"Nano" sözü latınca "nanus" "cirtdan" sözündən götürülmüşdür və birbaşa hissəciklərin çox kiçik olmasını göstərir. Alimlər "nano" sözünə daha dəqiq məna veriblər: 1 nanometr metrin milyardda bir hissəsidir (1nm=10-9 m)

Sual 25

Biz nanoelm və nanotexnologiya sahəsində tədqiqatların yalnız kiçik bir hissəsinə baxdıq. Bir sıra bəzi nailiyyətlərdə, nanokimya ilə sıx bağlı olanlar haqqında sonrakı mühazirələrdə danışacağıq. “Nano” sahəsində işlərin keyfiyyəti ildən ilə kəskin artır. Layihələrin çoxu özündə real əsaslara malikdir, məsələn, effektif hidrogen mühərriki, bəd xassəli şişlərin dedektirləmə sistemi, hədsiz yüksək sıxlıqlı yazılarla informasiyaların saxlanması və s. Digəriləri isə, kosmik lif və yaxud tibbi nanorobotlar, daha fantastikləri və s. hələlik ki, həyata keçirilməmiş olaraq qalır. Ancaq, hələlik içtimaiyyət nanotexnologiyaya böyük etimad göstərir, yeni enerji mənbələri yaradılması ilə bağlı, təmiz su və havaya olan tələbatı təmin etmək, sağlamlığın yaxşılaşdırılması və həyatın uzunömürlülüyünün artması, informasiya texnologoyalarının inkişafı kimi sahələr.

Yeni texnologiyanın əmələ gəlməsinə içtimaiyyətin reaksiyasının zamandan asılılığı həmişə eynidir: özünü doğrultmayan sürətli artım elə həmin sürətlə ümidsizliklə dəyişir, hansına görə ki, uzun stabilləşmə, planauyğun iş və təkamül inkişafı dövrü başlayır (şəkil 9). Hazırkı anda biz əsaslandırılmamış gözləmənin pikinə yaxınıq, ancaq başa düşülməzdir, hansı tərəfdən – n və yaxud sağdan.

Nanotexnologiyanın inkişaf perspektivi çoxlu faktorlar təyin edəcəklər, hansı ki, onların cəm halda təsirini əvvəlcədən söyləmək çətindir. Ancaq nanotexnologiyanın gələcəklə bağlılığının bəzi təsdiqi mübahisəsiz görünür.

1. Nanoelm haqqında biliyin həcmi daima artır. Bu bilgilərin az hissəsi texnologiyayada formasını dəyişdirə bilər, qalanları isə fundamental elmin nailiyyətlərinə xidmət edir.

2. Texnologiyanın inkişafı və iqtisadi artımı ilk növbədə əldə etmə prosesi kimi əmələ gəlməsi və müxtəlif sahələrdə biliyin tətbiqi ilə təyin edilir.

3. Nanotexnologiyanın əsasında təbii elmlər durur: fizika, kimya, biologiya və riyaziyyat. Ona görə də, nanotexnologiya içtimaiyətdən yayılmasını və təbii-elmin düşüncə tərzinə köməklik etməyi tələb edir. Bu təhsil sisteminə və humanitar biliyin rolunun ixtisar olunmasına gətirib çıxarır, hansı ki, müasir içtimaiyyət təbii-elmi üstündə əsas yer tutur.

Bizə, kimya müəllimi kimi, ümumilikdə içtimayətdə və hissəciklər məktəbində elmi fənnin bizim həyatda rolunun artmasına nail olmağı çox arzu edirik. Bu işdə nanotexnologiya bizə kömək etməyi vəd edir.

