О.В. Мосин

(Продолжение)

Фуллерены - особая форма углерода, которая вначале была открыта в научных лабораториях при попытке моделировать процессы, происходящие в космосе, а позднее обнаружена в земной коре.

До недавнего времени считалось, что углерод имеет только три формы существования - алмаз, графит и карбин. Эти вещества отличаются своим строением. Каждый атом углерода в структуре алмаза расположен в центре тетраэдра, вершинами которого служат четыре ближайших атома. Такая структура определяет свойства алмаза как самого твердого вещества, известного на Земле.

Атомы углерода в кристаллической структуре графита формируют шестиугольные кольца, образующие, в свою очередь, прочную и стабильную сетку, похожую на пчелиные соты. Сетки располагаются друг над другом слоями, которые слабо связаны между собой. Такая структура определяет специфические свойства графита: низкую твердость и способность легко расслаиваться на мельчайшие чешуйки.

В противоположность алмазу, графиту и карбину, фуллерен является новой формой углерода. Уникальность фуллерена в том, что молекула С₆₀ содержит фрагменты с пятикратной симметрией (пентагоны), которые запрещены природой для неорганических соединений. Молекула фуллерена является органической молекулой, а кристалл, образованный такими молекулами (фуллерит) –это молекулярный кристалл, являющийся связующим звеном между органическим и неорганическим веществом.

В  фуллерене   плоская  сетка шестиугольников - графитовая сетка свернута и сшита в замкнутую сферу. При этом часть шестиугольников преобразуется в пятиугольники. Природой задана четкая последовательность этого соединения - каждый шестиугольник граничит с тремя шестиугольниками и тремя пятиугольниками, а каждый пятиугольник граничит только с шестиугольниками. Атомы углерода, образующие сферу, связаны между собой сильной связью.

Образуется структура – усеченный икосаэдр, который имеет 10 осей симметрии третьего порядка, 6 осей симметрии пятого порядка. Каждая вершина этой фигуры имеет трех ближайших соседей. Каждый шестиугольник граничит с тремя шестиугольниками и тремя пятиугольниками, а каждый пятиугольник граничит только с шестиугольниками .Каждый атом углерода в молекуле C₆₀ находится в вершинах двух шестиугольников и одного пятиугольника и принципиально неотличим от других атомов углерода. Атомы углерода ,образующие сферу, связаны между собой сильной ковалентной связью. Толщина сферической оболочки 0,1 нм, радиус молекулы С₆₀ 0,357 нм.  Длина связи С—С в пятиугольнике - 0,143 нм, в шестиугольнике – 0,139 нм. Молекулы высших фуллеренов С₇₀ С₇₄, С₇₆, С₈₄ , С₁₆₄, С₁₉₂, С₂₁₆, также имеют форму замкнутой поверхности. Фуллерены с n< 60 оказались неустойчивыми, оказались неустойчивыми, хотя из чисто топологических соображений наименьшим возможным фуллереном является правильный додекаэдр С₂₀. При этом кристалл фуллерита имеет плотность 1,7 г/см ³, что значительно меньше плотности графита (2,3 г/см ³) и алмаза (3,5 г/см ).

Благодаря своему сетчато-шарообразному строению фуллерены оказались идеальными наполнителями и идеальной смазкой. Они катаются, словно шарики размером с молекулу между трущимися поверхностями. Комбинируя внутри углеродных шаров разные атомы и молекулы, можно создавать самые фантастические материалы будущего.

Фуллерены могут использоваться в нанотехнологии, медицине, ракетном строительстве, в военных целях, электронике, оптикоэлектронике, машинном производстве, в производстве технической продукции, компьютеров и др., и во всех случаях рабочие параметры оборудования значительно улучшаются, качество повышается, технологии становятся более эффективными и простыми. Например, американские исследователи учёные разработали технологию, которая позволяет на любую поверхность нанести тончайшие элементы солнечных батарей - они представляют собой многослойную полимерную пленку, содержащую все те же фуллерены. Такие элементы обладают пока примерно в четыре раза более низким коэффициентом полезного действия, чем традиционные батареи на основе кремния, но они значительно проще и дешевле в производстве. Возможно, уже в ближайшем будущем промышленность начнет выпускать солнечные батареи рулонами - как обои. В одном из университетов Швеции в ходе опытов с фуллеренами неожиданно для самих ученых был получен слоеный материал, напоминающий фольгу, проложенную тонкими слоями бумаги. Прозрачный и гибкий материал оказался магнитом и сохранял свои свойства даже при температуре свыше 200 градусов. Его вполне возможно использовать для создания компьютерной памяти с помощью записи лазерным лучом. Благодаря этому достигается очень высокая плотность носителя информации.

