Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Руденіт (англ. Rudenite, рос. Руденит) — надщільна алотропна форма вуглецю з двошаровою алмазоподібною структурою.
Історія
Новий надщільний двошаровий алмазоподібний вуглецевий алотроп вперше був представлений українськими та російськими вченими на конференції по карбону (, РФ) в 2015 році. Існування цього унікального матеріалу в 2018 році було підтверджене незалежною групою американських, французьких та італійських вчених. Після ретельного вивчення властивостей та структури цього вуглецевого алотропу було запропоновано надати йому назву руденіт на честь професора А. Д. Рудя.
Опис
Вуглець має алотропи, різні структурні модифікації одного хімічного елемента. Алотропи мають різні фізичні та хімічні властивості. Одним з алотропів вуглецю є руденіт. Руденіт, надщільна вуглецева плівка товщиною 100 пікометрів яку утворюють дві алмазоподібні площини гексагональної структури.
На фото a наведено пряме пікоскопічне зображення руденіту, вид з боку, отримане шляхом денситометрії електронної хмарки з роздільною здатністю 10 пікометрів. Внутрішні (не валентні) вкладені одна в одну електронні орбіталі з великою густиною електронних хмарок — це кулі білого кольору. Кожен з чотирьох валентних електронів створює ковалентні сигма-зв'язки sp³-гібридізації, як у структурі алмазу: три — в площині (зелений колір) та один — між площинами (блакитний колір). Відповідно до масштабної лінійки, відстань між площинами складає 100 пікометрів. Простір між двошаровими структурами має чорний колір через нульову густину електронної хмарки.
Для порівняння на фото b наведено зображення шарів кристалічного графіту, вид з боку. Атоми вуглецю мають рожевий колір, що відповідає великій густини електронної хмарки в центрі атома. Сусідні атоми вуглецю в площині шару пов'язують сигма-зв'язки, що утворені в результаті перекриття sp2-орбіталей, на зображенні мають зелений колір. Відповідно до масштабної лінійки, атоми в площині розташовані на відстані біля 140 пікометрів. Відстань між шарами складає 340 пікометрів. Простір між шарами в основному має чорний колір, — електронна хмара відсутня. Але від кожного атома вуглецю, в той чи інший бік, тягнеться пелюсток слабкого пі-зв'язку, який пов'язує один шар з іншим. На фото ясно видно, що, на відміну від руденіту, в графіті міжшарові зв'язки не є гібридними, бо вони тягнуться від одного атома, але до іншого не доходять. Руденіт, надщільна плівка з двох шарів плоского гексагонального графену.
Модель та характеристики
Кристалічна структура руденіту, молекулярного кристала молекул С-С, наведена на малюнку. На малюнку a наведена просторова кульково-сірникова 3D модель руденіту, вид згори. Два паралельних шара гексагональної структури розташовані на відстані 100 пм. Кожен атом вуглецю створює чотири сильні ковалентні сигма-зв'язки sp³-гібридізації, як у структурі алмазу: три — в площині та один — між площинами.
Через надзвичайно малу відстань між молекулами С-С руденіт має щільність у 1,3 рази більшу за алмаз. Для прикладу, найкоротша відстань між двома сусідніми атомами вуглецю в алмазі складає 154 пм, в графіті — 140 пм. Безкоштовна хімічна база даних ChemSpider, від Королівського хімічного товариства, містить відомості про понад 40 мільйонів хімічних сполук, їх властивості та пов'язану з ними інформацію. Унікальність руденіту полягає в тому, що жодна з відомих хімічних сполук не має такої маленької відстані між атомами. Через це руденіт є надщільним (superdense) та надтвердим (ultrahard) матеріалом у світі.
Потенційне застосування
Руденіт можна використовувати для екранів захисту від випромінювання і для батарей великої ємності. Розрахунки показують, що конденсатор з руденіту розміром 1 кубічний сантиметр буде мати ємність 8 000 фарад. Він може нести заряд 100 кВт·год що досить, щоб автомобіль Tesla проїхав 500 км.[]
Примітки
- Rud, A.D.; Kornienko, N.E.; Kiryan, I.M.; Kirichenko, A.N.; Kucherov, O.P. (2016). Local-allotropic structures of carbon (PDF). Thesis "Carbon: the fundamental problems of science, materials science, technology". Troitsk. (англ.)
- Gao, Yang; Tengfei, Hi; Cellini, Filippo; Berger, Claire; de Heer, Walter A .; Tosatti, Erio; Riedo, Elisa; Bongiorno, Angelo (2018). Ultrahard carbon film from epitaxial two-layer grapheme. Nature Nanotechnology (13): 133–138. doi:10.1038/s41565-017-0023-9.
- Kucherov, O. P.; Rud, A. D. (2018). Direct visualization of individual molecules in molecular crystals by electron cloud densitometry. Molecular Crystals and Liquid Crystals. 674 (1): 40—47. doi:10.1080/15421406.2019.1578510.
- Кучеров, А.П.; Лавровский, С.Е. (2018). (PDF). Інформаційні технології та спеціальна безпека (№ 4): 12—41. Архів оригіналу (PDF) за 16 квітня 2021. Процитовано 20 квітня 2021.(рос.)