Наноматрицы шунгита: возникновение жизни и восстановление здоровья без лекарств

Эдуард Ваганович Осипов

Возникновение жизни на Земле, или Волшебное Чудо во Вселенной, до сих пор остается неразгаданной тайной. происхождении жизни, или абиогенеза — процесса превращения неживой природы в живую. В настоящей работе рассматривается не известная ранее научная версия влияния на происхождение жизни фуллеренов.

Наноматрицы шунгита: возникновение жизни

Глава 1. Воспроизведение морфологии частицы из НЕЖИВОЙ ПРИРОДЫ структурами семян растений из ЖИВОЙ ПРИРОДЫ

Визуальная демонстрация полного воспроизведения морфологии частицы НЕЖИВОЙ ПРИРОДЫ структурами семян растений из ЖИВОЙ ПРИРОДЫ

Ключом к написанию настоящей монографии стало обнаруженное мной впервые удивительно полное воспроизведение морфологии частицы из НЕЖИВОЙ ПРИРОДЫ — углеродной фуллерено-подобной квази-кристаллической частицы, полученной в процессе водной экстракции фуллеренов из горной породы шунгита модификации Sh-III — структурами семян растений из ЖИВОЙ ПРИРОДЫ (Рис.3 — 6).

Рис.3. Микрофото углеродной фуллерено-подобной квази-кристаллической частицы, полученной в процессе водной экстракции фуллеренов из шунгита Sh-III [1, 2].

— — — — — — — 0,5 мм

Рис.4. Микрофото семени опиумного мака в свободном доступе в интернете [3].

Рис. 5. Оптическая микрофотография фуллерено-подобной квази-кристаллической частицы, полученной в процессе водной экстракции фуллеренов из Sh-III,

Рис. 6. Оптическая микрофотография фуллерено-подобной квази-кристаллической частицы на стадии сворачивания и дальнейшего роста нитевидного кристалла сероуглерода при контакте с водой [2]. Сравните: диаметр молекулы С₆₀ = 0,714 нм, размеры фуллерено-подобных квази-кристаллических частиц ~1,4 мм, что в 2 миллиона раз больше. Поэтому в отличие от фуллеренов размеры фуллерено-подобных квази-кристаллических частиц сравнимы с размерами семян растений.

Уникальность шунгита Sh-III состоит не в том, что они могут содержать природные фуллерены, а в том, что при длительном контакте Sh-III с водой возможен процесс самоорганизации водорастворимых комплексных молекулярных центров — Наноматриц.

Все наши попытки получить аналогичные фуллерено-подобные квази-кристаллические частицы из Шунгито-подобных горных пород других месторождений (в том числе из горных пород Mangampet, которые нам любезно прислали из Индии) не дали положительных результатов.

Фуллереноподобие в Природе широко распространено. Например, радиолярии — микроскопические животные планктона, которые живут в маленьких кварцевых куполах, состоящих из шестиугольников и пятиугольников. Существует много пятиугольной симметрии в живых организмах, но только гексагональные — в неорганических материалах. Подобная форма известна давно и есть среди полурегулярных форм Архимеда, кроме того, сохранился рисунок деревянной модели такой формы, выполненной Леонардо да Винчи.

Возможно, открытая нами в углеродной фуллерено-подобной квази-кристаллической частице пентагональная симметрия, которая характерна только для живой Природы в отличие от гексагональной симметрии в кристаллических телах, является промежуточным звеном между живой и неживой материей. А обнаруженная нами самоорганизация на основе природных фуллеренов является промежуточной между «умной» самоорганизацией биологических структур и самоорганизацией неорганических материалов [4]. Пентагональная симметрия — промежуточное звено между живой и неживой Природой.

Углеродная фуллерено-подобная квази-кристаллическая частица — модель формирования структуры семян жизни

В семени вообще всё важно и максимально продумано. Ведь это будущее, надежда на новую жизнь, продолжение рода.

Природа в этом вопросе строга. Малейшее отклонение в «худшую» сторону и такое семя просто не прорастёт.

