രൂപംമാറിയ കരി : ഇന്ദ്രജാലങ്ങൾ കാണിക്കും കാർബൺ

കോടിക്കണക്കിനു സംയുക്തങ്ങളിലൂടെ ഇന്ദ്രജാലങ്ങൾ കാണിക്കുന്ന കാർബൺ വിവിധ രൂപാന്തരങ്ങളിലൂടെയും വിസ്മയങ്ങൾ വിരിയിക്കുന്നുണ്ട്. ഒരേ രാസ ഗുണത്തോടും വ്യത്യസ്ത ഭൗതിക ഗുണങ്ങളോടും കൂടിയ ഒരു മൂലകത്തിന്റെ തന്നെ വിവിധ രൂപങ്ങളെ രൂപാന്തരങ്ങൾ (allotropes) എന്നു പറയും.

∙വജ്രത്തിളക്കം

വജ്രം (ഡയമണ്ട്) എന്നു കേൾക്കുമ്പോൾത്തന്നെ ആഭരണങ്ങളിലെ വജ്രത്തിളക്കമാവും  ഓർമയിലെത്തുക. നവരത്നങ്ങളിലൊന്നായ വജ്രത്തിന് പ്രകൃതിയിലെ ഏറ്റവും കാഠിന്യമുള്ള പദാർഥം എന്ന വിശേഷണവുമുണ്ട്. ഉയർന്ന താപചാലകതയും ഉയർന്ന അപവർത്തനാങ്കവും വജ്രത്തിന്റെ സവിശേഷതകളാണ്. എന്നാൽ ഇത് വൈദ്യുതചാലകമല്ല കേട്ടോ. വജ്രത്തിന്റെ ക്രിസ്റ്റലിൽ ഓരോ കാർബൺ ആറ്റവും അതിനു ചുറ്റുമുള്ള 4 കാർബൺ ആറ്റങ്ങളുമായി സഹസംയോജക ബന്ധനത്തിലേർപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. അതിശക്തമായ ഈ  സഹസംയോജക ബന്ധനമാണ് വജ്രത്തിന്റെ സവിശേഷതകൾക്കു പിന്നിൽ. വജ്രത്തിളക്കത്തിന്റെ രഹസ്യം പ്രകാശത്തിന് അതിനുള്ളിൽ സംഭവിക്കുന്ന പൂർണ്ണ ആന്തര പ്രതിഫലനമാണ്. ആഭരണ രംഗത്തു മാത്രമല്ല, ഗ്ലാസ്സും മറ്റും മുറിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന കട്ടിങ് ടൂൾ ആയും വ്യാവസായിക രംഗത്തും വാഹനനിർമാണ രംഗത്തും ലേസർ സങ്കേതങ്ങളിലുമൊക്കെ വജ്രത്തിന് ഉപയോഗങ്ങളുണ്ട്. 

∙ഗ്രാഫൈറ്റ് 

നമുക്കൊക്കെ പരിചിതമായ ഒരു കാർബൺ രൂപാന്തരമാണ് പെൻസിൽ മുനയായി ഉപയോഗിക്കുന്ന ഗ്രാഫൈറ്റ്. എഴുതാൻ കഴിയുന്നത് എന്നർഥം വരുന്ന ഗ്രാഫീൻ എന്ന ലാറ്റിൻ പദത്തിൽ നിന്നാണ് ഈ പേരു വന്നത്. ചാര നിറത്തിൽ, മൃദുവായ ഗ്രാഫൈറ്റ് നല്ല വൈദ്യുതചാലകമാണ്. ഗ്രാഫൈറ്റ് ക്രിസ്റ്റലിൽ ഓരോ കാർബണും ചുറ്റുമുള്ള മൂന്ന് കാർബൺ ആറ്റങ്ങളുമായി സഹസംയോജക ബന്ധനത്തിൽ ഏർപ്പെട്ട് പാളികൾ ആയാണ് കാണപ്പെടുന്നത്. ഷഡ്ഭുജ നിർമിതമായ പാളികൾക്കിടയിൽ ദുർബലമായ വാൻഡർവാൾസ് ബലം ആയതിനാൽ ഗ്രാഫൈറ്റ് പാളികൾക്ക് പരസ്പരം തെന്നി നീങ്ങാനും കഴിയും. പാളികളുടെ ക്രമീകരണത്തിലെ വ്യത്യാസത്തിനനുസരിച്ച് ആൽഫ ഗ്രാഫൈറ്റ്, ബീറ്റ ഗ്രാഫൈറ്റ് എന്നിങ്ങനെ തരംതിരിക്കാം. ഡ്രൈ സെല്ലിലെ ഇലക്ട്രോഡുകൾ,

ഖര രൂപത്തിലുള്ള ലൂബ്രിക്കന്റ്, ക്രൂസിബിൾ നിർമാണം, ആണവ നിലയങ്ങളിൽ മോഡറേറ്റർ എന്നിങ്ങനെ ഉപയോഗങ്ങൾ ഒട്ടേറെയുണ്ട് ഗ്രാഫൈറ്റിന്.