Sual 26 27

Mövcud nanomateriallın geniş spektrləri arasında biz ilk növbədə sadə maddəllərə diqqət yetirək, hansı ki, karbonla əmələ gəib. Karbon – unikal elementdir: o, bütün mövcudların içində yeganə maddədir ki, atomlar arasında uzun rabitə zənciri (yüz minlərlə atoma qədər) – üzvi maddələrin karbon skletini əmələ gətirə bilir. İlk növbədə bu, karbon-karbon rabitəsinin xüsusiyyətləri ilə izah edilir. aydındır ki, karbon atomu öz aralarında digər elementlərlə müqayisədə daha möhkəm rabitə əmələ gətirir. Elə buna görə də, karbon zənciri digər element atomlarından təşkil edilmiş zəncirdən əsaslı dərəcədə dayanıqlıdır. C-C rabitəsinin xüsusi möhkəmliyinə görə karbon molekulu skleti əksəriyyət kimyəvi reaksiyalarda dəyişməz olaraq qalır.

Bundan başqa, karbon atomları öz aralarında müxtəlif növ rabitələr yarada bilərlər: birli, ikili və üçlü, hansının ki, hər biri karbon atomunun öz hibrid halına uyğun gəlir. Atomlararası rabitə enerjisi tam bölünmələrdə əsaslı dərəcədə artır Karbon skletlərinin müxtəlifliyi və karbon atomları arasındakı kimyəvi rabitələrin növləri hazırkı dövrdə məlum olan karbonun allotropik formalarının böyük sayı ilə izah edilir. Onlardan iki forma – almaz və qrafit – çox qədim zamanlardan insanlara məlumdur, ancaq molekulyar forma (fullerenlər) və “nanoforma” (nanoalmaz və nanoboru) cəmisi bir neçə on il bundan əvvəl kəşf edilmişdir.

Karbonun dayanıqlı allotropik forması yalnız iki dənədir – qrafit və almaz. Bu haqda karbonun hal diaqramı sübut edir, hansı ki, “p – T” kordinatları maddənin stabil halının termodinamik mövcudluğu sahəsini göstərir . Adi hallarda karbonun ən dayanıqlı forması – qrafitdir. Elə buna görə də, termodinamikanın əsas postulatına tabedir, almaz da daxil olmaqla tez və ya gec digər formaları da çevrilməlidir. Lakin, bu çevrilmələrin uyğun sürətləri o qədər kiçikdir ki, praktiki olaraq bu səmərəli vaxtda baş vermir. Almaz almaq üçün təcrübi şərait yaratmaq lazımdır, ilk növbədə yüksək təzyiq – bir neçə yüz min atmosfer.

Həmçinin biz görürük ki, hal diaqramında nə füllüerenlər, nədə nanoborular yoxdur. Bütün bunlar – bərabər deyil və yaxud karbonun forması termodinamiki stabil deyil. Heç bir şəraitdə onlar qrafit və yaxud almazdan dayanıqlı ola bilməz.

Sual 28

Karbon “nanoforma”ları arasında nanoalmaz təbii karbonun halına hamsından yaxındır. Yada salaq ki, adi almaz çox möhkəm kristallik qəfəs əmələ gətirir, hansında ki, hər bir karbon atomu sp³-hibrit halında olur və dörd qonşusu ilə birqat rabitə ilə bağlı olur və tetraedrin təpələrində yerləşir. Almazda əmələ gəlmiş rabitədə bütün karbon atomlarının elektron valentləri iştirak edir, ona görə də o, elektriki keçirmir və dielektrikdir. Yüksək təzyiq və temperaturun təsiri altında qrafitdən alınmış süni almaz kristallarının adi öıçüləri birdən yüzlərlə mikrometr (mikron) təşkil edir. Nanoalmazlar da həmin kristal quruluşa malikdir, necə ki, adi almazda oduğu kimi, ancaq onların kristalları ölçülərinə görə hiss olunacaq dərəcədə kiçikdir: 2-dən 8 nm-dək. Buna müvafiq olaraq karbon atomlarının böyük hissəsi səthdə yerləşir, harada ki, atomların xüsusiyyətləri həcmi xüsusiyyətlərdən fərqlənirlər. Əslində isə səth atomları sərbəst valentliyə malikdir, hansı ki, bir-birini tamamlayaraq 5- və 6-üzvlü tsikllər əmələ gətirə bilərlər. Tərkibində 275 atom saxlayan almaz hissəciklərinin kvantokimyəvi hesabatı göstərdi ki, bu sikllər öz aralarında füllerenlərin C₆₀ strukturları kimi birləşirlər, buna da bir az sonra baxacağıq. Beləliklə, almaz nanohissəciyi otaq temperaturunda “almaz” nüvəsinə və “fülleren” səthinə malik olur. Nanoalmazın səthində rabitənin böyük payı ona gətirib çıxarır ki, o, çox aktivdir və buna görə də almaz nanokristallarının reaksiya qabiliyyəti adi kristalların ölçülərinə nisbətən çox yüksəkdir. Adi almaz inert atmosferdə 1800 ⁰C-dək temperaturda qızdırıldıqda qrafitə keçir, ancaq nanoalmaz isə cəmisi 1000 ⁰C-dək temperaturda. Adi almaz havada 900 ⁰C-dən yuxarı temperaturda oksidləşir, ancaq nanoalmaz – artıq 450 ⁰C-də.