Семя растения — генеративный орган. Из него вырастает целое растение. Они очень разнообразны по форме и внешнему виду, но строение всех семян схоже. Растения, как и все другие известные живые организмы, передают свои признаки с помощью ДНК. В центре каждой клетки растения (от водорослей до орхидей) и в центре каждой клетки животного (от медузы до человека) есть копия генетического материала организма. ДНК несет полный чертеж организма. Это то, что передает свойства от одного поколения к другому.

Однако в случае воспроизведения структурами различных семян растений из ЖИВОЙ ПРИРОДЫ морфологии частицы из НЕЖИВОЙ ПРИРОДЫ — углеродной фуллерено-подобной квази-кристаллической частицы — все общепринятые закономерности не сработали известным ранее способом. В данном случае семена растений, передали свои признаки не с помощью ДНК. Копию генетического материала организма и полный его репринт Природа осуществила путём заимствования морфологии частицы из НЕЖИВОЙ ПРИРОДЫ — углеродной фуллерено-подобной квази-кристаллической частицы, полученной в процессе водной экстракции фуллеренов из Sh-III.

Что раньше появилось на Земле: горная порода Шунгит или растительность? Здесь нет сомнений: возраст Шунгита около 2 миллиардов лет! Только значительно позже возникли леса, из которых позже сформировались залежи каменного угля. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 300—350 млн. лет. Следовательно, за время более миллиарда лет возможность появления углеродной фуллерено-подобной квази-кристаллической частицы из Sh-III и воды по времени значительно опережало появление семян живых растений и оказало на них, как свидетельствуют фотографии на Рис.3 — 8, существенное воздействие.

Воспроизведение морфологии живых семян растений со структурой частицы из НЕЖИВОЙ ПРИРОДЫ — не совпадение, не гипотеза, не предположение, а реальный ФАКТ исполнения законов Природы. Семена жизни: растения под микроскопом:

Рис. 7. SEM-микрофотография фуллерено-подобной квази-кристаллической частицы, полученной в процессе водной экстракции фуллеренов из Sh-III [4].

— — — — — — — 0,5 мм

Рис. 8. Оптическая микрофотография семени мака в свободном доступе в интернете [6].

Последние исследования доказывают, что фуллерены давно существовали в Природе, пусть и в незначительных количествах. И вполне возможно, что возникновение Жизни в предбиотическую эпоху (т.е. миллиарды лет назад) не является первичным актом ее зарождения и этот процесс, под действием фуллеренов и фуллереноподобных структур, происходит непрерывно, влияет на развитие жизни, испытывает ее существующие формы и образует новые [4].

Ниже приводятся несколько гипотез о существенном влиянии фуллеренов на происхождение жизни на Земле.

ГЛАВА 2. Гипотезы влияния Фуллеренов на происхождение жизни

2.1. Жизнь не является сингулярностью

Связь фуллеренов с происхождением жизни анализируют в работе [7]. Авторы полагают, что благодаря уникальным свойствам фуллерена, эта чисто углеродная молекула была самым ранним прародителем жизни. ФУЛЛЕРЕН действовал как стабильная универсальная биологическая матрица, на которой спонтанно собирались небольшие молекулы, а затем путем дальнейшей сборки образовывали поверхностную мантию из более крупных молекул. Авторы утверждают, что этот процесс, благодаря присущей ему гибкости, инициировал эволюцию, позволив появиться параллельным разнообразным линиям поверхностной мантии, избирательно реагирующим на изменяющуюся пространственную среду. Например, линии поверхностной мантии, покрытые нуклеотидными и пептидными слоями, считаются первичными предшественниками вездесущих рибосом. Более того, параллельная независимая и взаимозависимая эволюция линий поверхностной мантии была бы более быстрой, чем последовательное развитие, опровергала бы предшествование либо ДНК, либо РНК и объясняла бы эволюцию интеграции двух субъединиц с различной структурой и функциями в рибосомы и триплетную природу генетического кода: кодоны, триплеты.

Авторы уверены, основываясь на последних астрономических данных, что эта гипотеза поддерживает концепцию о том, что жизнь не является сингулярностью. Эта концепция также предполагает потенциальный инструмент для терапии, биотехнологии и генной инженерии.

