از آن پیوسته مورد نیاز بدن است، اما از استفاده بیش از اندازه ی موادی که حاوی این ماده هستند (مانند سبزیجات تازه، انواع گوشت شامل گوشت قرمز و مرغ و ماهی، حبوبات) باید پرهیز کرد.

از نگهداری مواد غذایی درون ظرف های استیل یا قوطی های فلزی باید خودداری کرد چرا که این امر، موجب افزایش مقدار کروم در آن ها خواهد شد.

کنترل رویارویی در کارگران
از دیدگاه شغلی، که یکی از پرخطرترین اشکال رویارویی با کروم، بویژه کروم شش ظرفیتی است، رعایت و به کارگیری این تدابیر توصیه شده است:
کارگرانی که با خطر بالایی از استنشاق یا تماس پوستی با ترکیب های کروم رو به رو هستند، باید پیوسته مورد مراقبت منظم پزشکی قرار گیرند.
از استنشاق گرد و غبار و ذرات ریز جامد و مایع حاوی کروم باید پرهیز کرد.

به منظور آلودگی در محیط کار، باید از سامانه های تهویه ی مکنده ی موضعی استفاده کرد. البته استفاده از تهویه ی عمومی نیز به عنوان یک اقدام مکمل ، سودمند خواهد بود. هر گونه نقص در سامانه ی تهویه باید هرچه سریع تر برطرف شود.

از تماس پوستی با ترکیب های حاوی کروم باید خودداری کرد. در صورت تماس ناگهانی و تصادفی پوست با چشم، محل آلوده باید بی درنگ با آب تمیز و فراوان شسته شود.

در موارد لزوم، استفاده از لباس های حفاظتی و وسایل حفاظت از دستگاه تنفس توصیه می شود.
امکانات لازم جهت شست و شو و نظافت در کارگاه های آلوده، متناسب با شرایط کارگاه باید تأمین شود.

در محیط های آلوده باید از خوردن، آشامیدن، یا استعمال دخانیات پرهیز کرد.

هیدروژن
هیدروژن به عنوان یک عنصر توسط کاوندیش در سال ۱۷۶۶ میلادی شناخته شد و لاوازیه نام هیدروژن را بعنوان مولد آب، برای آن برگزید. این عنصر در جدول تناوبی، جایگاه خاصی ندارد. بر اساس الکترونهای لایه ظرفیت و تشکیل یون H+ این عنصر در گروه IA ،

قرار می گیرید. اگر بر اساس امکان دستیابی به آرایش گاز نادر هلیم و دریافت الکترون و تشکیل یون H- (هیدرید) توجیه کنیم، باید آن را در گروه VIIA قرار دهیم. با توجه به اینکه ساختار الکترونی این عنصر ساده است نباید اشتباه کرد که خواص شیمیایی آن نیز ساده خواهد بود.

الف – فراوانی در طبیعت :
هیدروژن در جو فوقانی کره زمین و همچین در گازهای آتشفشان، وجود دارد. ترکیبات هیدروژن در طبیعت بسیار فراوان است. این عنصر دارای سه ایزوتوپ ( ) است.

ایزوتوپهای پایدار ولی ،ناپایدار بوده و نیمه عمر ۶۲/۱۲ سال دارد.
مولکول هیدروژن به دو شکل اورتو و پارا وجود دارد، این دو اختلافشان در چرخش اسپین های هسته است که نوع اورتو، چرخش همسو و نوع پاراچرخش غیر همسو دارد. توسط روش کروماتوگرافی گازی می توان این دو نوع را از هم جدا کرد. در دمای پایین تر نوع پارا بیشتر تشکیل می شود.

