جزيئات الكربون السحرية

إن فهم الطبيعة على المستوى المطلوب الذرى –وربما دون الذرى أيضا قد أتاح للعلماء القدرة على ابتكار مواد جديدة، لم يكن يراها أحد من قبل فالكربون عنصر هام جدا في الكيمياء وهناك فرع كامل من الكيمياء هو الكيمياء العضوية مخصص لفهم كيفية تصرف سلاسل الكربون في الحالات المختلفة.

كرات قدم مجوفة

ولقد عرف العلماء منذ وقت طويل إن ما يعطى الماس أقوى مادة معروفة على الإطلاق هو الطريقة التي تترتب بها ذرات الكربون معا وفى عام 1985 تم اكتشاف تركيب جديد للكربون فتح فرعا جديدا تماما في الكيمياء ،فذرات الكربون يمكن أن تترتب في جزيئات تشبه كرات قدم مجوفة تسمى كرات باكي Bucky Balls .

ويمكن عمل كرات باكي بحيث تضم 60 ذرة فقط أو قد تكون كبيرة نسبيا وتحتوى على مئات الذرات وهذه الكرات قوية بشكل لا يصدق ويمكن مدها في شكل أنابيب لإنتاج ألياف أو أي أشكال معقدة أخرى ومن الممكن ملئ تلك الأشكال بذرات من عناصر مختلفة لتغيير خصائصها الفيزيائية ،فعلى سبيل المثال ، وجد أنه عند مليء ألياف باكي بذرات الريبيديوم وهو عنصر فلزي فضي اللون يشتعل بعفوية بالهواء ويتفاعل بشدة في الماء ويستعمل في الخلية الضوئية وتصبح موصلات فائقة عند درجات حرارة منخفضة بشكل معقول مما يفتح طريقا محتملا لاستخدامها كأسلاك نانونية فائقة التوصيل للكهرباء أي يمر بها التيار الكهربائي دون أي مقاومة أو فقد للطاقة . وإذا أضفنا ذرات أخرى يمكن جعل ألياف باكي موصلات أو أشباه موصلات أو عوازل.


وجميع ذرات الكربون في كرات باكي، متكافئة من حيث التماثل و تشكل سطحا مغلقا،مكونا من مجموعة من الأضلاع الخماسية والسداسية المنتظمة ،و تصنع كرات باكي عندما تصطدم ذرات كربون ساخنة جدا، وشظايا الغرافيت بعضها بالبعض. وكل ذرة كربون في هذه الهياكل الكروية العجيبة ترتبط كيميائيا بثلاث ذرات كربون أخرى،بحيث تكون كل رابطة حافة في سداسيين، كما تشكل كل رابطتين حافتي خماسي وسداسي، ويطلق على كرة باكي اختصارا (ك_60) أي جزيء الكربون الذي يتكون من ستين ذرة.




واتضح للعلماء أخيرا التركيب الدقيق لجزيء الكربون العملاق الجديد، الذي نتج من التحام ستين ذرة كربون (ك_60) مع بعضها البعض،لتكوين هيكل كروي الشكل ذي 12 مضلعا خماسي و20 وجها سداسي على سطحه.

والطريقة الجديدة لاستخلاص كرات باكي، تتلخص في استخدام قوس كهربائي لتسخين قضيب كربوني رقيق إلى درجة حرارة عالية في جو من الهيليوم تحت ضغط منخفض، مما يؤدي إلى تكوين مسحوق ناعم يطلق عليه "سناج"soot من الكربون النقي يمكن منه استخراج جزيئات ك-60 . ومن أهم مزايا كرات باكي، أنها مستقرة تماما ومقاومة للنشاط الإشعاعي والتآكل الكيميائي وتتقبل الالكترونات بشراهة ولكنها لا تمانع في إطلاقها، كما أن لها صفات كهربائية ومغناطيسية فريدة، ومن ثم أطلق عليها "الجزيئات السحرية"!.
تطبيقات...مذهلة

وبعد دراسة هذه الخصائص الفريدة لكرات باكي، أخذ العلماء يطلقون لأفكارهم وتصوراتهم العنان لبعض التطبيقات ومنها :

(1) نقل النظائر المشعة إلى داخل الجسم البشري بهدف تشخيص الحالات المرضية أو نقل الهرمونات أو أي عقاقير لعلاج بعض الأمراض مثل السرطان .