2.2. Фуллерен — инициатор до биологической эволюции

«Горно-вулканическую» гипотезу выдвинули в работе [8]. Большие залежи в Карелии горной породы Шунгит с относительно большим содержанием фуллеренов косвенно подтверждают эту концепцию: фотосинтезу должен был предшествовать абиологический процесс ассимиляции углекислоты. Процесс синтеза фуллерена катализируется самим фуллереном, то есть происходит процесс размножения (репликации), который до сих пор считается атрибутом только живой материи. Такие процессы могли происходить в пластах Шунгита, где кроме фуллерена, содержатся алюмосиликаты. Они сами по себе являются мощными катализаторами. Кроме того, Шунгиты содержат и карбонаты, которые и могли являться донорами углекислоты. Эти синтезы не нуждаются в квантах света hν, но повышенное давление должно было способствовать образованию углеводов. Таким образом, наиболее благоприятными условиями для начала химической эволюции должна была быть не поверхность земли, а недра — Шунгитовые породы. Вывод нестандартный: жизнь зарождалась не в океане, а в горных породах. В книге «Фуллерен и Феномен жизни» [8] утверждается, что фосфорный ангидрид, а значит, и фосфорные кислоты могли являться продуктами вулканической деятельности. Для начала возникновения жизни было необходимо только (P₄O₁₀) и Шунгит. Но без первоначального абиогенного синтеза нуклеотидов невозможен запуск биосинтеза нуклеотидов в процессе самовоспроизводства и саморепликации. С этого момента химическая эволюция плавно переходит в биологическую, при этом, меняя «прописку»: из продуктов горно-вулканической деятельности — в водную среду, которая более приспособлена для синтеза аминокислот, полипептидов, белковых структур и биоорганизмов в целом. По этой концепции, в процессе абиогенного синтеза нуклеотидов, к залежам шунгита должны добавиться залежи фосфата кальция. Удивительно, но именно, самые мощные в мире залежи шунгита и самые мощные залежи апатита, состоящие в основном из фосфата кальция, сосредоточены в одной и той же географической точке — на Кольском полуострове, который был полигоном эволюции [8].

2.3. Зажогинское месторождение Sh-III в Карелии — испытательный полигон для эволюции?

Роль углерода в развитии жизни, как структурной основы всех организмов, общепринята и является неотъемлемой частью эволюции. Но свойства углерода полностью зависят от структуры его молекулярной организации. В настоящей монографии рассматривается только уникальный шунгитовый углерод C_sh, который совершенно не похож на все известные углеродные материалы: такого неповторимого сочетания практически всех видов углеродных аллотропов нет ни в одной горной породе, кроме Sh-III Зажогинского месторождения в Карелии.

Зажогинское месторождение Sh-III — одно из крупнейших месторождений шунгитовых горных пород в мире [9]. Шунгитовые породы с вкраплениями туфов, доломитов и алевролитов залегают в районе северной части Онежского озера и под ним. В целом магматические породы составляют около 30% продуктивного ряда. В настоящее время выявлено и разведано в различной степени 25 месторождений, содержащих от 0,2 до 58,0 млн тонн высокоуглеродистых шунгитовых горных пород (Sh-III).

Хотя и в углях различных месторождений были идентифицированы фуллерены, Sh-III остается уникальным среди остальных горных пород в том плане, что образование водных растворов Наноматриц удалось реализовать только в водных экстрактах Sh-III. Это подтвердили наши контрольные эксперименты с разными углеродными композициями: аморфный графит, уголь, содержащий серу до 1.5%, битум и разные типы Sh.

Именно в породах Sh — III Зажогинского месторождения впервые в геологических образцах выявлено появление природных фуллеренов под действием лазерного излучения [10]. В этих мягких условиях возможен контакт углерода с расплавленной серой, элементарной серой и нагрев [11]. Такие условия встречались в Шунге, Богемском массиве и даже в Садбери. Элементарная сера могла возникнуть в результате деятельности бактерий, выветривания сульфидов или распада биологического вещества. Природные фуллерены Sh-III отличаются тем, что они могли образоваться в твердом состоянии, хотя большинство искусственных фуллеренов выращиваются из газовой фазы. «Это первый пример твердофазного роста фуллеренов», — заключает профессор R.L. Hettich [11]. Похожая версия происхождения шунгита, активной основой которого является фуллерен, обоснована в [12]: «Шунгит — продукт экстремальной конденсации с полной дегидратацией углеводов, с дальнейшим спеканием с алюмосиликатами, карбонатами и т. п. под воздействием температуры или давления. Сами углеводы могли образоваться в небольших количествах при полимеризации формальдегида» по цепи, рассмотренной в книге «Происхождение и принципы эволюции» [12].