طرز تهیه : این گاز از اثر اسید سولفوریک به فلز روی و یا از اثر فلزات قلیایی بر آب به دست می آید. در صنعت این گاز را توسط واکنشهای زیر به دست می آورند:

ثابت فیزیکی و ترمودینامیکی هیدروژن
خواص H2 D2 T2
دمای ذوب (K ) 95/13 73/18 69/20
دمای جوش (K) 39/20 67/23 04/25
گرمای تبخیر مولی (KJ/mol ) 904/0 2226/1 383/1

دمای بحرانی (K) 19/23 35/38 6/40
گرمای مولی تفکیک (KJ/mol ) 88/435 35/443 9/446
فاصله بین هسته ای(Pm) 14/74 14/74 14/74
آنتروپی در C 25(KJ/mol ) 5/130 – –
انرژی الکترونخواهی (KJ/mol) 756/0- – –

الکترونگاتیوی (پائولینگ) ۱/۲ ۱۱/۳ ۱۱/۲

خواص اکسندگی هیدروژن
اکسندگی هیدروژن کمتر از هالوژنها است و فقط می تواند فلزهای فعال را اکسید کند.

این هیدریدرها کریستالهای سفید رنگی هستند که در دمای بالا ذوب می شوند و هادی الکتریسیته هستند.

هنگام الکترولیز هیدریدها در آند گاز هیدروژن و در کاتد فلز آزاد می شود. ساختار بلوری اغلب هیدرید فلزهای قلیایی، شبیه ساختار NaCl بوده و در آب خواص بازی شدیدی دارند. هیدریدهای عناصری که الکترونگاتیوی کمتر از هیدروژن دارند مانند SiH4 و BH3 ، از نظر شیمیایی دارای خواص اسیدی هستند. از هیدرولیز آنها در آب اسید اکسیژندار و گاز هیدروژن آزاد می شود.

خواص کاهندگی هیدروژن

هرگاه هیدروژن با عنصر الکترونگاتیوتر از خود ترکیب شود عدد اکسایش آن ۱+ است. این مواد ممکن است گازی شکل مانند ( ) و یا مایع مانند ( ) و یا جامد باشند مانند (قند ، ) . هیدروژن با سه عنصر واسطه ابتدای هر دوره از جدول ، هیدریدهای پایداری ایجاد می کند؛ ولی با بقیه عناصر واسطه ترکیبات غیر استوکیومتری ایجاد کرده که در اثر گرما تجزیه می شوند.

مثلاً پلاتین، نیکل، پالادیم، هیدریدهای بین شکافی تشکیل می دهند که غیر استوکیومتری هستند. پالادیم می تواند در حدود ۹۰۰ برابر حجم خود هیدروژن جذب کند.

پیوند هیدروژنی و هیدریدها :
وجود اتمهای هیدروژن در بعضی از ترکیبات خواص ویژه ای ایجاد می کند به عنوان مثال در آب باعث می شود که آب حلال بسیار خوبی برای بسیاری از مواد مانند گاز آمونیاک، الکل معمولی، قند و غیره باشد.

انبساط غیر عادی آب، گرمای تبخیر بالا، ظرفیت گرمایی بالا و دمای جوش بالا را با پیوندهای هیدروژنی می توان توجیه کرد. هرگاه این پیوند بین گروهها در یک مولکول ایجاد شود دمای جوش آنها کاهش می دهد مانند ارتونیتروفنل.

هیدریدها از نظر نوع سه دسته یونی، بسپاری و کووالانسی می باشند که در جدول زیر آمده است :
هیدریدهای یونی، بسپاری و کووالانسی
۱۷ ۱۶ ۱۵ ۱۴ ۱۳ ۲ ۱
HF
HCL
HBr
HI H2O

H2S
H2Se
H2Te NH3
PH3
AsH3
SbH3
BiH3 CH4
SiH4
GaH3
SnH4
PbH4 BH3

ALH3
GaH3 BeH2
MgH2
CaH2
SrH2
BaH2 LiH
NaH
KH
RbH
CsH

کف چیست؟
چه واکنشهایی منجر به تولید کف می شوند؟ و کف چه کاربردی دارد؟
کف یک نوع سیستم کلوییدی است که از نفوذ یک گاز در مایع یا جامد حاصل می شود. کف می تواند به صورت شیمیایی یا فیزیکی تولید شود و می تواند به صورت شیمیایی یا فیزیکی تولید شود و می تواند به دو حالت مایع یا جامد باشد.

