Náttúrufræðingurinn - 1995, Qupperneq 5

Knattkol
MÁR BJÖRGVlNSSON
Leiðir œvintýraleg uppgötvun
knattlaga kolefnissameinda til
nýrra efnahvata, hálfleiðara
------- eða „háhita" ofurleiðara?
Verður hœgt að kœfa HlV-veiruna með
knattkolum? Getum við pakkað frum-
efnum lotukerfisins inn í knattkol?
Verða knattkolspípur mikilvægar fyrir
nanótækni framtíðarinnar? Eru knatt-
kolslaukar stöðugasta form kolefnis?
■ FJÖLGERVINGAR
KOLEFNIS
Ein grunnkenning efnafræðinnar segir að
eiginleikar og efnafræðileg hegðan efnis
ráðist af innbyrðis afstöðu og tengingu
atóma í sameindir, risalangar keðjur, fleti
eða grindur. Eitl fallegasta dæmið um
þetta eru tveir fjölgervingar (allotropes)
kolefnis (C), grafít og demantur, en í
þessum tveimur ólíku efnum er sérhvert
kolefnisatóm tengt við nærliggjandi atóm
með fjórum tengjum en á mismunandi hátt.
1 demanti er sérhvert kolefnisatóm tengt
Ijórum atómum á hornunr fjórflötungs
(tetrahedron) með einföldum samgildum
Már Björgvinsson (f. 1960) lauk B.S.-prófi í
efnatrœði frá Háskóla íslands 1983. Hann stundaði
síðan nám í ólífrænni efnafræði við McMaster Uni-
versity í Kanada og lauk doktorsprófi 1989. Már
starfaði við efnasmíði í Göttingen í Þýskalandi til
1991 og hefur síðan starfað sem sérfræðingur við
Raunvísindastofnun Háskólans.
(.covalent) C-C-tengjum. Fjórflötungarnir
tengjast svo saman og mynda kristalgrind
demants (1. mynd a). Hin stífa kristalgrind
demants gerir hann harðasta efni sem
þekkt er.
Kolefnisatómin í grafíti eru tengd saman
með sterkum samgildum tengjum í sex-
strenda fleti (1. mynd b), líkt og vaxkaka
býflugnabús. Sérhvert kolefnisatóm er
tengt þremur nágrönnum sínum, tveimur
með einföldum C-C-tengjum og einu
C=C-tvítengi. Tvítengin voka (resonate)
þó á milli atómanna þannig að fjarlægðin
milli samtengdra atóma er alltaf sú sama
(1. mynd c). Góð rafleiðni grafíts ræðst af
því að C=C-tengin í fletinum eru aðgreind
með C-C-tengjum og því samstæð (con-
jugated). Rafeindir færast þá auðveldlega
um flötinn lfkt og tvítengin voka á milli
atómanna. Fletirnir í grafíti raðast síðan
hverjir ofan á aðra og er þeim haldið
saman með mun veikari viðloðunarkröft-
um, van der Waals kröftum. Fletirnir geta
þá auðveldlega runnið til, líkt og spil í
spilastokki, og er grafít ágætis smurnings-
efni, til dæmis í læsingar.
Gamall draumur gullgerðarmanna var
að breyta ódýrum málmi eins og blýi í
eðalmálminn gull. Þessi draumur í nútíma-
búningi er ummyndun svarts verðlítils
grafíts í gimsteininn deinant, draumur sem
rættist árið 1955. Nokkrir myndlausir fjöl-
gervingar kolefnis svo sein sindurkol
(koks, coke), viðarkol (teiknikol, char-
coal) og kinrok (carbon black) eru mikið
notuð efni. Þessi efni hafa að meginhluta
Nátlúrufræðingurinn 65 (3-4), bls. 115-125, 1996.
115