Зажогинское месторождение в Карелии могло стать полигоном для эволюции, так как для этого было достаточно наличия части шунгита Sh-III под Онежским озером и миллиарда лет контакта Sh-III с водой. При таком длительном контакте с водой происходит прежде всего вымывание алюмосиликатной компоненты Sh-III (см. Главу 4), что влечет за собой последующее диспергирование всех составляющих горной породы, готовых к образованию углеродных супрамолекулярных структур (см. Главу 6). Это важно, потому что в процессе контакта Sh с водой выщелачивается в основном именно алюмосиликатная фаза, которая ответственна не только за первоначальную массовую многостадийную химическую реакцию с водой, но и за последующую дисперсию всех ее элементов в процессе дальнейшего контактирования с водой и экстракцию фуллеренов. Таким образом, при длительном контакте с водой достигается максимально возможная выщелачиваемость, т.е. способность различных элементов, в том числе фуллеренов, содержащихся в Sh, переходить в воду. Адсорбционные характеристики Sh после водной дисперсии возрастают значительно: удельная поверхность более 350 м²/г, объем пор 0.5 см³/г, вместо обычных значений, характерных для Sh (из месторождения Шуньга): 25.9 м²/г, 0.03 см³/г [9, 10].

Обнаруженная нами впервые самоорганизация фуллерено-подобных квази-кристаллических частиц из низкомолекулярного углерода, графенов, графитоподобных пакетов и природных фуллеренов в водном экстракте Sh-III происходит в результате непрерывного процесса самоорганизации этих компонентов на матрице, роль которой в Sh-III играют Наноматрицы. Процесс самосборки наноструктур на основе природных фуллеренов в воде зависит от многих факторов, главными из которых являются состав и дисперсность Sh. Природа за миллиарды лет создала в этом природном нанокомпозите такой оптимальный элементный состав и молекулярную структуру, которые in vitro невозможно репродуцировать. Подтверждением этому является, например, совместное сосуществование в Sh-III кристаллического кремнезема и различных модификаций углерода (графенов, нанотрубок, низкомолекулярного углерода, фуллеренов) высокой реакционной способности. А в нашем случае наноструктуры созданы не искусственно, а самой природой. То, что создано природой не нуждается в улучшении. Неожиданности природа подготовила и на этот раз. Так в отличие от общепринятой точки зрения, наши исследования показали, что определенные модификации Sh-III можно рассматривать как глобулярно организованную углеродную матрицу, включающую в себя высококонцентрированную фуллерен-содержащую сажу и минеральную компоненту. Противоречие между этой моделью и возможностью выделения фуллеренов в водный экстракт проявилось лишь после обнаружения в экстрактах сольватированного и свободного сероуглерода СS₂. Таким образом, экстракция идет обычными методами, а низкий выход фуллеренов связан не только с закрытым характером пор, но и с взаимодействием «сажевой» оболочки на фуллеренах с углеродной матрицей. Нужно длительное время контакта Sh-III с водой, либо анодным травлением, или интенсивной механоактивацией и обогащением Sh развалить глобулярную организацию и повысить выход фуллеренов в раствор до 1.0 — 2.0% от массы образца [4]. Ниже воспроизведён возможный способ естественного получения углеродных фуллерено-подобных квази-кристаллических частиц из Sh-III при длительном контакте с водой.

ГЛАВА 3. Сюрпризы шунгита Sh-III — ключевой фактор самоорганизации углеродных фуллерено-подобных квази-кристаллических частиц

3.1. Противоречивые данные о концентрации фуллеренов в шунгитах

Необходимым и достаточным условием естественной самоорганизации фуллерено-подобных квази-кристаллических частиц в процессе длительного контакте Sh-III с водой является уникальные свойства шунгитового углерода С_Sh и достаточная концентрация природных фуллеренов.