∙നാനോട്യൂബുകൾ

സിലിണ്ടർ ആകൃതിയുള്ള ഫുള്ളറീനുകളാണ് കാർബൺ നാനോട്യൂബുകൾ. 1991ൽ ജാപ്പനീസ് ശാസ്ത്രജ്ഞനായ സുമിയോ ഈജിമ ആണ് കാർബൺ നാനോട്യൂബുകൾ കണ്ടുപിടിച്ചത്. ഒരേ വലിപ്പമുള്ള ഉരുക്കിനെക്കാൾ പല മടങ്ങ് ബലം, ഭാരക്കുറവ് തുടങ്ങി വിസ്മയ സവിശേഷതകളുള്ള ഈ രൂപാന്തരം ഇലക്ട്രോണിക്സ്, ജലശുദ്ധീകരണം, വൈദ്യശാസ്ത്രം, സെൻസറുകൾ, സോളർ സെല്ലുകൾ തുടങ്ങി നിരവധിയിടങ്ങളിലാണ് അദ്ഭുതങ്ങൾ വിരിയിക്കുന്നത്.  

∙ക്യു കാർബൺ

വജ്രത്തെക്കാളും കാഠിന്യമുള്ളൊരു രൂപാന്തരവുമുണ്ട് കാർബണിന്! അതാണ് ക്യു കാർബൺ. പക്ഷേ ഇത് പരീക്ഷണശാലയിൽ കൃത്രിമമായി നിർമിച്ചെടുത്തതാണ്. ഇന്ദ്രനീലം, ഗ്ലാസ്, പോളിമർ പ്ലാസ്റ്റിക് ഇവയിൽ ഏതെങ്കിലുമൊന്നിൽ അക്രിസ്റ്റലീയ കാർബൺ പൂശിയ ശേഷം അതിലേക്ക് നിശ്ചിത സമയത്തേക്ക് തീവ്രതയേറിയ ലേസർ പതിപ്പിച്ച്  താപനില ഏതാണ്ട് 3727 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് വരെ ഉയരുമ്പോൾ ക്വെഞ്ചിങ് പ്രക്രിയയിലൂടെ വളരെപ്പെട്ടെന്ന് തണുപ്പിക്കും. അപ്പോൾ ലഭിക്കുക ക്യു കാർബൺ പാളിയാണ്. ഫെറോമാഗ്‌നറ്റിക് ആണ് എന്ന സവിശേഷതയുമുണ്ട് ക്യു കാർബണിന്. ഇലക്ട്രോണിക്സ്, വൈദ്യശാസ്ത്രം, കൃത്രിമ വജ്രങ്ങളുടെ നിർമാണം തുടങ്ങി ക്യു കാർബൺ ഗവേഷണം തുറന്നിടുന്ന സാധ്യതകൾ നിരവധി.

∙ബക്കി ബോൾ

കുഞ്ഞു കണങ്ങളുടെ സാങ്കേതിക വിദ്യയായ നാനോ ടെക്നോളജിയിലെ താരമാണ്  60 കാർബൺ ആറ്റങ്ങൾ ചേർന്നുണ്ടാവുന്ന ബക്ക്മിൻസ്റ്റർ ഫുള്ളറീൻ അഥവാ ബക്കി ബോൾ.  നഗ്നനേത്രങ്ങൾ കൊണ്ടു കാണാൻ കഴിയാത്ത, നാനോ വലുപ്പം മാത്രമുള്ള  ഇത്തിരിക്കുഞ്ഞു ഫുട്ബോൾ പോലെയാണിവ! ഗ്രാഫൈറ്റിനെ ലേസർ കിരണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് ബാഷ്പീകരിക്കുന്ന ഗവേഷണങ്ങൾക്കിടെ 1985ൽ ഹരോൾഡ് ക്രോട്ടോ, റിച്ചഡ് സ്മോളി, റോബർട്ട് കേൾ എന്നീ ശാസ്ത്രജ്ഞരാണ് ഇതു കണ്ടുപിടിച്ചത്. ഈ നേട്ടം അവരെ 1996ലെ രസതന്ത്ര നൊബേലിന് അർഹരാക്കുകയും ചെയ്തു. 

