Фантазии на тему канцтоваров: Многоликий углерод


Когда б я уголь взял для высшей похвалы

Для радости рисунка непреложной,

Я б воздух расчертил на хитрые углы

И осторожно и тревожно.


Осип Мандельштам


А знаете ли вы, что если бы грибок белая гниль научился разлагать лигнин на 400 миллионов лет раньше, то, вероятно, карандашей бы у нас не было. И прочих углеводородов. ..Ни тепла, ни знаний. Вообще всё было бы по-другому. Знаете, почему я так решил, а вот почему..


УГЛЕРОД



https://media.buzzle.com/media/images-en/photos/education/chemistry/1200-37149056-carbon-element.jpg

Всё началось с углерода. Ну не то, чтобы всё. Если копнуть поглубже, конечно, все началось с водорода и термоядерной реакции, породившей сначала гелий, а потом и все остальные известные и ещё пока неизвестные химические элементы периодической таблицы Менделеева. Нет, мы поговорим,  о тех временах, когда на Земле была такая атмосфера, что мы с вами даже не смогли бы дышать! И было это потому, что в воздухе содержалось до 98% углекислого газа. Представляете, ад? Но прошли миллиарды лет, прежде чем состав атмосферы изменился, водород улетучивался, содержание СО2 сокращалось, вступая в соединение с содержавшимися в грунте другими химическими элементами.

 Затем сначала в океанах, а потом и на суше затеплилась жизнь, поглощавшая углекислоту, а взамен выделявшая ядовитый для неё кислород. Это эпоха анаэробных – то есть бескислородных организмов. В нашем мире такие существа тоже есть, кстати, они часто и являются причиной таких ужасных заболеваний как гангрена. Ещё несколько десятков лет гангренозные раны пытались лечить, поливая через хирургические надрезы пораженное место перекисью водорода (пероксид водорода H2O2, то есть почти вода, но с одним лишним атомом кислорода, который легко отделяется и вступает в соединение с другим  элементами, от того перекись и пенится, и шипит). В основном, безуспешно. Ну да, мы не об этом…

Углерод – это тот самый химический элемент, который «порождает» уголь и является основным его составляющим.

Шли миллионы, а потом и миллиарды лет. Эволюция породила растения, которые стали стремительно завоевывать свободные участки  суши, также поглощая углекислый газ и используя его для того, что выращивать свои гигантские стволы и стебли. Это эпоха лесов высотой до неба! Огромных толстенных стволов, могучих растений. Но без цветов. Растения тогда ещё не умели размножаться при помощи цветков, представляете?

В процессе роста растения вырабатывали лигнин (от лат. lignum — дерево, древесина, сложное полимерное вещество, обеспечивающее одеревенение стенок растительных клеток, одеревеневшие клеточные оболочки обладают ультраструктурой, сравнимой со структурой железобетона). Деревья жили, росли и умирали, умирая они падали, сверху падали следующие, и ещё, и ещё. Они раздавливали друг друга, сплющиваясь в огромные пласты негниющей древесины. Это всё заносилось пылью, грязью, наносами и постепенно погружалось все глубже и глубже. Пройдут миллионы лет и именно из этих слоев, в бескислородной среде вследствие опускания на большие глубины под землю под высокими температурами образовался всем известный уголь. Тот самый, который человек использовал первым из ископаемых видов как топливо, и как материал для рисования и письма.



https://build-experts.ru/wp-content/uploads/2019/03/1-38.jpg

Потом человек облек стерженек из угля в деревянный корпус и получился всем  нам такой знакомый карандаш. А слово карандаш происходит от сочетания двух тюркских слов кара - черный, и даш - камень.



http://tuloimportas.com/image/cache/catalog/phimportador/Amazon/B00006RVSK-1-600x600.jpg

Возраст самых древних углей оценивается примерно в 300—400 миллионов лет. Но образование больших объёмов угля, прекратилось после того как примерно  300 миллионов лет назад эволюция грибов положила конец превращению мёртвых растений в каменный уголь. Предки современной белой гнили и трутовиков научились расщеплять лигнин клеточных стенок и смогли добраться до целлюлозы одревесневших растительных клеток. Так закончился геологический период истории Земли, который ученые называют карбоном или каменноугольным.

Так что такие грибы как мухоморы, подберёзовики трутовики  грибки Coniothyrium, вызывающие белую гниль у растений, обладают ферментами, разлагающими целлюлозу и лигнин. Поэтому, современная наука считает, что угольные запасы на Земле ограничила именно грибная эволюция.

Что было бы научись они этому раньше, страшно представить! Ведь вся наша история построена на угле: кузнечное дело, отопление, письменность!

Люди - жители лесов сожгли бы все леса в попытках согреться, кочевники азиатских степей никогда  бы не смогли освоить алтайские рудники и наковать оружие для своих завоеваний. Не было бы металлургии, не было бы греческой цивилизации, Рима, гуннов, ни империи Чингисхана, ни мусульманского, ни европейского Ренессанса! Ничего. Человечество было бы,  несомненно, но совсем другим, и что-то мне подсказывает, сильно менее развитым.

Но всего этого не произошло. И человек освоил не только уголь в том виде, в котором он есть, но и нашел иные виды углерода.