Природные фуллерены (С₆₀ и С₇₀) были первоначально открыты в процессе исследования механизма формирования молекул углерода [13] в космических условиях, в так называемых углеродных звездах или в ближайшем их окружении. О том, что фуллерены имеются в земной коре, стало известно уже после их открытия, т.е. после присуждения Нобелевской премии 1996 года, вызвавшей небывалый интерес к новой форме существования материи. Правда, содержание их невелико и распределены они весьма неравномерно, поэтому химические исследования земных фуллеренов вряд ли сегодня можно считать полными. Удалось определить время появления исследованных фуллеренов на Земле. Кратер от падения канадского метеорита образовался 1,85 млрд лет назад, в архейскую эру, когда Земля еще была безжизненна, «безвидна и пуста». Другие фуллерены появились гораздо позже.

Горные породы, похожие на Sh, найдены и в других странах: Казахстан, Канада, Индия. Согласно статье в журнале Geological Society of India в 2007 г., фуллерены найдены в горных породах Mangampet. Основные надежды Mineral Development Corporation связаны с получением чистых фуллеренов из этой горной породы для коммерческих целей. Однако, пока о практических результатах такого производства фуллеренов никаких сообщений нет.

До 1993 г. ни в одной из опубликованных работ не был выявлен свободный углерод в экстрактах на основе неполярных растворителей, традиционных для извлечения фуллеренов из синтетических фуллеренсодержащих саж. После установления факта появления под действием мощного лазерного излучения фуллеренов в ряде высокоуглеродистых Sh [10] и начала систематических работ в этом направлении, концентрация наиболее распространенных С₆₀ и С₇₀ в экстрактах на основе неполярных растворителей оценивалась от следовых количеств [14, 15] до 0,1% [16]. Низкие оценки концентрации фуллеренов в Sh могут быть обусловлены рядом факторов. Наиболее существенными из них являются как техника измерения, так и ее интерпретация. Например, Mossman [17] подтвердил присутствие фуллеренов в Onaping Formation, Black Tuff из Sudbury, Ontario, но не нашел фуллеренов в высокоуглеродистых Sh из района Онежского Озера в Карелии. Ранее авторы [10] отмечали, что отсутствие природных фуллеренов в Sh, может быть связано с чрезвычайной неоднородностью породы. Авторы [17] утверждают: «Альтернативные объяснения включают в себя возможность того, что природные фуллерены не встречаются в Sh, или, что открытие природных фуллеренов в Sh, возможно, было артефактом анализа». Потенциальной проблемой в этих исследованиях является то, что при определенных условиях эксперимента фуллерены могут генерироваться лазерным излучением, искажая полученные результаты. Например, в условиях лазерной абляции (плотность мощности излучения лазера больше, чем 10⁸ Вт/см²), фуллерены могут быть получены из графитового материала. Именно такая ситуация имеет место в [10], где впервые предполагалось наличие фуллеренов в Sh. Плотность мощности в этой работе была достаточной для разложения C_{Sh и} синтеза C_60—70 из сажи. Поэтому эти результаты лишь подтверждают возможность синтеза фуллеренов в C_Sh при внешних воздействиях. Более того, отсутствие калориметрических данных о существовании природных фуллеренов в C_Sh, ограниченное пространство для формирования кристаллического фуллерита и наши данные об глобулярной организации C_Sh являются причиной полагать, что SEM микрофотографии высокого разрешения в работе [10] соответствуют лишь глобулярной организации сажевого углерода.

Напротив, другие исследователи, например, G. Parthasarathy et al. [14] сообщают, что обнаружили природные фуллерены в образцах Sh из Кондопоги, другого месторождения Sh в Карелии (60 км юго-западнее Шуньги). Образец Sh был блестящим и содержал ~10 вес. % углерода. Для обнаружения природных фуллеренов G.Parthasarathy вместо LDI, который, как известно, создает фуллерены под действием лазерного излучения, использовал масс-спектрометр ионов высокой энергии EIMS (electron-impact ionization mass spectrometer). Для большей надежности наличие природных фуллеренов в Карельских Sh проверяли еще с помощью XRD (powder X-ray diffraction) и NMR (¹³C-nuclear magnetic resonance). Они пришли к выводу, что природные фуллерены (C₆₀ и C₇₀, измеренные до ppb) в Sh существуют.