الف – کف مایع : حاصل نفوذ گازهای CO2 و O2 در یک مایع می باشد. و زمانی ایجاد می شود گازهای CO2 یا O2 ایجاد شده در یک واکنش، توسط مولکولهای موجود در مایع ظرفشویی، پودر لباسشویی و آلبومین تخم مرغ و … اصطلاحاً به دام انداخته شوند.

در نتیجه کلوییدی تشکیل می گردد که حالت پف کرده دارد، چون مولکولهای گاز نمی توانند از آن خارج شوند. شرایط لازم برای تولید کف شیمیایی این است که پایدار باشد، بزودی از بین نرود و حالت فیزیکی خود را حفظ نماید یعنی اگر ظرف محتوی کف را واژگون کنید بیرون نریزد. بعنوان مثال کرم قنادی و خمیر اصلاح صورت، نوعی کف است.

ب- کف جامد : حاصل نفوذ گاز در یک جامد است و بسیار پایدار است و شکل فیزیکی خود را حفظ می کند مثل سنگ پا.

ج- کف مکانیکی یا فیزیکی
این نوع کف در واقع حاوی هوا نفوذ کرده در مایع می باشد که بسیار ناپایدار است و به محض اینکه حبابهای هوا از آن خارج شوند، مایع به شکل اصلی خود برمی گردد. نمونه آن زمانی است که آب با فشار زیاد جاری می شود. در این حالت کف مکانیکی ناپایدار و موقت ایجاد می گردد.

در اینجا دو نمونه کف شیمیایی را که در آزمایشگاه می توان به راحتی تولید کرد، ذکر می کنیم:
۱- تجزیه کاتالیزوری پر اکسید هیدروژن در حضور مایع شوینده
روش کار : در یک استوانه مدرج بزرگ که روی یک سینی قرار دارد، حدود ml 50 پراکسید هیدروژن ۳۰% بریزید.یک قاشق مایع ظرفشویی به آن بیافزایید سپس حدود g 2-1 یدید پتاسیم نیز اضافه کنید. کف تولید شده را مشاهده کنید.

KI نقش کاتالیزگر دارد و H2O2 در حضور I- طی دو مرحله تجزیه می شود.

گاز اکسیژن حاصل بوسیله مایع ظرفشویی به دام افتاده و تولید کف می کند. رنگ قهوه ای کف نتیجه حضور ید در واکنش می باشد.

۲- واکنش محلول سولفات آلومینیم با محلول جوش شیرین و آلبومین تخم مرغ
روش کار : ml 100 محلول سولفات آلومینیم حاوی g 25 سولفات آلومینیم را در یک بشر بزرگ یا استوانه مدرج بزرگ بریزید. سپس ml 100 محلول شامل g 25 جوش شیرین (در آب) و g 2 آلبومین تخم مرغ را خوب هم زده و به آن اضافه کنید. گاز CO2 تولید شده توسط سفیده تخم مرغ یا آلبومین به دام افتاده و کف تشکیل می شود.

فولرن ها (مولکول های توپی شکل)
در طبیعت دو نوع آلوتروپ کربن یعنی الماس و گرافیت تا اواسط دهه ۱۹۸۵ میلادی شناخته شده بود. در همین سال یک گروه آمریکایی – انگلیسی به نام کروتو – اسمالی توانستند یک نوع از این مولکولها را که بعدها به باک مینسترفولرن C60 معروف شد را سنتز کنند.

اگر چه سنتز شیمیایی مولکولهای جدید امری عادی است، اما سنتز شکل جدید (آلوتروپ) هر عنصر تقریباً متداول نیست. چون در این مورد ساختار پیشنهادی، کره ای با تقارن زیبا بود، کشف مذکور اهمیت فراوان پیدا کرد.