Большие надежды связаны с применением фуллеренов в медицине. Почти идеальная сферическая структура молекулы фуллерена и микроскопический размер (диаметр 0.7 нм), позволяют ученым рассчитывать на то, что эти молекулы смогут создать механическое препятствие для проникновения вирусов в клетки зараженного организма. Обсуждается также и идея создания противораковых препаратов на основе водорастворимых соединений фуллеренов с внедренными внутрь радиоактивными изотопами. Введение такого лекарства в ткань позволит избирательно воздействовать на пораженные опухолью клетки, препятствуя их дальнейшему размножению. Пока основное препятствие на пути разработок связано с нерастворимостью молекул фуллеренов в воде, затрудняющей их прямое введение в организм.

Другое препятствие - высокая цена искусственных изотопов. Стоимость фуллеренов самого высокого качества составляет около 900 долларов США за грамм, более низкого качества - около 40 долларов за грамм в зависимости от степени чистоты фуллеренов.Эти "недостатки” искусственных фуллеренов искупают фуллерены природные, которые были обнаружены в земной коре после открытия уникального вещества в научных лабораториях.

Впервые о земном существовании уникального вещества научный мир узнал после того, как один из бывших советских ученых исследовал в Аризонском университете (США) образцы карельских шунгитов, и, к удивлению, обнаружил там углеродные глобулы с фуллеренами. После этого и начался интенсивный поиск других пород, содержащих фуллерены, возникли вопросы об их происхождении на Земле.

Позднее земные фуллерены были найдены в Канаде, Австралии и в Мексике - и в каждой из этих стран они были обнаружены на местах падения метеоритов. При этом некоторые фуллерены были заполнены: внутри оболочек находились атомы гелия. Странным оказался тот факт, что фуллерены хранили не гелий-4 - изотоп, который обычно присутствует в земных породах, - а редкий для Земли изотоп гелий-3.

По мнению ученых такие фуллерены могли образоваться только в космических условиях, в так называемых углеродных звездах или в ближайшем их окружении. Удалось определить время появления исследованных фуллеренов на Земле. Кратер от падения канадского метеорита образовался около двух миллиардов лет назад, в архейскую эру, когда Земля еще была безжизненна. Другие фуллерены были обнаружены на границе отложений пермского и триасового периодов, их возраст оценен в 250 млн. лет. Именно тогда в Землю врезался гигантский астероид, вызвавший катастрофические разрушения.

(Продолжение)

Шунгит обладает высокой активностью в окислительно-восстановительных процессах, сорбционными и каталитическими свойствами и находится в тесном контакте с входящими в его состав силикатами. Такая структура и свойства шунгита определяют эффективность его использования в окислительно-восстановительных процессах:

• в доменном производстве литейных (высококремнистых) чугунов;
• в производстве ферросплавов;
• в производстве фосфора;
• в производстве карбида и нитрида кремния;
• как наполнитель термостойких красок.

Именно сорбционные, каталитические и восстановительные свойства шунгитовых пород позволяют успешно очищать сточные воды от многих органических и неорганических веществ (нефтепродуктов, пестицидов, фенолов, поверхностно-активных веществ и др.).

Кроме этого, шунгит является самым эффективным веществом для очистки водопроводной воды от хлорорганических веществ (диоксинов, радикалов), обладает бактерицидными свойствами. Благодаря этим свойствам шунгит можно использовать:

• в подготовке питьевой воды высокого качества в проточных системах любой производительности, в колодцах. С помощью шунгитов наиболее просто и экономично можно решить проблему водоснабжения во многих проблемных регионах;
• в очистке городских бытовых, промышленных стоков от многих вредных веществ;
• в подготовке воды бассейнов;
• в подготовке воды ТЭЦ.

Электропроводные свойства шунгитовых пород позволили создать широкую гамму электропроводных материалов:

• электропроводную краску;
• электропроводные бетоны, кирпичи, штукатурные растворы;
• электропроводные асфальты.