Совершенно другой подход к оценке содержания фуллеренов в Sh использовали в [18]. Относительно низкая концентрация фуллеренов (менее 0,01%) не позволяет рассматривать их как вещество ответственное за каталитические, медико-биологические и водоочистные свойства Sh. В этом случае известные полезные свойства Sh должны связываться с особенностями его структуры, в частности глобулярной организацией углеродного вещества и возможным фуллереноподобием С-глобул. Расчетная оценка предельно допустимой концентрации фуллеренов соответствует аналогичной концентрации в водном экстракте Sh при катодном осаждении совместно с сажевой компонентой. Сравнительный анализ макрофизических величин Sh-1, графита, стеклоуглерода и фуллерита С₆₀ допускает присутствие до 50% фуллеренов в составе сажевой компоненты С_Sh. Такая оценка позволяет рассматривать С_Sh как глобулярно организованную матрицу, включающую природную фуллеренсодержащую сажу, а фуллерен — как одну из основных компонент, ответственных за фильтрующие, биоактивные и каталитические свойства Sh. Анализ плотности, пористости и ряда других макрофизических параметров стеклоуглерода, графита, фуллерита С₆₀ и Sh-1 указывают [18] на возможность присутствия (до 3%) фуллеренов в C_sh.

Хотя споры о том, есть фуллерены в шунгитах или нет, идут до сих пор, природные фуллерены, как нами установлено, не только могут исходно присутствовать в некоторых модификациях горной породы Sh-III, но при определенных условиях, даже синтезироваться в процессе водной экстракции фуллеренов из шунгита Sh-III. При этом, каких фуллеренов будет больше, зависит не только от модификации шунгита и минеральной компоненты, но и от содержащихся в них примесей (главным образом металлических и серы) и типа растворителя.

3.2. Модификации шунгита Зажогинского месторождения

Свойства Sh зависят не только от содержания углерода, но и от минеральной компоненты, которая даже при относительно постоянном содержании углерода может резко различаться по составу в пределах одного небольшого куска. Дальнейшие исследования показали, что одни месторождения Sh действительно содержат фуллерены, в то время как другие — лишь сажистые вещества [19]. Даже Sh-1, в котором с помощью мощного лазерного излучения удалось создать фуллерены [10] и который все считают наиболее перспективным для получения наибольшего количества фуллеренов, мало пригоден для образования гидратированных фуллеренов. Sh-1 в воде не растворяется! Исследования биологической активности гидратированных фуллеренов показали, что они являются мощнейшими антиоксидантами длительного действия. Они оказывают противовирусное, антиамилоидное, противоаллергическое, противоопухолевое, гепатопротекторное, антиатеросклеротическое действие, стимулируют иммунную систему и предупреждают возрастные изменения в организме.

Механизм взаимодействия Sh-III с водой основан на его способности как сильного восстановителя поглощать кислород, активно взаимодействуя с ним в воде и на воздухе. В этом процессе образуется атомарный кислород, который, как подчеркивает «The international recycling symbol»,является сильнейшим окислителем и окисляет адсорбированные органические вещества до CO₂ и H₂O, освобождая поверхность Нанопорошка для новых актов адсорбции. Появилась уникальная возможность разлагать небольшие концентрации различных органических примесей (гептил, диоксин, лекарства и т.д.), нейтрализовать следы фармацевтических препаратов, которые проходят незамеченными через все современные системы очистки. В природе нет веществ, способных на это, кроме Sh-III.

Выбор нами Sh-III с концентрацией углерода 28—32% определен с одной стороны, их промышленной значимостью, а с другой — постепенным уменьшением механической прочности по мере роста концентрации углерода с 28 до 32% за счет смены типа несущей матрицы с кремнисто-алюмосиликатной — на углеродную. В результате, как следствие получаем наименьшее сопротивление к истиранию, что важно для получения нанопорошков.

Чтобы быстро добиться сохранения и повторяемости уникальных свойств Sh-III, необходимо получение Нанопорошка (размер частиц менее 1 микрона), содержащего природные фуллерены. Нанопорошки позволяют более эффективно взаимодействовать с водой и приводить к образованию гидратированных фуллеренов. Если роль углерода в развитии жизни, как структурной основы всех организмов, общепринята и является неотъемлемой частью эволюции, то роль шунгитового углерода не столь ясна.