Hissəciyin ölçüsü təkcə kimyəviyə yox, həm də almazın termodinamiki xüsusiyyətlərinə təsir edir. Beləliklə, adi almaz otaq temperaturunda endotermiki maddə hesab edilir, daha doğrusu, onun qrafitdən əmələ gəlməsi reaksiyasının istiliyi mənfidir Əksinə, diametri 5 nm olan almaz – ekzotermiki maddədir.

Əsas etibarı ilə nanoalmazı - detonasiyalı sintezlə alırlar, Partlayışlı nanoalmaz özlüyündə qara-boz rəngli, çox narın tozdur, orta ölçüsü 20 – 50 nm-dir. Hər bir dənə bir neçə onlarla kristallardan ibarətdir, ideal sferik formaya malikdir. Maraqlıdır ki, kristalların diametri partlayışdan asılı deyil və həmişə 2-dən 8 nm-dək olur.Nanoalmazların digər alınma üsulu – qaz fazadan kimyəvi çökdürmədir (CVD) (bax müh 2). Qaz halında maddələrin axmasından, kimyəvi reaksiya nəticəsində bərk səthdə (qəlbdə) almaz çökür. Adətən karbohidrogenlərin – metan və asetilenin və yaxud mürəkkəb üzvi birləşmələrin, kamfora C₁₀H₁₆O kimi maddələrin 600 – 800 ⁰C-dək qızdırılaraq parçalanmasından istifadə edilir.

Sual 29

Son 20 ildə ən çox öyrənilən obyektlərdən biri füllerenlərdir. Karbonun C_n (n  20) tərkibli allotropik şəkildəyişməsi belə adlanır, hansının ki, molekulası çoxüzlü sferik formaya malikdir. Onlardan ən dayanıqlısı tərkibində 60 karbon atomu saxlayan C₆₀ molekuldur, hansını ki, xüsusi fülleren adlandırırlar. Fülleren çoxlu sayda qeyri adi fiziki və kimyəvi xüsusiyyətlərə malikdir, hansı ki, onu elmi tədqiqatlar üçün, eləcə də nanotexnologiyanın yaradılması üçün çox perspektivli obyekt edir. Maddənin xüsusiyyəti onların qurulması ilə təyin edilir. Əvvəlcə fulleren molekullarının qurulmasına baxaq. Onu “təbiətdə tapılmış ən böyük molekul” adlandırırlar: bütün karbon atomları beşbucaqlının (pentaqan) və altıbucaqlının (heksaqan) təpəsində şarın səthində yerləşir. Ümumilikdə 20 heksoqan və 12 pentaqan mövcuddur. Bərk fülleren molekulyar kristallik qfəsə malikdir, hansının ki, düyünlərində C₆₀ molekulu tapılır. Onlar polyar deyillər, ona görə də, onlar arasında vandervals rabitəsi dispersli qarşılıqlı təsirlə şərtləndirilir (dipol momentlərin dartılmasından alınan). Elementar nüvə kub formasına malikdir: molekullar kubun təpələrində və təpələrinin ortalarında yerləşir – belə nüvələri kubik qranimərkəzləşdirilmiş (QMK) adlandırırlar. Təmiz fülleren elektik cərəyanını keçirmir. Bu onunla bağlıdır ki, kristal qəfəsdə molekullar arası elektron keçiriciyi mümkün deyil. Ancaq, elektrik işığı ilə şüalandırdıqda kristalların müqaviməti azalır – bu da onu göstərir ki, füllerenlər fotokeçiriciliyə malikdir. makroskopik miqdarda fülleren toz halında olduqda nanomaterial hesab edilmir, baxmayaraq ki, onun molekulu demək olar ki, nanometr ölçüsündədir. Belə materialda nanosəviyyə əmələ gəlmir – bunun üçün fülleren molekulundan nanoklaster yaratmaq lazımdır və yaxud onu kolloid məhlula çevirmək lazımdır, harada ki, dispers fazanın hissəciyi onlarca və yüzlərcə nanometr ölçüsündə olacaq.

