Dziwne atraktory

Chemicy wytwarzajà ju˝

niemetaliczne magnesy

N

ikogo nie zaskakuje, ˝e poru-
szanie magnesem nad naczy-
niem z opi∏kami ˝elaza spra-

wia, i˝ ustawiajà si´ one pionowo na
jednym ze swoich koƒców. By∏oby jed-
nak czymÊ zupe∏nie niezwyk∏ym, gdy-
by poruszanie magnesem nad fili˝ankà
kawy spowodowa∏o nagle wyciàgni´-
cie ca∏ej zawartej w niej kofeiny
na powierzchni´. Podobnie zdu-
mielibyÊmy si´, jeÊliby raptem ja-
kaÊ stara Êwiat∏okopia przywar-
∏a do Êcianki lodówki. Trzeba
uczciwie przyznaç, ˝e nieco fan-
tazjujemy, chemikom uda∏o si´
jednak ostatnio tak zmodyfiko-
waç te same organiczne sk∏adni-
ki, które tworzà kofein´ i niebie-
ski barwnik stosowany do spo-
rzàdzania fotokopii, ˝e mo˝na
z nich wytworzyç magnesy l˝ej-
sze, bardziej elastyczne i ∏atwiej-
sze do wyprodukowania ni˝
zwyk∏e metalowe.

Istnienie magnesów niemeta-

licznych jest mo˝liwe, poniewa˝
magnetyzm nie jest w∏aÊciwoÊcià
metali jako takich, lecz zawartych
w nich elektronów. Jedna z w∏a-
snoÊci elektronów zwana spinem
powoduje, ˝e zachowujà si´ one
jak maleƒkie magnesy, majàce
swoje po∏udniowe i pó∏nocne bie-
guny. Kiedy spiny wielu sà-
siadujàcych elektronów sà tak sa-
mo skierowane, tworzà po pro-
stu znane wszystkim bieguny
magnesu. Niektóre metale ∏atwo
si´ magnesujà, poniewa˝ majà
ogromnà liczb´ elektronów ch´t-
nie ustawiajàcych si´ w magne-
tycznym porzàdku. Tak˝e pewne sub-
stancje niemetaliczne majà elektrony, na
które mo˝na oddzia∏aç podobnie.

Joel S. Miller, pracujàcy obecnie w

University of Utah, i Arthur J. Epstein
z Ohio State University odkryli pierw-
szy taki organiczny magnes w roku
1985. Chocia˝ badany zwiàzek chemicz-
ny zawiera∏ atomy ˝elaza, o jego zdolno-
Êci przyciàgania decydowa∏y przeró˝-
ne dodatki organiczne. Inni badacze
spreparowali od tej pory magnesy ca∏ko-
wicie organiczne. W Japonii w roku 1991

otrzymano zwiàzek o w∏aÊciwoÊciach
magnetycznych, zwany nitroksydem
4-nitrofenylonitronowym, zawierajàcy
w∏aÊnie w´giel, wodór, azot i tlen – te
same sk∏adniki, które wyst´pujà w ko-
feinie i w niezliczonej liczbie biologicz-
nych zwiàzków.

Pierwsze substancje tego typu nie mo-

g∏y znaleêç praktycznych zastosowaƒ,
poniewa˝ stawa∏y si´ magnesami jedy-
nie wtedy, gdy ozi´biono je do tempera-
tury niemal zera bezwzgl´dnego. Obec-
nie nie jest to ju˝ konieczne. Miller
i Epstein opracowali magnes na bazie
organicznej, zachowujàcy swoje w∏aÊci-
woÊci a˝ do 75°C. Ten zwiàzek chemicz-

ny sk∏ada si´ z atomów niemagnetycz-
nego metalu – wanadu – otoczonych
organicznymi czàsteczkami tetracyja-
noetenu, inaczej TCNE.

Zespó∏ francuski kierowany przez Mi-

chela Verdaguera z Université Pierre et
Marie Curie w Pary˝u równie˝ wypro-
dukowa∏ magnesy dzia∏ajàce w tempe-
raturze pokojowej, których podstawà
jest barwnik zwany b∏´kitem pruskim,
u˝ywany niegdyÊ do nadawania koloru
Êwiat∏okopiom i wyrobom tekstylnym.
Te ciemnoniebieskie zwiàzki, sporzà-

dzone z atomów wanadu i chromu oto-
czonych ligandami organicznymi, przy-
ciàgajà inne magnesy w temperaturze
nawet oko∏o 42°C.

Gregory S. Girolami z University of

Illinois, zajmujàcy si´ magnesami opar-
tymi na b∏´kicie pruskim, wyjaÊnia, ˝e
nowe materia∏y niemetaliczne magne-
tyzujà si´, gdy˝ ich atomy sà uporzàd-
kowane w sztywne sieci zacieÊniajàce
niektóre wiàzania mi´dzy nimi, co
sprzyja uporzàdkowaniu spinów elek-
tronów, które si´ w nich znajdujà. Che-
micy eksperymentujà z tymi siecia-
mi tak, by otrzymaç magnesy orga-
niczne, dzia∏ajàce nawet w jeszcze

wy˝szych ni˝ obecnie tempe-
raturach i konkurujàce pod
wzgl´dem si∏y z ˝elaznymi
odpowiednikami.

Poniewa˝ magnesy organicz-

ne funkcjonujà ju˝ w tempera-
turze pokojowej, in˝ynierowie
rozwa˝ajà wykorzystanie tych
zalet, których nie majà metale.
Magnesy te powinny ∏atwiej si´
zginaç i rozciàgaç, a ponadto
byç taƒsze w produkcji od ma-
gnesów metalowych, które za-
zwyczaj wytwarza si´ w tem-
peraturach zbli˝onych do tem-
peratur wn´trza wulkanu. Ela-
styczna pow∏oka magnetyczna
lub du˝ej g´stoÊci magnetycz-
ny noÊnik danych sà dwiema
narzucajàcymi si´ mo˝liwoÊcia-
mi ich wykorzystania.

Wkrótce po ukazaniu si´ pu-

blikacji o magnesach organicz-
nych pracujàcych w tempera-
turze pokojowej do Millera
zg∏osi∏a si´ firma kosmetyczna
(„Nie jestem pewny, czego
chcieli” – twierdzi) oraz lekarz
majàcy nadziej´ na popraw´

dzia∏ania magnetycznych zasta-
wek w sztucznych sercach. Po-
niewa˝ jednak zwiàzek wanadu
z TCNE reaguje z tlenem wybu-

chowo, a magnesy z b∏´kitem pruskim
z czasem s∏abnà, na szerokie ich zasto-
sowanie trzeba b´dzie jeszcze poczekaç.

Mimo tych problemów wizja lekkie-

go, plastycznego magnesu zaintereso-
wa∏a wielu naukowców. Niektórzy
z nich badajà niezwyk∏à zdolnoÊç ma-
teria∏ów do zmiany w∏aÊciwoÊci magne-
tycznych pod wp∏ywem Êwiat∏a – cech´
atrakcyjnà, jeÊli chodzi o du˝à g´stoÊç
systemów optycznych s∏u˝àcych do
przechowywania danych.

Sasha Nemecek

Â

WIAT

N

AUKI

Lipiec 1997 17

TECHNIKA

I

BIZNES

CHEMIA

NIEMETALICZNY MAGNES (wewnàtrz probówki

z prawej) uzyskano z dwóch cieczy

widocznych po lewej stronie.

JOEL S. MILLER

University of Utah