3.3. Уникальный шунгитовый углерод C_sh

C_sh не похож на все известные углеродные материалы: такого неповторимого сочетания практически всех видов углеродных аллотропов нет ни в одной горной породе, кроме карельского Sh-III. Sh-III кроме макро — и микроэлементов, содержит минеральную и углеродную компоненты, включающие примеси алюмосиликатов, карбонатов и сульфидов металлов. Между углеродной и силикатной компонентой существует прочная связь. Такая структура и состав пород сообщают Sh-III ряд необычных физических, химических, физико-химических и технологических свойств. По составу, структуре и свойствам образования Sh-III уникален, а термин «шунгитовый углерод» (C_sh) закрепился, благодаря его непохожести на все известные углеродные материалы:

— С_sh представляет собой необычный по структуре природный нанокомпозит — состоящий из двух взаимопроникающих матриц из наноразмерных частиц углерода и кремнезема.

— Минеральная и углеродная матрицы насыщены специфическим (не графитизируемым, т.е. не покрывающим в виде графита) углеродом в некристаллическом состоянии, характеризуемое отсутствием дальнего порядка в расположении атомов.

— В отличие от обычных углей — не горит, хотя содержит много углерода.

— Различие между C_sh и графитом — значительно. Из графита можно получить алмаз, из алмаза — графит. Но из графита нельзя получить C_sh и из C_sh — графит.

— В отличие от стеклоуглерода, который получают при температурах выше 2000 ⁰С, в C_sh полностью отсутствует карбид кремния, т. е. Sh никогда не нагревался до таких температур.

— Основным отличием C_sh от всех известных углеродных материалов является наличие в нем глобул — эллипсоидных многослойных образований с порой внутри, в основе которых лежит гексагонально-подобная ячейка углеродных атомов с анизотропией искажений в двух неэквивалентных направлениях.

— Большая часть аллотропных форм углерода не только содержатся в С_Sh, но и определяют его основные свойства.

Рис.9. Аллотропы углерода в структуре шунгитового углерода.

Углерод, имеющий первостепенное значение для Sh, не является ни черным, ни прозрачным, ни мягким, ни твердым, ни проводником, ни изолятором. Все зависит от структуры его молекулярной организации. Аллотропные модификации углерода по своим свойствам наиболее радикально отличаются друг от друга: от мягкого к твёрдому, от непрозрачного к прозрачному, от абразивного к смазочному, от недорогого к дорогому.

Алмаз (электрический изолятор) — трехмерная (пространственная) форма углерода, которая сформирована атомами углерода в состоянии sp³-гибридизации.

Графит (проводник) — двумерная (плоскостная) форма углерода, которая сформирована атомами углерода в состоянии sp²-гибридизации.

Карбин (полупроводник) — линейная форма углерода с sp-гибридизацией атома углерода.

Аморфные (древесный уголь, сажа, нано-пена) и кристаллические (нанотрубки, алмазы, фуллерены, графит, лонсделит) аллотропы углерода:

— Графито-подобные пакеты одинаковые (3 х 3 нм) [20], (1 нм=10^—9 метра).

— Графены (Нобелевская премия по физике за 2010 год) представляют собой однослойные двумерные углеродные структуры, поверхность которых регулярным образом выложены правильными шестиугольниками со стороной 0,142 нм и атомами углерода в вершинах. Графен является одним из структурных элементов С_sh наряду с непланарным графеновым фрагментом в форме чашечки размером 0,4 — 0,7 нм [21].

— Нанотрубки — это полые цилиндры, которые образованы свернутыми листами толщиной всего в один атом углерода. SEM микрофотографии нанотрубок наряду с нанобаррелями, наноконусами и др. из модифицированного Sh-III приведена в [22]. Ученые из Rice University’s Center for Biological and Environmental Nanotechnology, CBEN провели большое токсикологическое исследование водорастворимых фуллеренов и углеродных нанотрубок и установили, что водорастворимые углеродные нанотрубки, как и фуллерены, при единичных химических модификациях нетоксичны.

— Низкомолекулярные углерод (С₆ — С₁₀) и сера (S₂ — S₄) играют особую роль в различных модификациях супрамолекулярной самосборки углеродных структур из водных экстрактов Sh-III (см. Главу 5).