کروتو و اسمالی، این ترکیب را در واکنشی که گرافیت توسط اشعه لیزر تبخیر شد، به دست آوردند. در این واکنشها، انتهای زنجیرهای کربن دوباره به هم متصل شده و خوشه هایی را ایجاد می کند، که بوسیله طیف سنجی جرمی پی به ماهیت این خوشه ها برده می شود.

مدت زمان درازی کروتو و همکارانش هیچ توصیف منطقی یا ساختار قابل قبولی نتوانستند جهت توجیه وجود چنین مولکولهایی بزرگی از کربن ارائه کنند. تا اینکه روزی در یک از رستورانهای شهر هوستون ایالت تگزاس آمریکا اتفاق جالبی برای کروتو و همکارانش رخ داد. کروتو یکباره به یاد مدلی از اسباب بازی افتاد

که پسرش در خانه ساخته بود و ساختاری قفسی، با صفحات پنج و شش ضلعی داشت. در این مدل، شکل ساختمان شبیه گنبدهای مساحتی یک معمار آمریکایی به نام باک مینستر فولر بود. کروتو نتایج کاری خود را با شکل فوق مقایسه کرد

و نام فولزنها را برای آن برگزید. پس از نامگذاری این مولکول جدید کربن، توسط کروتو و همکارانش، مشاهدات طیف سنجی جرمی و پراش اشعه ایکس نیز وجود چنین مولکولی ، با ساختاری شبیه توپ فوتبال دارای اشکال پنج و شش ضلعی ، را تأیید کرد.

بررسی ساختار فولرنها :
می دانیم که پیوندهای شیمیائی اتم کربن در الماس و گرافیت دو حالت الکترونی ارجح با اربیتالهای هیبریدی SP3 و SP2 دارند، که اربیتالهای هیبریدی SP2 در گرافیت و SP3 در الماس یافت می شوند.

اما مولکولهای فولرن مخلوطی از هیبرید SP2 و SP3 را دارا هستند، آنها تعداد ثابتی پنج ضلعی دارند (دوازده تا) که تعداد متغیری شش ضلعی به آنها متصل شده است. زوایای شش ضلعی ها ۱۲۰ و هیبرید کربن SP2 در حالیکه در پنج ضلعی زوایا ۱۰۸ بوده و هیبرید کربن به SP3 بسیار نزدیک می باشد.

در فولرن C20 که ساده ترین نوع فولرنها میباشند، ساختار آن تماماً از پنج ضلعی ها تشکیل شده است، لذا پیکربندی آن چهار وجهی و شبیه الماس می باشد، اما باید توجه داشت برای پایدار نگهداشتن آن لازم است به هر اتم کربن یک اتم هیدروژ« متصل شود. در مورد C60 که از دوازده پنج ضلعی و ۲۰ شش ضلعی تشکیل یافته، هریک از شصت اتم کربن آن به یک پنج ضلعی و دو شش ضلعی متصل شده است. لذا هیبرید آن SP3 و SP2 است.

مطالعات پرتو ایکس در مورد C60، وجود دو نوع پیوند C-C را نشان داده است. پیوند دوگانة C=C با طول ۳۹/۱ آنگستروم و انرژی پیوندی ۶۱۲ که لبه های شش ضلعی را به هم متصل میکند و پیوندهای یگانه C-C به طول ۴۳/۱ آنگستروم و انرژی پیوندی ۳۴۸ که لبه های شش و پنج ضلعی را به هم متصل می کند.

ترکیب C60 با فلزات قلیائی – ابر رساناها :
همانطور که گفته شد، ساختار بلوری C60 مکعبی وجه مرکزدار می باشد، در این ساختار تعداد حفره های چهاروجهی دو برابر تعداد مکانهای مکعبی وجه مرکزدار است و تعداد حفره های هشت وجهی با تعداد مکانهای وجه مرکزدار برابر است. از این رو پیش بینی می شود

که در ساختار بلوری C60 سه اتم فلزی تک ظرفیتی با فرمول عمومی M3C60 بتواند قرار گیرد. پژوهشها نیز نشان داده است این سری ترکیبات قادرند در دماهای بالا، از خود خصلت ابررسانایی نشان دهند (۳) به طور مثال ترکیبات K3C60 در دمای ۱۷ درجه کلوین، Rb3C60 درجه کلوین و Cs3C60 در ۲۳ درجه کلوین از خود خصلت ابررسانایی نشان می دهند.

