F. M. Brückler

V. Stilinović

HRČAK - Portal of Croatian Scientific and Professional Journals

nobelova nagrada za kemijuNobelova nagrada za kemiju 2011. – dobitnik:Dan Shechtman za otkriæe kvazikristalaV. Stilinoviæa* i F. M. Brücklerb**a Sveuèilište u Zagrebu, Prirodoslovno-matematièki fakultet,Kemijski odsjek, Horvatovac 102a, 10 000 Zagrebb Sveuèilište u Zagrebu, Prirodoslovno-matematièki fakultet,Matematièki odsjek, Bijenièka 30, 10 000 ZagrebNobelova nagrada za kemiju 2011. godine dodijeljena je izrael-skom znanstveniku Danu Shechtmanu. ObrazloÞenje Kraljevskešvedske akademije znanosti glasi (neuobièajeno jednostavno) “zaotkriæe kvazikristalâ”.1Temeljna osobina strukture kristala, koja se moÞe naæi opisana ugotovo svim temeljnim udÞbenicima opæe kemije (i fizike) jest dasu kristali pravilne periodiène graðe.2 Kvazikristali, koje je Shecht-man otkrio 1982. godine prouèavajuæi slitine aluminija i manganakoje nastaju brzim hlaðenjem, ne odgovaraju tomu opisu. Njihovesu naime strukture ureðene, ali nisu periodiène. Zbog toga se kva-zikristali s jedne strane ponašaju kao klasièni kristali – difraktirajuelektronsko i rentgensko zraèenje i, ako sporo nastaju, rastu u obli-cima poliedara, dok s druge strane mogu pokazivati simetrije kojese na klasiènim kristalima ne mogu javljati, kao što je rotacijska si-metrija petog, osmog, desetog ili dvanaestog reda. Kvazikristalkojega je Shechtman pripravio bio je tako simetrije pravilnoga iko-saedra, što je bio dokazao simetrijom difraktograma.3Shechtman i suradnici svoje su rezultate uspjeli objaviti tek 1984.Ubrzo nakon njihova èlanka uslijedio je i teorijski rad D. Levinea iP. Steinhardta, koji je izloÞio teorijski strukturni model u kojemunamjesto periodiènih postoji kvaziperiodièna translacijska ureðe-nost, te je pokazano kako takve strukture nisu ogranièene na sime-trijske operacije dopuštene u periodiènim rešetkama.4 U naslovunjihove publikacije prvi je put uporabljen termin kvazikristal. Ugodinama nakon objavljivanja Shechtmanova rada otkrivene sunove kvazikristalne faze u drugim slitinama aluminija. Dapaèe,sporim hlaðenjem slitine aluminija, litija i bakra pripravljena je sta-bilna ikosaedarska faza. U šupljinama nastalim stezanjem slitinenaðeni su kristali s dobro definiranim plohama oblikovani kao pra-vilni pentagonski dodekaedri, što se nikako ne bi moglo dogoditi usluèaju srastanja kubiènih kristala.Do danas je pripravljeno više od stotinu kvazikristalnih faza, ajedna je naðena i u prirodi. Svi su oni slitine koje se sastoje oddvaju ili više elemenata èiji se atomski radijusi znatno ne razlikuju.Najèešæe nastaju naglim hlaðenjem taline, ali ne toliko naglim dabi nastalo metalno staklo. Mada je veæina poznatih kvazikristalametastabilna i blagim zagrijavanjem prelaze u klasiène kristalnefaze, poznato je i više kvazikristalnih faza koje su termodinamièkistabilne pri normalnim okolnostima.5Strukture se kvazikristala obièno opisuju kao aperiodièna slaganjametalnih klustera. Dotièni se pak klusteri sastoje od koncentriènihpoliedara razlièitih vrsta atoma. Dva su osnovna tipa klustera ukvazikristalima, od kojih se jedni sastoje od 54 atoma triju vrstaporedanih u tri ljuske: mali ikosaedar jedne vrste umetnut je u veæiikosaedar druge vrste, koji je pak umetnut