— Фуллерены (Нобелевская премия по химии за 1996). Все молекулы фуллеренов представляют собой замкнутую поверхность, образованную пяти — и шестиугольниками. Пятиугольник, встроенный в графитовую плоскость, индуцирует ее искривление на 30 Å (1 Å = 10^—10 м), поэтому во всех таких структурах имеется 12 пятиугольников, что обеспечивает замкнутую поверхность, и n шестиугольников. Таким образом, все эти молекулы отличаются друг от друга количеством шестиугольников. В фуллерене С₆₀ атомы углерода, занимающие вершины шестиугольника, располагаются в одной плоскости. В фуллеренах с большим числом атомов, шестиугольники, образующие поверхность молекулы, искажаются и потому С₆₀ является наиболее устойчивой и наиболее распространенной молекулой в природе. Он образует многогранник, состоящий из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников, как в футбольном мяче (Рис.2 d).

Открытием природных фуллеренов в некоторых типах Sh отмечен поворотный момент в области уникальных свойств этой горной породы. Такого неповторимого сочетания практически всех видов углеродных аллотропов нет ни в одной горной породе, кроме Sh-III.

Неисчерпаемость эпохи аллотропов углерода подчеркивает престижный журнал Nature Materials [23]: «25 лет прошло после открытия С₆₀ и уникальных свойств и возможностей применения синтетических аллотропов углерода — фуллеренов, нанотрубок и графена — но они в подавляющем большинстве случаев продолжают иллюстрировать выдающееся научно-техническое значение».

В чем причина того, что до сих пор химические и физические свойства элементарных форм углерода продолжают удивлять и химиков, и физиков? Почему, казалось бы, давно известные и хорошо понятные структуры алмаза и графита (на который больше всего и похожи вновь открытые структуры) не проявляют, например, окислительных свойств, как это имеет место в случае фуллеренов и нанотруб? Самый общий ответ кроется в особенностях электронной и атомной структур этих соединений. Если в классических плоских ароматических структурах s- и σ — связи геометрически являются ортогональными, то в фуллеренах и нанотрубах, за счет ненулевой кривизны поверхностей — нет. Эта неортогональность и определяет практически все многообразие и отличие их свойств. Синергетическое или согласованное воздействие всех составляющих Sh-III на организм человека ещё только предстоит исследовать, но исторический опыт показывает, что, если бы даже все человечество поголовно занялось бы изобретательством, оно не смогло бы в конечном итоге создать ничего более совершенного и притом простого, чем рождаемое Природой. То, что создано Природой нуждается не в улучшении, а в бережном сохранении того, что уже имеем. С этой точки зрения Sh-III считается неисчерпаемым источником дальнейших исследований и даже в простейшем случае использования только воды при экстрагировании, Sh-III преподносит неожиданные сюрпризы.

3.4. Сюрпризы шунгита Sh-III

Неожиданные СЮРПРИЗЫ Sh-III стали ключевым фактором решения проблем самоорганизации углеродных фуллерено-подобных квази-кристаллических частиц. Эти проблемы были связаны с тем, что появление и стабильное присутствием Наноматриц оставалось непредсказуемым. Дело в том, что появление Наноматриц отсутствует, если водный экстракт Sh-III, содержащий относительно высокую концентрацию солей кальция, а также сольватированную и/или/адсорбированную серу, кластеры углерода или сероуглерода на фуллеренах, содержит соединения, препятствующие агрегации фуллеренов. Их можно избежать, используя Нанопорошок из специально очищенной и обогащенной породы Sh-III с определенным содержанием углеродной смеси высокой реакционной способности, с определенным соотношением Ca/S, с определенным содержанием углерода, определенной структурой несущей углеродной матрицы и с созданием специальных условий для осуществления самосборки Наноматрицы. Необычность результатов предопределило проведение контрольных экспериментов на других объектах углеродного состава: аморфном графите, угле с содержанием серы до 1,5% и нефтяном битуме, — которые подтвердили, что устойчивое образование Наноматриц происходит только из водной среды экстракта Sh-III. Дальнейшие исследования [4] Sh-III открыли совершенно новые свойства непредсказуемого шунгита, способного создавать ранее неизвестные морфологии упорядоченных углеродных частиц.

Конец ознакомительного фрагмента.