خواص ابررسانایی و مغناطیسی فولرنها را نمی توان تنها به وسیله هیبریداسیون توضیح داد، بلکه بایستی تحلیل های نظری مربوط به برهم کنش بسیاری قوی میان الکترونها و هسته را نیز مد نظر قرار داد.

تهیه فولرنها از الیافهای کربنی
محققین ژاپنی توانسته اند از الیافهای کربنی، فولرنها را تهیه کنند. این الیافها در صنعت به دلیل سبکی و مقاومت ویژه ای که دارا هستند، کاربرد فر اوانی پیدا کرده اند. آنها شامل یک بدنه کربنی بی شکل پیچیده در پوسته گرافیت می باشند که باعث مقاومت و انعطاف پذیری الیاف می شوند. (شکل ۴)

تهیه فولریید – مشتق فولرن
پژوهشگران با افزودن یک استخلاف دی فنیل دی آزومتان به C60 مولکول دیگری به نام فولریید را سنتز کرده اند که در PH=7 محلول در آب می باشد. تحقیقات بیشتر نشان داده که این ترکیب جدید قادر است ویروس مولد ایدز (پروتئاز ۱- HIV ) را به طور مؤثری از بین ببرد. شکل (۵)

شکل ۵) یکی از مشتقات فولرن محلول در آب
که آنزیم ویروسی مهمی مانند پروتئاز HIV-1 را به طور مؤثری با غلظت M 5 از بین می برد.
سنتز الماس از فولرن C60
الماس شکلی از کربن است که سنتز آن مشکل است اما به دلیل خصلت سختی زیاد و رسانایی گرمایی بالا، که خواص استثنایی در ترکیبات کربن میباشد، همواره مورد توجه پژوهشگران بوده و آنان همواره به دنبال روش سنتزی ساده ترین در این زمینه بوده اند.

الماس مصنوعی اولین بار در ۱۹۵۵ میلادی توسط شرکت جنرال الکتریک در شرایط فشار حدود ۶۰۰۰۰ اتمسفر و دمای حدود C 1000 تهیه شد.

در روشهای جدیدتر، متان در C 2000 و فشار کم تجزیه شده و تولید لایه های بسیار نازک الماس با ضخامت دهها میکرون می کند. جدیدترین روش ارائه شده در این زمینه،

تهیه الماس از C60 در دمای اتاق می باشد. در این روش مولکولهای ۶۰ C را تحت فشار ناهمگن کمتر از ۱۵۰۰۰۰ اتمسفر قرار می دهند که تولید فازی با ساخت متفاوت می کند، آنگاه برای جداسازی این فاز جدید آنرا در محفظه فشار که شامل سندان های الماس تک بلورین سنباده ای است، قرار می دهند، در این محفظه میان دو سندان الماس را که تقریباً گنجایش ۱۰۰ میکروگرم نمونه دارد، پر از فولرن می کنند. به دلیل عدم وجود محیط منتقل کننده فشار، تغییرات شدیدی روی نمونه ایجاد می شود.

فشرده شدن سریع (۱۰۰۰ اتمسفر در دقیقه) در دمای اطاق موجب فرو ریختن نمونه شده و ایجاد قرص شفاف و درخشان می کند. بررسی نمونه از طریق پراش اشعه ایکس و همچنین میکروسکوپ الکترونی پویش،

حاکی از آن است که نمونه، یک الماس چند بلوری پوشیده شده از کربن بی شکل است. مقدار کربن بی شکل و اندازه و بلورهای الماس به یکنواختی فشار بستگی دارد و اندازة آنها بین ۱۰ تا ۱۰۰۰ آنگستروم متغیر میباشد.