ГРАФИТ



https://avatars.mds.yandex.net/get-pdb/1807426/c4e955b7-a5ea-4e4c-b612-152a8fcbeb23/s1200?webp=false

Графи́т – от греческого «писать, делать записи» -  минерал из класса самородных элементов, одна из аллотропных модификаций углерода. Мягкий, податливый, легко обрабатываемый и очень полезный. Им легко и удобно писать и стирать написанное. Практически все чертежи, схемы  и планы, которые создавал человек, пытаясь увековечить свое имя, принести пользу себе и другим или в творческом порыве, вдохновении, были начертаны карандашом, а потом воплощены в дереве, камне, металле или краске. Такова неоценимая роль  графита в нашей истории. Но и это еще не всё. Наверняка, в своей жизни вы сталкивались со странной штукой, когда  писавший мягко и гладко карандаш, вдруг ни с того, ни с сего начинал корябать, царапать бумагу, словно какая-то крошка попадала на острие грифеля? Поздравляю, вы встретили в своей жизни ещё один вид углерода, самый несокрушимый, твердейший из всего известного!


АЛМАЗ


Алма́з  - минерал, кубическая аллотропная форма углерода. В молекуле алмаза каждый атом углерода соединен с четырьмя такими же атомами, с небольшими включениями других химических элементов. Если таких включений нет, то это камень «чистой воды», если есть, то тогда алмаз может иметь разные цветовые оттенки. Алмаз может существовать неограниченно долго. Но вакууме или в инертном газе при повышенных температурах постепенно переходит в графит. Ну и хотя он самый твёрдый по шкале эталонных минералов твёрдости Мооса, тем не менее, его все-таки можно разбить молотком, если очень сильно постараться (только вот зачем??), потому что твердость и прочность в физике – разные понятия. И ещё помимо прочности и твердости, алмаз обладает исключительно высокими показателями преломления и дисперсии света.



https://selectingadiamond.com/wp-content/uploads/2019/05/Diamond-fluorescence-of-all-colors.jpg

Cветопреломление – это отклонение направления светового луча при вхождении в другую среду, где свет резко меняет свою скорость.

Дисперсия – это различия в показателе преломления в зависимости от цвета (длины волны) применяемого освещения. Если по-простому: преломление - это способность изменять угол проходящего, в нашем случае, сквозь алмаз луча света, а дисперсия – это способность разлагать луч света на его составляющие – спектр. Поэтому алмаз не просто искривляет проходящий его свет, но и расцвечивает его. И человек научился использовать это, обтачивая и придавая ему правильные геометрические формы с множеством граней.


БРИЛЛИАНТ


Бриллиа́нт – с французского «блестящий, сверкающий» - алмаз, которому посредством обработки придана специальная форма, максимально выявляющая его естественный блеск. Бриллианты оценивают по системе «4 C»: cut - огранка, clarity - чистота, color - цвет и carat - масса в каратах, что позволяет определить, насколько камень близок к совершенству. Главное в оценке огранки камня — её качество: насколько грани геометрически точны и пропорциональны. В этом случае, бриллиант становится удивительно блестящим и способен даже светиться в ультрафиолете, чтобы стать «лучшим другом девушки».




https://i2.wp.com/yavmode.ru/wp-content/uploads/2017/04/foto10.png

И, наверное, можно было бы закончить на этом самом красивом применении углерода, но, мне бы хотелось рассказать немного о будущем применении углерода.


УГЛЕРОДНАЯ НАНОТРУБКА

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bc/Multi-walled_Carbon_Nanotube.png

Сравнительно недавно, в конце ХХ века в 1996 году была получена Нобелевская премия по химии за исследования структур, называемых углеродными нанотрубками.

Углеродная нанотрубка  - это аллотропная модификация углерода, представляющая собой полую цилиндрическую структуру диаметром от десятых до нескольких десятков нанометров и длиной от одного микрометра до нескольких сантиметров. При этом по всему миру разрабатываются технологии, позволяющие сплетать их в нити неограниченной длины, состоящие из одной или нескольких свёрнутых в трубку графеновых плоскостей. Всё это позволяет сделать не только много электронных полезных устройств, но и сделать невероятно прочную веревку! И вот тут начинается настоящая фантастика!


КОСМИЧЕСКИЙ ЛИФТ


В 1895 Константин Циолковский высказал мысль о возможном подъеме кабины с людьми на орбиту планеты. В те годы, да и несколько десятков лет назад, подобная мысль показалась бы бредом. Но уже в наше время косми́ческий лифт превратился в концепцию гипотетического инженерного сооружения для безракетного запуска грузов в космос. Его конструкция предполагает применение троса, протянутого от поверхности планеты к орбитальной станции, находящейся на геостационарной орбите (то есть вращающейся со скоростью эквивалентной вращению скорости Земли). Детальную разработку идея получила в трудах Юрия Арцутанова.



https://technomode.ru/wp-content/uploads/2018/09/1424412238_11.jpg

Трос удерживается одним концом на поверхности планеты (Земли), а другим — в неподвижной относительно планеты точке выше геостационарной орбиты за счёт центробежной силы. По тросу поднимается подъёмник, несущий полезный груз. При подъёме груз будет ускоряться за счёт вращения Земли, что позволит на достаточно большой высоте отправлять его за пределы тяготения Земли.

От троса требуется чрезвычайно большая прочность на разрыв в сочетании с низкой плотностью. Углеродные нанотрубки теоретически подходят для этой цели. Если допустить пригодность нанотрубок для изготовления такого троса, то создание космического лифта становится вполне реалистичной инженерно-конструкторской задачей, разумеется с применением  самых передовых современных и будущих научных и технологических разработок,  а также весьма больших затрат материальных, интеллектуальных и финансовых. Однако подобный проект  в перспективе может оказаться значительно дешевле запусков ракет-носителей.








https://naked-science.ru/sites/default/files/field/image/maxresdefault_9.jpg


Вот такое возможное применение углерода в будущем!



Самые канцелярские из канцтоваров, самые хозяйственные из хозтоваров, Интернет-магазин и философ Канц Тенгри размышляет - это и многое другое читайте в наших публикациях
ТОО "Канц-Тенгри" (С) 2019г.
Все права защищены. При использовании материала ссылка на первоисточник обязательна.