Новые понятия, которые должен усвоить ребенок: нанотрубки, космический лифт

В прошлом номере мы познакомились с маленьким наноботом Нанносом, который рассказал нам про атомы и молекулы – объекты окружающего его наномира.

Мы продолжаем наше путешествие по наномиру и следующая достопримечательность, о которой нам расскажет Наннос – это… А впрочем, он сам знает, как лучше все рассказать по-порядку.

В прошлом номере мы познакомились с атомами и молекулами, и узнали, что они могут образовывать различные вещества и простейшие химические элементы. Сегодня ученым хорошо известны свойства более ста химических элементов, среди которых есть элементы, обладающие некоторыми общими признаками. Например, одни элементы в обычных условиях являются твердыми веществами, другие – жидкостями, третьи – газами. Некоторые элементы растворяются в воде (например, сахар), другие, такие как золото, медь – в воде не растворимы. Одни элементы могут проводить электричество (их называют проводники), другие – нет (диэлектрики или изоляторы).

В соответствии со своими свойствами, все элементы разделены на несколько химических групп, которые все вместе составляют периодическую таблицу элементов Д.И. Менделеева, названную так в честь русского химика Дмитрия Ивановича Менделеева, который первым придумал классифицировать все элементы по группам.

Как неодинаковы свойства каждого из элементов, так неодинаковы и их истории. Одни элементы, такие, как медь, железо, сера, углерод, известны с доисторических времен. Возраст других измеряется только веками, несмотря на то, что ими, даже не открытыми, человечество пользовалось всегда (тот же кислород, к примеру, был открыт лишь в XVIII веке). Третьи были открыты 100–200 лет тому назад – к ним относятся уран, алюминий, бор, литий, бериллий.

Настоящий бум в среде ученых, занимающихся исследованием наномира, произвело недавнее открытие нового элемента с уникальнейшими свойствами. В 1991 году, японский ученый Сумио Иидзима обнаружил длинные, цилиндрические углеродные образования, получившие названия нанотрубок.

Молекула нанотрубки содержит более 1 миллиона атомов углерода и представляют собой трубку с диаметром около нанометра (то есть толщина такой трубки в 50–100 тысяч раз тоньше человеческого волоса!).

Рис1. Молекула нанотрубки

Нанотрубка внутри полая, а ее поверхность состоит из атомов углерода, образующих шестиугольники. Благодаря тому, что внутри нанотрубка пустая, в нее можно вводить атомы других веществ и использовать в качестве контейнера для их транспортировки. В будущем это позволит создать автомобильные двигатели, работающие не на бензине (который, как вы знаете, при сжигании выбрасывает в воздух ядовитые вещества и наносит вред окружающей среде), а на экологически чистом водороде. Раньше такие двигатели не изобрели только потому, что для хранения водорода необходимы «контейнеры» как раз такого маленького размера, как нанотрубки.

Самыми удивительными свойствами нанотрубок являются ее прочность и легкость. Нанотрубка в 6 раз легче, и в 50–100 раз прочнее стали (несмотря на свою «невидимость»).

Нанокабель от Земли до Луны из одиночной трубки можно было бы намотать на катушку размером с маковое зернышко, а небольшая нить диаметром 1 мм, состоящая из нанотрубок, могла бы выдержать груз в 20 т, что в несколько сотен миллиардов раз больше ее собственной массы!

В ближайшем будущем, когда ученые смогут получать нанотрубки длиной до 1 метра, специалисты из NASA планируют построить на их основе «космический лифт». Космический лифт – это трос длиной в несколько десятков тысяч километров, соединяющий орбитальную космическую станцию с платформой, размещенной на поверхности Земли. С помощью космического лифта можно будет эффективно доставлять в космос людей и грузы, не тратя огромное количество средств на запуск ракет. По кабелю вверх и вниз будут перемещаться кабинки на гусеничном ходу, перенося спутники и метеорологические зонды, которые нужно вывести на земную орбиту или дальше. Вероятно, будут созданы также и комфортабельные кабинки для людей, желающих отправиться в космическое путешествие.

Планируется, что энергию для своего перемещения кабинки будут получать от Солнца с помощью солнечных батарей (что очень дешево, по сравнению со сжигаемым топливом ракеты). А на самом верху, уже в космосе можно будет построить стартовую площадку для космических аппаратов, отправляющихся к Луне, Марсу, Венере и астероидам!

Рис. 2. Космический лифт

Идее космического подъемника более века, и первым о нем заговорил еще в 1895 году русский ученый Константин Циолковский, основоположник современной космонавтики. Но в то время о нанотрубках еще не знали, а единственным прочным материалом, из которого можно было бы изготовить трос считалась сталь. Но использовать для этой цели сталь было невозможно, поскольку предварительные расчеты говорят о том, что стальной трос необходимой прочности рухнул бы под собственной тяжестью уже на высоте в 50 км. Однако теперь, с открытием сверхлегких и сверхпрочных нанотрубок, это стало возможно. По прогнозам исследователей первый такой космический лифт будет построен уже через 10–15 лет.

Вот какие небывалые возможности открывает перед человечеством наномир! Казалось бы – такие маленькие, совершенно невидимые вещицы, а сколько от них пользы? Прямо как в сказке: «маленький, да удаленький». Поэтому не зря Наннос гордится своими знаниями и ему уже не терпится начать рассказывать вам о других, не менее удивительных, достопримечательностях наномира… Но об этом – в следующем номере.

(В следующем номере мы отправимся наблюдать достопримечательности наномира… внутри человеческого организма)

Автор: Мария Рыбалкина