На основе этих материалов разработаны нагреватели, созданы помещения, экранирующие электромагнитные излучения, показана возможность создания теплых тротуаров и дорог, показан способ простого удаления льда с дорог. При размалывании шунгитов получаются порошки, смешивающиеся с любыми компонентами органической и неорганической природы. Это свойство шунгитовых порошков позволяет использовать их в качестве:

• черного пигмента красок на различной основе (масляных и водных);
• наполнителя полимерных материалов (полиэтилена, полипропилена, фторопласта).
• заменителя белой сажи и техуглерода в составе резин.

Также на основе шунгитовых пород созданы препараты, обладающие биологической активностью. Применение таких препаратов в агрономии позволило повысить урожайность картофеля и значительно увеличить его стойкость к заболеваниям, в звероводстве - улучшить качество пушнины.

Известно, что воды, выходящие из шунгитовых толщ, обладают целебными свойствами. Этими водами лечат многие заболевания, в т. ч. дерматологические, аллергические. Подобными свойствами обладают водные настои на шунгите. Поэтому шунгитовые настои полезно иметь в каждом доме, используя их для ускорения заживления ран, для снятия зуда от насекомых и для улучшения состояния кожи.

Единственное месторождение шунгитовых пород – Зажогинское, находится в Медвежьегорском районе Республики Карелия в 5 км от судоходной губы Онежского озера. Производственная мощность предприятия по добыче и переработке шунгита - 200 тыс. тонн в год. Шунгитные запасы Зажогинского месторождения составляют 35 млн тонн. В настоящее время предприятие поставляет шунгит для доменного производства литейного чугуна, водоочистки и производства тонких порошков. При производстве литейного чугуна 1 тонна шунгита заменяет 1,3 тонны кокса. Использование шунгита обеспечивает глубокую очистку сточных вод от нефтепродуктов.

Шунгит - необычная углеродсодержащая порода. Её необычность - в структуре и свойствах шунгитового углерода и его взаимоотношениях с силикатными компонентами.

Шунгитовый углерод - элементарный углерод со специфичной шунгитовой структурой. Основу её представляет многослойная глобула размером около 10 нм. Такая структура очень активная в окислительно-восстановительных реакциях, обладающая сорбционными и каталитическими свойствами.

 Плотность 2,1 -2,4 г/см³.

 Пористость до 5%.

 Прочность на сжатие 1000-1200 ктс/см³.

 Электропроводимость 1500 сим/м.

 Адсорбционно активен по отношению к бактерицидным клеткам, фагам, патогенным сапрофитам.

 Частицы шунгита, независимо от их размера, обладают биполярными свойствами. Следствием этого является высокая адгезия и способность шунгита смешиваться без исключения со всеми веществами.

 Обладает бактерицидными свойствами.

В термических процессах между углеродом и силикатами происходит интенсивная окислительно-восстановительеая реакция с образованием металлического кремния
 

Sio₂+2C --> Si+2CO

или карбида кремния SiO₂+3C --> SiC+2CO

Реакции эти в шунгите осуществляются более энергично, с меньшими энергозатратами, чем в традиционной шихте на основе кремнезема и кокса.

Поверхность дробленых, молотых и тонкомолотых материалов на основе шунгита Зажогинского месторождения обладает биполярными свойствами, поэтому шунгитовые наполнители способны смешиваться без исключения со всеми связующими как органической, так и неорганической природы.

Плотность - 2,25-2,40 г/см³; пористость - 0,5-5%; прочность на сжатие 100-150 Мпа; модуль упругости (Е) - 0,31*10⁵ Мпа; электропроводность - (1-3) х 10³ сим/м ; теплопроводность - 3,8 вт/м·к. Среднее значение к.т.р. в интервале температур 20-600 ⁰С - 12х10 ^-6 1/град.

Порода обладает сорбционными, каталитическими, бактерицидными свойствами, биологической активностью, способностью поглощать и нейтрализовать электромагнитные излучения высоких частот.

Фильтры для очистки воды на основе шунгита стали изготавливать сравнительно недавно - в 1991 году.

