Kolme minuti loeng: kõrbenud piparkooki ja söetabletti eristavad poorid

Foto: Riinu Härmas

Süsi on mõiste, mida argielus väga tihti pruugitakse. Teaduslikul lähenemisel avaneb selle taga aga põnev maailm. Mis vahe on näiteks söetabletil, söestunud piparkoogil ja tööstuses kasutataval süsinikul? Tartu Ülikooli keemia doktorant Riinu Härmase sõnul on neil väga erinev ülesehitus. Süsiniku kasutusvõimalused määrabki justnimelt selles olevate pooride hulk.

Kui piparkooke teen, siis ikka mõnikord juhtub, et need kõrbevad ära. Väiksena ema seepeale lohutas mind, et "süsi on kõhule kasulik". Ilmselt ta pidas silmas neid aktiivsöe tablette, mida apteegis müüakse. Kui erinev see kõrbenud piparkook ikka söetabletist on?

Nüüd tean, et erineb ikka küll. Aktiivsöe tabletis on tohutult palju silmale nähtamatuid augukesi ja avausi ehk poore, mis annavad tabletile üüratu pindala massi kohta. Kõigest üks gramm seda tüüpi süsinikku võib laialilaotatuna katta kuni 2000-ruutmeetrise pindala. Nii toimib süsinik umbes nagu kokku kortsutatud paber: peale vaadates tundub, et pindala on väike, aga laiali harutades on see päris suur. Samas on kõrbenud piparkoogi pindala suuresti see, mis peale vaadateski: näiteks nagu ping-pongi pallil.

See tohutult suur pindala massi kohta annabki aktiivsöele tema erilised omadused ja rakendused, sest kui süsiniku pind on puhas, saab see endaga siduda igasugu aineosakesi. Nii kasutatakse aktiivsütt vee ja õhu puhastamiseks ning kõhuhädade ravimiseks.

Veel üks põnev valdkond, kus poorseid süsinikke kasutatakse, on energia salvestamine. Seal kasutatakse süsinikku superkondensaatorites, kütuseelementides, patareides ja gaaside salvestamiseks. Seega on poorne süsinik tuleviku energeetika jaoks oluline materjal.

Rohkem või vähem poorset süsinikku võib saada loendamatul hulgal eri viisidel. Jääb ainult valida, mida põhja kõrvetada: piparkooki, mahalangenud puulehti, kohvipaksu või mida iganes. Küll aga sõltuvalt süsiniku saamise viisist on poorid selle sees erinevad. Erinevad nii pooride kuju, nende suurus kui ka mingi kindla suurusega pooride hulk.  

Minu doktoritöö eesmärk on uurida süsinikmaterjali struktuuri, et aru saada millise struktuuriga süsinik millisesse rakendusse sobib. Näiteks superkondensaator saab salvestada seda rohkem energiat, mida rohkem ioone süsiniku pinnale mahub.

Leidsime, et superkondensaatoris ei mängi üldse rolli poorid, mis on väiksemad kui seitse angströmit, sest sinna ioonid hästi sisse ei mahu. Seitse angströmit on umbes sama mitu korda väiksem juuksekarva läbimõõdust kui sipelga pikkus tuulegeneraatori pikkusest. Igatahes on need samad seitsme angströmi suurused poorid just kõige paremad vesiniku hoiustamiseks. 

Kõrbenud piparkook ja söetablett näevad väga sarnased välja nagu minu uuritavad süsinikmaterjalidki. Samas rakenduste jaoks, olgu see siis kõhu korrastamine või energia salvestamine, on need väga erinevad. Need erinevused pole lihtsalt silmaga näha.

Riinu Härmas on Tartu Ülikooli keemia doktorant. Loeng valmis kolme minuti loengute konkursi TÜ eelvoorus.

Toimetaja: Airika Harrik

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: