Pitanje što se događa kada se griju, ili – bolje rečeno – žare bakrove soli organskih kiselina pitanje je iz kemije za osnovnu školu da ne kažem za razgovor u spilji u doba kamenog doba. Sve se organske tvari pri temperaturi od 400 do 600 ^oC pretvaraju u ugljen. Soli pak bakra, primjerice modra galica, prelaze žarenjem u bakrov(II) oksid, CuO. Taj se oksid potom reducira ugljenom u bakar. Ukratko: žarenjem bakrovih soli organskih kiselina nastaje bakar i ugljen, uz obilje plinova, razumije se. A što je sa spiljom iz kamenog doba? To sam spomenuo zato što su na taj način naši pretci dobili prvi metal, bakar – a jesu li još tada bili u kamenom dobu ostavljam pametnijima od mene da odgovore. Otkriće bakra dogodilo se naime tako da su ljudi ogradili ognjište nekim novim, obojenim kamenom, a kada se vatra ugasila u pepelu su pronašli kuglice metala. Tako je bakar postao prva kovina koju  je čovjek dobio iz rude, no ne i prva kovina  uopće, jer se već znalo za zlato (iz stijena u samorodnom stanju), no i za željezo, koje je s neba palo na zemlju.

No evo nas, kao u Kubrickovoj Odiseji, iz kamenog u svemirskom dobu. Zagrijavamo li bakrovu sol trimesilne kiseline (benzen-1,3,5-trikarboksilne kiseline, Cu₃[C₆H₃(COO)₃]₂), dobit ćemo, znamo, bakar i ugljen. No to nije dovoljno – za  današnju znanost. Trebamo dobiti strukturirani bakar i strukturirani ugljen. I tako stižemo do nanotehnologije.

Riječ je o znanstvenom radu objavljenom ovog mjeseca u časopisu Matter iza čijeg se grozomornog naslova „Graphene-metal-metastructure monolith via laser shock-induced thermochemical stitching of MOF crystals“, krije sasvim jednostavna kemija. Odvojene kristale (monokristale) bakrova(II) trimesilata, koji se zbog samo znanstvenicima poznatih razloga zove MOF (metal-organic framework), spržili su laserom. Pritom je temperatura porasla na 2000 ^oC, a tlak na 300 MPa  (3000 bar). Zahvaljujući ekstreminim uvjetima, a posebice brzini reakcije (koja je trajala samo 3 ms), nisu dobili amorfnu smjesu bakra i ugljena, nego „monolit grafitno-metalne metastrukture“ (graphene-metal-metastructure monolith, GMM), drugim riječima „češer“ od grafena i nanočestica bakra visok jedva 0,02 mm. (I to je nekakav monolit!)

U tom „češeru“ ima, pokazale su analize, točno 61,4 % bakra, ostalo (38,6 %)  je ugljik (na dva atom bakra dolazi sedam atoma ugljika). Nanočestice bakra (metal nanparticles, MNP), promjera 12 nm, na zraku brzo oksidiraju, no kada su zaštićene ugljikom (grafenom), kao u ovom slučaju, ostaju nepromijenjene barem 12 mjeseci. Štoviše, bakrene čestice obložene ugljikom nisu se otapale ni u zlatotopki (aqua regia), smjesi dušične i klorovodične kiseline – jedinoj kiselini koja otapa zlato! No, to nije sve. Površina stakla prekrivena dvije stotinke milimetra visokim „češerima“ apsorbira 99,4 % Sunčeva zračenja i to u rasponu valnih duljina od 300 do 2600 nm – što znači i izvan područja vidljive svjetlosti (400 – 700 nm). Tajna je u tome što se neapsorbirano zračenje uzastopno, i do 30 puta, odbija od ljuski „češera“.

Primjena površine pokrivene monolitima od bakra i ugljika je očita: istraživanje je i pokrenuto da bi se dobila što što crnija boja za solarne kolektore.  Pri tome se mislilo ne toliko na kolektore koji  na krovovima kuća služe za grijanje vode, nego kao dijelove uređaja za dobivanje slatke vode destilacijom morske. Pogodnost novog crnog premaza je i njegova mala površinska gustoća, 32 g m^-2, što znači da  ne bi bio previše skup (jednim kilogramom bakra može se zacrniti 51 m² površine). Dobra strana novog premaza je i njegova mala toplinska vodljivost. Ona iznosi 0,048 Wm^-1K^-1, što je 13 puta manje od toplinske vodljivosti vode, a blizu je toplinskoj vodjivosti čađe  (0,067 Wm^-1K^-1). Zbog toga će budući solarni grijači teže gubiti toplinu kada sunce zađe za oblake.

Na kraju mi je nešto reći i o onome čemu je namijenjen novi, „monolitni“ premaz, naime o desalinizaciji. Čini se neekonomičnim pretvarati morsku u pitku vodu destilacijom: za isparavanje  jedne litre vode treba utrošiti  2,3 MJ topline, a to znači da bi kvadratni metar solarnog kolektora mogao davati energiju za destilaciju samo dvije litre vode na sat – i to za najjačeg sunca (ozračenje 1,3 kW m^-2). No nije tako. Toplina dobivena hlađenjem pare može se upotrijebiti za grijenje vode, pa se tako – dobrom konstrukcijom uređaja za destilaciju – može iskoristiti velik dio otpadne topline.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor više od stotinu znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti.  Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda,  a danas je urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 13 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.