مکانیسم تبدیل فولرن به الماس
در این جا سؤالی مطرح می شود که چرا نمیتوان الماس را از گرافیت به دست آورد؟
برای پاسخ به این سوال باید گفت تهیه الماس در دمای اتاق از گرافیت عملی غیر ممکن است. زیرا که سطوح گرافیت باید به اندازه کافی به هم نزدیک شوند تا چین خوردگی هایی ایجاد کنند، یعنی سطوح مسطح SP2 گرافیت باید به چهار وجهی پشت سر هم SP3 تبدیل شوند

. این امر همواره با عبور از سد انرژی بسیار زیادی همراه است که لازمه آن ابتدا تجزیه گرافیت در یک فلز مذاب در فشار بالا است و آنگاه انجام فرایند رسوبگیری برای به دست آوردن بلورهای الماس است.

با توجه هیبرید مختلط اتمهای کربن در ۶۰ C این کار تا نیمی از مرحله انجام شده و تنها کافی است فشاری در دمای اتاق به آن وارد شود تا مولکولها با هم تماس بیشتری پیدا کنند. یعنی شش ضلعی ها در کنار شش ضلعی های دیگر قرار می گیرند و به احتمال زیاد شبکه ای که عمدتاً SP3 است، ساخته شود.

اما این ساختار متراکم که تنها متشکل از گونه های C60 شبیه به ساختار الماس است، که ناپایدار می باشد. و نیاز به فشارهای بسیار بالایی دارد، تا کاملاً ساختار الماس را پیدا کند، لذا تحت فشار بسیار بالا قرار می گیرد و برحسب شرایط آزمایش مقداری الماس و کربن بی شکل می دهد.

ابر رساناهای گرم
ابر رسانایی حالتی است که در آن یک ماده همه ی مقاومت الکتریکی خود را از دست می دهد و جریان الکتریکی را بدون کاهش انرژی از خود می گذراند. فلزهای معمولی به خاطر برخورداری از الکترون های آزاد می توانند

رسانای خوبی برای جریان الکتریکی باشند. به هر حال، حتی در بهترین رساناها، هم چون نقره و مس نیز بخشی از جریان الکتریکی به طور اتفاقی پراکنده می شود و برخورد میان این جریان ها با یک دیگر، مقاومت ایجاد می کند. به این ترتیب مقداری از انرژی به صورت گرما از دست می رود برای نمونه، مس ۲۰% انرژی را به صورت گرما از دست می دهد.

در یک ابررسانا، جریان های الکتریکی در جفت ستون هایی منظم حرکت می کنند و هیچ برخوردی میان جریان ها روی نمی دهد. در نتیجه، مقاومتی ایجاد نمی شود و خطوطی قوی، جریان الکتریکی را بدون کاهش ماده یا انرژی منتقل می کنند.

در سال ۱۹۱۱ کامرلینگ اونس نشان داد که مقاومت جریان در دمای پایین تر از هلیم مایع، صفر بوده؛ رسانایی کاملی در این دما دارد. وی این پدیده را ابررسانایی نامید. اما ابررسانای تازه، فلزها یا آلیاژهای فلزی بودند که به سرمای حدود صفر کلیوین (F 64 -273C-) نیاز داشتند،

به این ترتیب، دانشمندان برای استفاده از ابررساناها باید دمای آن ها را به کمک هلیم مایع پایین می آوردند. اما هلیم کمیاب بود و به دست آوردن آن هزینه ی گزافی را در برداشت. بنابراین، دانشمندان در پی یافتن ابررساناهایی در دمای بالا بودند.

در سال ۱۹۸۶، دو فیزیک دان به نام های الکس مولر و جورج بدنورز در زوریخ ابررساناهایی را در دمای بی سابقه ی k 35 ، در یک سرامیک اکسید فلزی به دست آوردند و موفق به دریافت جایزه ی نوبل فیزیک این سال شدند.