Kémia | Tanulmányok, esszék » Braun-Nemes - Nanogyémántok is ragyognak a gyertya lángjában

KÉMIA N anogyémántok is ragyogna!( a gyertya lángj álban BRAUN TIBOR- NEMES LÁSZLÓ V ilágítás és fény nélkül az emberiség nem juthatott volna e l idáig. Az út a mécses, a gyertya, a fáklya lángjával kezdő­ dött hoszú évezredekkel ezelőtt. Ezekkel világított az ősember, amikor a franciaországi Lascaux-, vagy a spanyolországi Altamira-barlangokban készítette állatrajzait. A világítás nyomai a barlangfalakon koromként mindmáig megmaradtak A gyertya lángjában bonyolult oxidációs (égési) folyamatok zajlanak, és a kémi;atörténet egyik érdekes fejezete ezek felderítését a nagy angol fizikus és kémikus nevéhez köti, aki eredményeit a londoni Királyi Intézetben (Royal Tnstitution) ,,The Chemical History of a Candle - A gyertya természetrajza" - címmel hat előadásban ismertette, majd 1861-ben könyvben is publikálta (1. ábra) [ l l Michael Faraday nagyszerű klasszikus néps7eriisítő előadásokat tairtott Sokat ballh

attmk, olvashatunk ezekről Róka Andrástól és Turányi Tamástól. [2) Faraday elő­ MIC HAE L FA RA DAY adássorozatán ak második előadását „A láng ragyogá//,, sa címmel ta1totta. Az akkori ismeretek alapján nem sejthette, hogy a gyertya ragyogása, amint Angliában dolgozó kínai kutatók 2011 ben bizonyították, [3) nanogyémántok átmeneti, de folyamatos jelenlétének is tuW1tll lll .;Jllw1i,,1•,1 ~dJlft1tW-• lo1,hN•fll~, """·t,lw~,~,J111.1~t-,1fi- J~ lajdonítható. Kiszámították, hogy egy égő gye1tya lángjában másodpercenként kötülbelül 1,5 millió nanogyémánt-részecske képződik és ég el. lrásunk erre a felfedezésre kíván - a témához illő szóval - rávilágítani. Ila a gyertya igen fonl. ábrn A gyertya tos voll is az emberiség természet1ra j1.a fejlődése során, a gyémá nt - új kiadásban mint drágakő, min t a hatalom, az erő, a halhatatlanság jelképe (1. a Diamonds are Forever/ Gyémántok a

halhatatlanságért c világslágert) még nagyobb népszerűségre, mondhatnánk, hírhedtségre tett szert. Meglepő, hogy a gyertya és a gyémánt a kí nai kutatók felfedezése szerint milyen szoros kapcsolatban áll, hiszen a gyertya lángjában megtalálták a nanogyémántokat ,( 1 nanométer (nm) = 10-9 m, azaz egymilliomod milliméter). Összehasonlításul például a baktériumok mérete általában I mikrométer (ezred milliméter) körü l van: egy átlagos baktérium hossza több száz nanogyémánt sorbarakásával érhető el. CHEMICAL HISTOJRY~/ i CANI>LE A kJnai kutatók úgy fedezték fel ezeket a nanogyémántokat, hogy a gyertyalángban keletkező részecskéket speciális módc,n előállított, zsugorított alumínium-oxid kerámialemezeken fogták fel. [4] Ezekben apró csatornácskák fütnak merőlegesen a lemezek síkjára (2 :ábra), és a láDgbaD keletkező részecskék, ha elég kicsik, simán áthaladnak a csatornákon anélkül, hogy a

lángban zaj ló folyamatokat megzavarnák. A nagyobb részecskék azonban fe1lJJakadnak, és a láng kü2. ábra Alumíniumlönböző magasságában elhelyezett keoxid s1űrőlapocska rámialemezkék nagy feloldóképességü elektronmikroszkópiával végzett lekéhenger alakú pezésével és elckt:rondiffi-akciós vizspórusokkal 14) gálatával elemezhetők (3. ábra) A szénhidrogén lángokban (a gyertyaláng is ilyen) a szén mind a négy allotróp módosulata előfordul és ég el amorf korommá: a planáris grafit (és valószínűleg grafénrészecskék is), a molekuláris fullerének és a nanogyémánt szénmolekulái. (5- 7) Róka And- "Í 566 3. ábra A trans:zmissziós elektronmikroszkópiával készült felvételen sok nanogyémán t-részecske jelenik meg (balra). Na nogyémán1tok a nagy felbontású felvételen Gobbra). A szűrő a lá ng közepén volt 131 rás és Turányi Tamás írásaiból jó képet alkothatunk a gyertyaláng térbeli és kémiai