ബക്ക്മിൻസ്റ്റർ ഫുള്ളർ എന്ന ആർക്കിടെക്റ്റ് രൂപകൽപന ചെയ്ത ഗോളാകൃതിയുള്ള കെട്ടിടങ്ങളോടുള്ള സാദൃശ്യം കൊണ്ടാണ് കാർബൺ-60 രൂപാന്തരത്തിന് ആ പേരു കിട്ടിയത്. ഇത് ടൊളുവീൻ പോലുള്ള ചില കാർബണിക ദ്രാവകങ്ങളിൽ ലയിക്കുകയും ചെയ്യും. പഞ്ചഭുജാകൃതിയും ഷഡ്ഭുജാകൃതിയുമൊക്കെയുള്ള വലയങ്ങൾ ചേർന്നുണ്ടാവുന്ന പൊള്ളയായ ഗോളീയ രൂപങ്ങളാണ് ഫുള്ളറീനുകൾ. ബക്കിബോളിന് ഇലക്ട്രോണിക്സിലും വൈദ്യശാസ്ത്രത്തിലും ഹൈഡ്രജൻ ഇന്ധനരംഗത്തുമൊക്കെ താരത്തിളക്കമാണുള്ളത്. 

∙ഗ്രാഫീൻ

ഒറ്റ ആറ്റത്തിന്റെ മാത്രം കനവും തേനീച്ചക്കൂടു പോലുള്ള ക്രിസ്റ്റൽ ഘടനയുമുള്ള ദ്വിമാന കാർബൺ ആറ്റങ്ങളുടെ പരന്ന പാളിയാണ് ഗ്രാഫീൻ. ആന്ദ്രേ ഗെയിം, കോൺസ്റ്റന്റെയ്ൻ നൊവോസെലോവ് എന്നീ ഗവേഷകർ 2004ൽ ഗ്രാഫൈറ്റിൽ നിന്നുമാണ് ഈ  രൂപാന്തരം  വേർതിരിച്ചെടുത്തത്. ഉയർന്ന ബലവും സവിശേഷമായ താപ, വൈദ്യുത ചാലകതയും ഭാരക്കുറവുമുള്ള ഗ്രാഫീന്റെ കണ്ടെത്തൽ 2010ലെ ഊർജതന്ത്ര നൊബേലിന് അർഹമാവുകയും ചെയ്തു. 

ഊർജക്ഷമതയേറിയ ഗ്രാഫീൻ ബൾബ്, അതിവേഗ ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ, അതിവേഗ കംപ്യൂട്ടറുകൾ, ഭാരം കുറഞ്ഞ ഡിസ്പ്ലേ ഉപകരണങ്ങൾ, ഭാരം കുറഞ്ഞ ബഹിരാകാശ പേടകങ്ങൾ ഇങ്ങനെ നീളുന്നു ഗ്രാഫീൻ വിസ്മയങ്ങൾ. 

∙ഗ്രാഫൈൻ 

വിസ്മയ പദാർഥങ്ങളുടെ പുതുനിരയിലേക്ക് ഗ്രാഫൈൻ എന്ന കാർബൺ രൂപാന്തരം കൂടി കടന്നുവന്നിരിക്കുകയാണിപ്പോൾ. കൊളറാഡോ ബോൾഡർ സർവകലാശാലാ ഗവേഷകരാണ് ആൽക്കൈൻ മെറ്റാത്തെസിസ് പ്രക്രിയയിലൂടെ ഗ്രാഫീനോട് സാമ്യമുള്ള ഈ രൂപാന്തരത്തെ സൃഷ്ടിച്ചത്. ഇലക്ട്രോണിക്സിലും ഓപ്റ്റിക്സിലും അർധചാലക ഗവേഷണത്തിലുമൊക്കെ നൂതന സാധ്യതകളിലേക്കാണ് ഇത് വിരൽ ചൂണ്ടുന്നത്.  

∙രൂപാന്തരങ്ങൾ വേറെയും

കാർബൺ നാനോ ഫോം, കാർബൺ നാനോ ബഡ്സ്, ലോൺസ്‌ഡാലെയ്റ്റ് (ഹെക്സാഗണൽ കാർബൺ), കാർബൈൻ (ലീനിയർ അസറ്റലീനിക് കാർബൺ) എന്നിങ്ങനെയുമുണ്ട് കാർബൺ രൂപാന്തരങ്ങൾ. കൽക്കരി, കോക്ക്, എല്ലുകരി, മരക്കരി എന്നീ കാർബൺ രൂപാന്തരങ്ങൾക്ക് ക്രിസ്റ്റലാകൃതിയില്ല. ഇവ പൊതുവെ അമോർഫസ് കാർബൺ എന്നാണറിയപ്പെടുന്നത്.

English Summary : Carbon and its forms