Положительные отзывы о свойствах шунгитовой воды были получены из многих медицинских учреждений страны. Причем, воду там употребляли не только внутрь. Оказалось, что шунгитовые ванны и обливание шунгитовой водой благотворно сказываются на состоянии кожи и волос человека. Следует отметить, что воду из-под фильтров во всех случаях ее применения для питья, приготовления пищи и отваров кипятили. Отсюда можно сделать вывод, что основные целебные свойства шунгитовой воды после кипячения сохраняются. Хотя не кипяченая вода вкуснее и приятнее на вкус.

Ежедневное умывание шунгитовой водой разглаживает кожу, повышает ее эластичность, придает ей здоровый вид. Эта простая процедура при регулярном ее проведении может помочь избавиться от угрей и воспалений, снимает шелушение, покраснения. Регулярное ополаскивание этой водой волос придает им блеск и шелковистость, а также сокращает их выпадение, укрепляет корни, избавляет от перхоти.

Шунгитовая паста для ухода за кожей представляет собой взвесь тонко измельченного минерала шунгита в воде, которая прошла доочистку через фильтр. По внешнему виду паста имеет сметанообразную консистенцию черного цвета, без запаха. При хранении происходит ее расслоение, вследствие чего перед употреблением ее необходимо тщательно перемещать. Паста обладает прогревающим эффектом при аппликациях на длительное время, вследствие чего улучшается микроциркуляция крови и как результат - улучшается трофика тканей.

Для того чтобы сделать компресс, достаточно намочить марлю в шунгитовой воде и приложить ее на больное место на 1,5-2 часа. Компрессы помогают ускорить заживление ран, порезов, мозолей, ссадин, способствуют быстрому заживлению ожогов. При помощи таких компрессов излечиваются артриты, артрозы, варикозное расширение вен.

В качестве полоскания достаточно использовать слегка подогретую, но не кипяченную воду, настоянную на шунгите в течение трех суток. Такие полоскания полезны при заболеваниях горла, простуде, воспалении десен, стоматите, тонзилите.

Шунгитовые ванны очень полезны и для улучшения общего самочувствия: снимают утомляемость, повышают работоспособность, заряжают энергией, улучшают кровообращение. В приготовлении шунгитовых ванн есть свои особенности: минерал или его гранулы помещаются в матерчатый мешочек, а затем мешочек опускается в ванну на 10 минут.  

Содержащиеся в упаковке камешки шунгита предварительно промывают холодной водой, затем высыпают в 3-литровую стеклянную банку или в эмалированную посуду, после чего заливают водопроводную воду в количестве 3 л. Настаивать воду на шунгите следует в течение 2 суток. Затем ее нужно аккуратно (без взбалтывания) слить в расходную емкость для использования, оставляя на дне слой воды объемом 0,5 л. Вода в этом слое содержит загрязняющие примеси, поэтому ее следует профильтровать через несколько слоев марли и также использовать.

Если врач не назначил другого режима лечения, то шунгитовый порошок, предварительно тщательно перемешивается с водой (до сметанообразной консистенции), наносится ровным, тонким слоем (0,5-1 мм) на пораженную поверхность. На пасту накладывается полиэтилен и сверху теплая, мягкая ткань. Длительность аппликации составляет от 30 мин до 1,5-2 часов. Паста смывается теплой водой и при необходимости обрабатывается ватным тампоном, смоченым в оливковом масле.

Уникальные свойства шунгита известны достаточно давно. Не секрет, что недобросовестные предприниматели зачастую выдают за шунгит совершенно другие каменные породы, похожие по цвету и структуре на шунгит.

Последнее время у недобросовестных производителей участились случаи продажи под маркой шунгит шунгизита, - материала, внешне схожего, а по свойствам ничем не похожего  на шунгит. Цена на него намного ниже, но содержание всех компонентов, в том числе углерод (в структуре фуллеренов) в шунгизите в несколько раз меньше (меньше 10%), чем в шунгите (от 26% и выше).

Отличить подделку от оригинала на первый взгляд сложно даже специалисту. Существует один простой, но самый надёжный способ отличить настоящий шунгит от подделки.Настоящий шунгит можно очень легко отличить от подделки, а также от шунгитового сланца благодаря наличию свойства электропроводимости.

Электропроводимость - крайне редкое явление в каменных породах. В обычных условиях достаточно иметь обычную батарейку, лампочку от карманного фонаря и два провода. Соедините последовательно лампочку и батарейку, прикоснитесь двумя проводками к любому изделию из шунгита - лампочка загорится. Если нет – то вы приобрели подделку.