szerkezetéről és a benne játszódó kémiai folyamatokról. Lényegében az történik, hogy a paraflin a láng hőmér­ sékletén elpárolog, a paraffingözök az ellipszis formájú láng alsó szakaszában tö,kéletlenül (kom1ozva), a lángellipszis csúcsán pedig tökéletesen elégnek, azaz vízgőzzé és szén-dioxiddá alakulnak. Bánnilyen korpuszkuláris szénformát ta lálunk is a láng alsóbb szakaszaiban, ezek mind nyomtalanul elégnek, ahogy a Természe1 Világa 2012. december KÉMIA gyertyaláng teteje felé halladunk. Nem mindig cgyértelmü a láng tetejéről beszélni, mert például súlytalanságban a gyertyaláng gömb alakú! Szokványos körülmények között a gyertyaláng alakja, mint említettük, elliptikus (4. ábra) De hogyan keletkeznek a gyertyalángban a nanogyémántok? A válaszhoz a kí.nai kutatók részletesen elemezték a kerámialapkákon a láng különböző részeiben felfogott szénformákat Az analízis lényegében nagy

felloontású elektronmikroszkópián alapuló morfológiai vizsgálat volt. Sikerült megálJapítaniuk, hogy a szénrészecskék nagysága, kristályossági foka és kristálytani tuJajdonságai hogyan változnak a láng különböző részeiben, mégpedig a láng függőleges tengelyében és kereszmetszetében. A lángban megfigyelhető szénrészecskék részben grafit-nanogömböcskék, amelyeknek hagymahéjs.zetű szerkezete van, A nanogyémántszerkezetek a gömböcskékben nagy sűniségü kristályos széugócok, méretük 2 és 5 nm k,özört van Ezekben a kristályos magok- IRODALOM (l ] Michael Faraday, The Chemical History of a Candle. Course of Sil( Lectures, Griffin, Borrt ;~nd Co., London, 1861 (A gyertya tennészetrajza, Athenaeum, Budmpest, 1921; fordította: Bálint András) [21 Róka András, Adveati1 Észboat(ogat)ó show Faraday tiszteletére (201 1); Turányi Tamás, Miről beszél a gyertya lángja? Az égés kémiája 150 évvel Faraday u.tán (2007) ELTE

Kémiai lntézct, http://www chem.ellehu/pr/alkimia mahtml; Tennészct Világa, 2005/ 12; Középiskolai Kémiai Lapok, 2008/1 [3 ) Zíxae Su, Wuzoag Zhou, Yang Zhang, New insight into the soot nanoparticles ina candl,e llame, Chem. Commun Vol 47, 4700-4702 (20lt) (4) Anodic Alumínium Oxiide, http://www.synkeracom/nano-microfabrication/anodic-aluminum-mdde-aaobtml (5) Braun Tibor, Detonációs nanogyémántok titkosított felfedezése, Magyar Tudomány, 172, 1247, 201 1 [6) Braun Tibor, A szénnan,okémia ékszerei. Detonációs nanogyémántok Magyar Kémikusok La1pja, 47. 7, 2012 [7] Eiji Osawa, Monodisperse single nanodiamond particu lates, Purc Appl. Chem Vol 80, 1365- 1379 (2008) [S] Impress her with nanodfamonds. http://wwwyoutubecom/ watch?v=KzOkuGQC3Rw AKJK EBBEN AZ ÉVBEN LEMONDTAK A HONORÁRIUMUKRÓL Ebben az évbe.n is sok kiváló szerző tisztelte meg folyóiranmkat írásával A lapunkat éltetik, hálásak vagyuDk ezért t1ekik Külön köszönet illeti azokat, akik