Sual 30

Molekulun tərkibində 30 ikiqat rabitəyə malikdir, fülleren C₆₀ kifayət qədər yüksək reaksiyaya girmə qabiliyyətinə malikdir. Füllerenin kəşfi anından onunəsasında onlarla min birləşmələr alınıb, ona görə də hesab etmək olar ki, fülleren üzvi kimyanın əsas tikinti bloklarından biridir. Müasir kimyada onun rolu benzolun rolu ilə müqayisə edilir, böyük sinifdə aromatik birləşmələrin əcdadı kimi. Bütün füllerenlər törəmələrini iki sinifə bölürlər: “endo” və “ekzo” (xarici). Endroedral o birləşmələr adlandırılır, hansı ki, atomlar və yaxud kiçik molekullar fülleren sahəsinin daxili ilə bağlıdır. Formalaşmış fulleren sahəsinin daxilinə hisəciyin C-C rabitəsinin qırılması yolu ilə və tikiş yolu ilə alınması mümkün deyil, ona görə də endroedralin törəmələrini füllerenlərdən “əmələ gəlmə gəlmə anı” kimi hazırlayırlar. Əgər elektrodların tərkibi, füllerenlərin elektroqövs sintezində istifadə olunanın tərkibinə metallar qarşığı daxildir, ancaq onların kiçik hissəsi qaz fazada formalaşan füllerünlər sahəsinin daxilinə düşə bilər. birinci olaraq lantanın endoedral birləşməsi, La@C₆₀ müəyyən edilmişdir. Ondan metallar karbon qəfəsindən çıxa bilməz, ancaq, onda maqnit xassəsi xüsusiyyətini saxlayır və elektron vəziyyətinə, karbon karkasının reaksiya xüsusiyyətinə təsir edir. Endroedral birləşmə tibbdə tətbiqini tapır, məsələn, maraqlı “qadofüllerün” adlandırılan maqnitrezonans tomoqrafında nişan kimi istifadə olunur. “Ekzo”- birləşmə füllerenin ikiqat rabitə ilə birləşmə reaksiyasından alınır. Principcə C₆₀ molekulu 60-dək bir valentli atomları və yaxud atomlar qrupunu birləşdirə bilir, ancaq, tam birləşmə təcrübi olaraq müşahidə edilmir, belə ki, bu halda karbon skleti çox güclü təhrif edilir və birləşmə reaksiyası məhsulu dayanıqsız olur. Fullerenin sadə maddələrinə müxtəlif şəraitlərdə hidrogen və halogen birləşdirilir. Hidrogen və flüorla daha çox doymuş birləşməyə müvafiq olaraq C₆₀H₃₆ və C₆₀F₄₈ tərkibi malikdir. Mürəkkəb maddələrin birləşmə reaksiyaları imkan verir: birincisi, fülleren nüvəsinə müxtəlif funksional qrupların daxil edilməsi və bununla da onun kimyəvi təbiətini saxlamaq, məsələn, suda yaxşı həll olan bioloji aktiv fülleren törəmələri. İkincisi, oxşar reaksiyaların köməyi ilə füllerenə müxtəlif arxitekturalı mürəkkəb supramolekulyar kompleksləri daxil etmək olar. Fülleren asanlıqla nukleofil, radikal və siklobirləşmələrlə reaksiyaya girir