u ikosadodekaedartreæe vrste, a drugi od 44 atoma takoðer rasporeðenih u tri ljuske,od kojih su prva i treæa ikosaedri sastavljeni od dviju vrsta atoma,dok je središnja ljuska dodekaedar atoma treæe vrste.5Mada su kvazikristali izgledom nalik kovinama (tj. neprozirni i me-talnoga sjaja), fizièka im se svojstva bitno razlikuju od svojstavaelemenata od kojih potjeèu.6,7 Vrlo su tvrdi i krti do temperaturaod nekoliko stotina Celsiusovih stupnjeva, iznad kojih postajumeki i plastièni. Takoðer imaju i vrlo niske energije površine te ihvoda i vodene otopine gotovo uopæe ne kvase, a koeficijenti trenjasu im vrlo niski. Vrlo su slabi vodièi elektriène struje (gotovo izola-tori), a vodljivost im s porastom temperature raste. Takoðer su vrloslabi vodièi topline, te im je toplinska vodljivost sliènija onoj me-talnih oksida nego li metal .Zbog male toplinske vodljivosti kvazikristali bi mogli naæi primjenekao toplinski izolatori (kao zamjena za keramiku) – tanak sloj kva-zikristala zagrijan na temperaturu pri kojoj postaje savitljiv mogao694 Osvrti, Kem. Ind. 60 (12) 664–695 (2011)** Dr. sc. Vladimir Stilinoviæ, e-pošta: vstilinovic@chem.pmf.hr** Dr. sc. Franka Miriam Brückler, e-pošta: bruckler@math.hrDan Shechtman (roðen 1941.)Technion – Israel Institute of TechnologyHaifa, Izraelbi posluÞiti kao mnogo bolji i mehanièki otporniji izolator od ke-ramièkih (primjerice cirkonijeva dioksida). S druge strane, po-vršinska svojstva kvazikristalnih materijala omoguæavaju njihovuprimjenu kao zamjenu za teflon, navlast zato što je, zbog bitnoveæe tvrdoæe, neadhezivni sloj kvazikristala znatno otporniji namehanièka ošteæenja (grebanje) od teflona. Takoðer se spominje injihov potencijal kao materijala za skladištenje vodika te u sintezikompozitnih materijala.8Literatura1. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2011/index.html2. C. Giacovazzo, H. L. Monaco, G. Artioli, D. Viterbo, G. Ferra-ris, G. Gilli, G. Zanotti, M. Catti, Fundamentals of Crystallo-graphy, 2nd Ed., Oxford University Press, Oxford, 2002.3. D. Shechtman, I. Blech, D. Gratias, J. W. Cahn, Mettalic Phasewith Long-Range Orientational Order and No TranslationalSymmetry, Phys. Rev. Lett. 53 (1984) 1951–1953.4. D.Levine, P. J. Steinhardt, Quasicrystals: a new class of orde-red structures, Phys. Rev. Lett. 53 (1984) 2477–2480.5. E. Belin-Ferré, V. Demange, J. M. Dubois. Aperiodic Interme-talics. The Example of Quasycrystals, Cryst. Rev. 10 (2004)111–179.6. J. M. Dubois, Structure and properties of quasicrystals andtheir potential of technological applications, Ann. Chim. Fr.18 (1993). 423–445.7. D. J. Sordelet, J. M. Dubois, Quasicrystals: Perspectives andpotential applications, MRS Bull. 22 (1997) 34–37.8. J. M. Dubois, P. Brunet, E. Belin-Ferré, Potential applications ofquasicrystalline materials, u: E. Belin-Ferré, C. Berger, M. Qui-quandon, A. Sadoc (ur.), Quasicrystals. Current topics, WorldScientific, Singapore, 2000., str. 498–532.Osvrti, Kem. Ind. 60 (12) 664–695 (2011) 695

Nobelova nagrada za kemiju Nobelova nagrada za kemiju 2011. Dobitnik: Dan Shechtman za otkriće kvazikristala

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

HRČAK - Portal of Croatian Scientific and Professional Journals

Hrčak - Portal of scientific journals of Croatia