szellemi munkájuk ellenértékét 2012-ben felajánlották a Természet Világa megjelenésének segítésére. Nevüket, az elmúlt évekhez hasonlóan, most is közzé tesszíik. Balkay László Bencze Gyula 4. ábra Lángocska a Földön és az űrben (NASA) ban a garfitsíkok távolsága (0,34 nm) és a síkok relatív dől ésszö­ ge megfelel a gyémánt ismert kristályszerkezetének. Azonban ezek a nanogyémánt-szerkezetek többnyire erősen torzultak a tökéletes gyémántrácslloz képest. A nanogyémánt egységcellájának mérete (a=0,3567 nrn) nagyon közel esik bizonyos fémekébez (pl. a réz esetében a= 0,3608 nm), de kimutatták, hogy e nnek nem oka sem a gyertya, sem a kerám.ialapkáknak nehézJém-szennyezensége Ahogy a láng teteje felé haladunk, a láng aljához képest a nanogyémánt-részecskék száma, mérete és kristályossági foka egyre növekszik, de a láng külsejében és a láng tetején egyre kevesebb részecske figyelh,etö meg. Akíoai

szerzők a gyertyalángbau végzett megfigyeléseik alapján arra a következtetésre~ jutottak, hogy a nanogyémántok.ra vezető égési folyamatok kezdeti szakaszában a paraffinból szánnazó hosszú láncú szénhidrngénekböl C2 C 1, Ci gyökök, továbbá egyéb kisméretű szabad gyökök keletkeznek. Ezekböl a gyökökbői, illetve magukból a szénbidrogénláncokból hattagú aromás gyi.írük keletkeznek A láng alsó szakaszában planáris, többgyű­ rüs aromás szerkezetek alakuhrnk ki, és a grafitos nanogömböcskék ezekből jönnek létre. A kis gyökök egy részéből viszont nagy sfüfüégű szén fürtök keletkeznek, és ezekből kristályosodnak ki a nanogyémánt-részecskék. A nanogyémánr-részecskék a gyertyalángban energetikailag előnyösebbek, mint a policiklikus aromás gyürük, és képződésükhöz nincs szükség sem nagy nyomásra, sem különleges körülményekre. De aki a történet nyomán arra gondol, hogy gyertyalángbau

keletkező nanogyémáotokkal kápráztatja el kedvesét, könnyen pórul járhat. [8] lil Tennészelludományi Közlöny 143. évf 12 fi,izet 10 OOO Pt 7 OOO Ft 7 OOO Ft Bettus Tímea 89 OOO Ft Both Előd Budavári Tamás 12 OOO Ft Csík Attila 7 OOO Ft DütT János 5 OOO Ft Ftistöss László 3 OOO Ft Hargittai István 47 OOO Ft Hargittai Magdolna 24 OOO FI 24 OOO Ft Horváth Gábor Jánosfalvi Zsuzsa 10 OOO Ft Jánosi Imre W OOO rt 1Q, OOO Ft Kirscb Éva Lázár Imre 7 OOO Ft Lépine Szily Aunka 7 OOO Ft Major István 35 OOO Ft Makai Mihály 18 OOO Ft 25 OOO Pt Mészáros Péter Patkós András PáJinkás József Radnai Gyula RosivaH László Schiller Róbert Staar Gyula Tél Tamás Zolta i Márta 30 OOO Ft 18 OOO Ft 6 OOO Ft 19 OOO Fl 46 OOO Ft JOOOOOFt 42 OOO Ft 5 OOO Ft JANUÁRI SZÁMUNK TARTALMÁBÓL Bacsárdi László- Imre Sándor: Kommunikáció mélyben és magasban. Fizikai Nobel-díj-2012; Standovár Tibor: Hazai erdők jövője a klímaváltozás tükrében; Solt

György: Miért sötét az éjszakai égb.olt?; Varga Péter: Szeizmológiai riasztó rendszerek; Szili István: Táj, tájkép és tennészetvédelem; Kapitány Katalin: Ktntatások a hatékonyabb immunválaszérL Beszélgetés Kacskov1fcs Jmrevel; Kéri András: Uruguay e lfeledett népe; Schiller Róbert: Az inga és a vers; Bencze Gyula: Egy reneszánsz tudományos életpálya 567