(2) تصميم بطاريات فائقة القوة وخفيفة الوزن، وذلك بتغليف ذرات عنصر الليثيوم والفلور، داخل قفص ك-60 .

(3) إمكان استخدامها وقودا للصواريخ ومركبات الفضاء، إذ أنها مرنة أكثر من أي جزيئات أخرى معروفة حتى الوقت الحاضر، ومن ثم فإنها يمكن أن تتحمل ضغوطا هائلة .

(4) وجد العلماء حديثا طريقة لاستخدام الجزيئات ك-60، كأقفاص لاقتناص ذرات بعض العناصر- كالهيليوم ومن ثم تستخدم كمتتبعات كيميائية رائعة، لمراقبة انتشار المواد الملوثة من نقطة تفريغها في أحد الأنهار.


(5) إن أي كتلة من كرات باكي يمكن ضغطها إلى 70% من حجمها الأصلي، عند ضغط يبلغ ثلاثة ألاف ضغط الجوي،وعندما يرفع عنها هذا الضغط، فإنها ترتد إلى شكلها العادي، لكنها إذا ضغطت بقوة تجاه بعضها البعض، فإن ذرات الكربون في الكرات المتجاورة تبدأ بتنافر بشدة فيما بينها، وتصبح المادة شديدة الصلابة كالماس، وإذا ازداد الضغط بسرعة وبقوة، فإن كرات باكي تتحول بالفعل إلى ماس، وهذا التحول يمكن أن يكون مهما في الأغراض الصناعية.

6) اتضح أنه لو وضعت بعض الذرات من عناصر أخرى بين كرات باكي ثم انخفضت درجة حرارتها جدا، فإن شيئا غريبا سوف يحدث، إذ وجد العلماء أن تبريد الخليط من كرات باكي والبوتاسيوم إلى 255 درجة مئوية تحت الصفر، يجعله موصلا فائقا، ويمكن تشبيه هذا الخليط من ك-60 والبوتاسيوم"أو أي مواد أخرى"، بأن بائع الفاكهة قد حشر بعض حبات المشمش في الفراغات بين كوم البرتقال لديه.

إذ وجد العلماء أن المواد الصلبة المكونة من كرات باكي، تتميز بخواص مدهشة، فعندما تتبلور هذه الجزيئات الكربونية العملاقة، فإنها تندمج مع بعضها البعض، وتصبح مثل كومة البرتقال لدى بائع الفاكهة.

آفـاق مستقبلية

لا شك أن المستقبل يحمل بين طياته الكثير من الاحتمالات الجديدة المثيرة، سواء من المعرفة العلمية الأساسية أو من حيث الاستخدامات التكنولوجية للجزيء العملاق ك-60.

فإذا أضيف ك-60 إلى البوليمرات سلاسل طويلة من الجزيئات المتكررة" المناسبة. يمكن تكوين مادة ذات "موصلة ضوئية" أي أنها توصل الكهرباء فقط عندما تتعرض إلى الضوء، ومن ثم تستخدم في إنتاج الصور الإلكترونية.

كما يمكن استخدام جزيئات ك-60 كأوعية لحفظ المواد التي تتفاعل بشدة مع بخار الماء والأكسجين وتنحل في الهواء، وكذلك تستعمل للاتحاد مع العناصر الخاملة بشدة- التي لا تتفاعل مع أي عناصر أخرى- وأيضا في تجميعها وحمايتها،إذ يجد الكيميائيون صعوبة في الإمساك بهذه العناصر الخاملة.

ونظرا في التقدم المستمر في أبحاث الجزيء العجيب ك- 60، فإن هذا المجال ينبئ عن توقعات مدهشة، والأمر الوحيد الذي يتفق عليه جميع الخبراء أن معظم ما هو معروف في الوقت الحاضر من استخدامات عجيبة وفريدة لهذا الجزيء السحري، سوف يصبح متقادما بعد عدة أشهر، وهذا النوع الفعلي من المواقف التي تجعل العلم مفيدا، وفي نفس الوقت سببا للمتعة والبهجة، إذ يبشر بالأمل في المستقبل.