Fullerenoak eta kuantikaren potentziala

1985. urtean artikulu batek kimika eta materialen zientzia irauli zuen. Bost egilek Nature aldizkarian sinatzen zuten lanean, C₆₀ molekula aurkeztu zuten. Molekula hau esperimentalki aurkitu berri zuten bere laboratean egindako esperimentuan. Bere egitura kontutan hartuta, Buckminsterfullerene izena zioten molekula berriari, Buckminsterfuller arkitekto kanadiarraren ohorez. Nanoteknologiaren "jaiotza" bezala kontsideratu daitekeen aurkikuntza honi esker, Nobel saria jaso zuten urte batzuk pasa eta gero. Baina jende gutxik daki hamabost urte lehenago, kimikari konputazional japoniar batek molekula honen esistentzia eta propietate batzuk aurresan zituela...

Gaur egun fullerenoak eta bere deribatuak, eta beste karbono egitura asko, nanotuboak adibidez, oso erabiliak dira zientzian eta teknologian. Karbonoz bakarrik osatutako beste egitura berri batek, grafenoak, izugarrizko iraultza eragin du zientzian eta teknologian. Fullerenoa aurkitu zutenak bezala, grafenoa aurkitu zutenei ere Nobel saria eman zieten 2010. urtean. Gaurko sarrera honetan ez gara materia berri hauen aplikazioetaz arituko,  fullerenoaren aurkikuntzak berak suposatu zuen iraultzari buruz baizik. Aplikazioei buruz gehiago jakiteko, goiko link-ak ala hau ikus dezakezue. Ondoko bideo laburrean ere (5 minutu inguru), bere aurkikuntza, egitura eta propietateen inguruko laburpena ikus dezakezue.

Bere egiturari buruzko gauzarik esanguratsuena esferikoa dela da, pentagonoz eta hexagonoz osatua, futbol baloiak bezala. Goian azaltzen den futbol baloiko ertzetan karbono atomoak kokatuz, C₆₀ molekula lortzen da (noski, distantzia egokietan!). Zergatik karbonoz osatutako molekula batek egitura hau egin dezake eta egonkorra da? Karbono atomoek egitura elektroniko berezia dutelako. Egitura elektroniko berezi hau dela eta, karbonoa bizitzarako oinarrizko elementua da, eta honetaz aparte, goian aipatu diren egiturak eman ditzake. Hortaz, eta gaian gehiegi sakondu gabe, esan dezakegu fullerenoen egitura eta propietateak ulertzeko, kimika kuantikoa behar dugu, hau bait da egitura elektronikoa azaldu dezakeen teoria bakarra. Hau esanda, badirudi kimika kuantikoaren erabilgarritasuna a posteriori-koa dela. Baina kontuz, hau ez da egia!

Egin dezagun berriro atzera 1985. urtera, fullerenoaren aurkikuntzako urtera. Zientzian eta teknologian lan egiten duen jendeak badaki urte horretan fullerenoa aurkitu zela, eta horrek suposatu zuen guztia. Baina oso jende gutxik daki hamabost urte lehenago, kimiko kuantiko japoniar batek, E. Osawak, molekula honen esistentzia aurresan zuela. Bai, kimika kuantikoa erabilita, gizon honek aurresan zuen fullereno molekula egonkorra zela. Baina bere lana aldizkari japoniar batean publikatu zuen, eta hau dela eta, hasiera batean ez zen oso ezaguna izan. Ezkerreko irudian, Osawa-ren lanaren zatitxo bat ikusten ahal da. Ikus dezakezuenez, kimika kuantikoa ez da bakarrik erabilgarria esperimentalki ikusten diren fenomenoak edo materialak azaltzeko, hauen esistentzia eta propietateak aurresateko ere bai!

Baina teoria kuantikoaren aurresan ahalmena hau baino handiagoa da oraindik. Osawak molekula konkretu baten esistentzia aurresan zuen, baina teoria kuantikoak ere teknologia berri bat aurresan zuen. Konkretuki, Richard Feinmann fisikariak. Ikus dezagun laburki istorio hau. 1985. urtean, fullerenoa aurkitu zenean, karbono atomo soilez osatuta ezagutzen ziren egitura bakarrak bi solido ziren: grafitoa eta diamantea. Solidoak atomo askok osatutako egiturak dira (infinito atomo bezala idealizatu daitezke), eta propietate konkretuak dituzte. Adibidez, diamantea isolatzailea da, ez du korronte elektrikoa eramaten, baina grafitoak bai (baldintza batzuetan). C₆₀, aldiz, nanometroen eskalako tamaina duen egitura da! Eta bere propietateak, grafito edo diamantearen oso desberdinak dira. Bere tamaina txikia dela eta, propietate bereziak ditu. Hortaz, aurkikuntza honek erakutsi zuen material txikiek, nano eskalakoek (nanometro bat 10^-9 metro dira, edo beste moduan esanda, 1.000.000.000 nanometrok metro bat osatzen dute) propietate bereziak zituztela, eta posible zela material berriak aurkitu ala sintetizatzea: Nanoteknologia jaio zen. Hala ere, nanoteknologiaren ideia ez zen hemen jaio! Jada 1959. urtean, Richard Feinmann fisikari teoriko estatubatuarrak posibilitate honetaz aritu zen. Garai hartan, oso gutxik ikusi zuten Feinmann-ek ikusten zuena. Feinmann-ek berak ere, 1984. urtean, beste konferentzia bat eman zuen, Makina Txikiak, eta bertan (lehenengo nanopartikula aurkitu aurretik) geroaldian osagai oso txikiez egindako makinei buruz aritu zen. Ondoko bideoan daukazue orduan emandako hitzaldia (ordu bat baino luzeagoa da).

Bi adibide hauek erakusten dute Kuantikaren potentziala. Kuantika ez da bakarrik ezagutzen ditugun fenomenoak ala molekulak azaltzeko erabilgarria den teoria, baizik eta hauek aurresateko balio digun tresna ere bai!




Descargo de responsabilidad: He utilizado las imágenes sin ánimo de lucro, con un objetivo de investigación y estudio, en el marco del principio de uso razonable - sin embargo, estoy dispuesto a retirarlas en caso de cualquier infracción de las leyes de copyright.Disclaimer: I have used the images in a non for profit, scholarly interest, under the fair use principle - however, I am willing to remove them if there is any infringement of copyright laws.