Fuller; született
A fullerén egy szénből álló molekula, amely geometriai alakot ölthet, amely emlékeztet egy gömbre, egy ellipszoidra, egy csőre vagy egy gyűrűre.
Kategóriák:
Fullerén - nanoanyag - anyag - szén formája
A fullerén egy szénből álló molekula, amely geometriai alakot ölthet, amely emlékeztet egy gömbre, egy ellipszoidra, egy csőre (úgynevezett nanocsőre) vagy egy gyűrűre. A fullerének megegyeznek a grafittal, amelyek összekapcsolt hatszögletű gyűrűkből állnak, de öt- és néha hétszögletű gyűrűket tartalmaznak, ami megakadályozza, hogy a lap lapos legyen.
A fulleréneket 1985-ben fedezték fel Harold Kroto, Robert Curl és Richard Smalley, akik 1996-ban kémiai Nobel-díjat nyertek nekik.
Az első felfedezett fullerén, a C60 12 ötszögből és 20 hatszögből áll, mindegyik csúcs egy szénatomnak felel meg, mindkét oldala pedig egy kovalens kötésnek. Felépítése hasonló a geodéziai kupolához vagy a futballlabdához. Ezért "buckminsterfullerene" (a geodéziai kupolát tervező Buckminster Fuller építész tiszteletére) vagy "footballene" néven szerepel.
Történelmi
A C60 létezését Eiji Osawa, a Toyohashi Műszaki Egyetem jósolta 1970-ben. Észrevette, hogy a koranulén molekula szerkezete a futball labda alakjának részhalmaza, és felvetette azt a feltételezést, hogy létezhet egy teljes futball labda forma. Ötletét japán újságokban vették fel, de nem érte el az európai és amerikai közönséget.
Az 1980-as években Kroto et al. jobban meg akarta érteni a hosszú szénláncok kialakulásának mechanizmusait a csillagközi térben. Ennek érdekében lézeres ablációval elpárologtattak egy grafitlemezt, és kimutatták a 60 szénatomot tartalmazó, kifejezetten stabil aggregátumok létezését. Molekuláris sugárkísérletekben különálló csúcsokat figyeltünk meg, amelyek megfelelnek a 60, 70 vagy annál nagyobb szénatom pontos tömegű molekuláknak. 1985. szeptember 4-én Harold Kroto, James R. Heath, Sean O'Brien, Robert Curl és Richard Smalley felfedezték a C60-at [1], majd nem sokkal ezután a fullereineket. Kroto, Curl és Smalley 1996-ban kémiai Nobel-díjat kapott a vegyületek ezen osztályának felfedezésében játszott szerepükért.
A C60 és más fullerének később a laboratóriumokon kívül is megfigyelhetők voltak: apró mennyiségű fullerének, C60, C70, C76 és C84 molekulák formájában, a természetben keletkeznek, koromban égnek és villámlanak a légkörben. A C60 és C70 fullerének jelenlétét a csillagközi térben 2010-ben infravörös spektroszkópiával igazoltuk a Tc1 bolygó ködben [2] .
1991-ben Donald Huffman és Wolfgang Krätschmer [3] technikáival könnyű volt gramm mennyiségű fullerénport előállítani. A 21. században a fullerén tisztítása továbbra is kihívást jelent a vegyészek számára, és nagymértékben meghatározza annak árát. Az endohedrális fullerének például ionokat és kis molekulákat építenek be a szerkezetükbe. A fullerén szokatlan viselkedést mutat sok szerves reakcióban, például az 1993-ban felfedezett Bingel-reakcióban.
Változatok
A fullerének 1985-ös felfedezése óta a felfedezett fullerének szerkezeti variációi meghaladják magukat a töredékeket. Például vannak:
- buckyballs: a legkisebb a C20 és a leggyakoribb a C60;
- nanocsövek: nagyon kis méretű üreges csövek, amelyeknek egy vagy több fala van, és amelyek potenciálisan alkalmazhatók az elektronikai iparban;
- megacső: nagyobb átmérőjű, mint a nanocsövek, és különböző szélességű falakkal rendelkeznek, amelyek különböző méretű molekulák változatainak szállítására használhatók;
- polimerek: két vagy háromdimenziós láncok, amelyek nagy nyomáson, magas hőmérsékleten képződnek;
- nano „hagyma”: gömb alakú részecskék, amelyek több szénrétegen alapulnak, és körülveszik a buckyball magot, kenőanyagként kínálják;
- lánc- és gömbkötő dimerek: két szénlánc összekapcsolva;
- fullerén gyűrűk.
1997-ben fulleréneket találtak az oroszországi Karéliai Köztársaságban a sungit néven ismert ásványban [4]. .
Buckyballs
Buckminsterfullerene
A C60-at a Bukminsterfullerene névre keresztelték Richard Buckminster Fuller, a geodéziai kupolát népszerűsítő neves építész tiszteletére. Mivel a Buckminsterfullerenes alakja megegyezik a kupola alakjával, a nevet relevánsnak ismerik el. A fullerén család felfedezése a buckminsterfullerene után következett be, az elnevezést lerövidítették annak szemléltetésére, hogy az utóbbi egyfajta fullerén.
A Buckminsterfullerene (IUPAC kód: (C60-Ih) [5, 6] fullerén) a legkisebb fullerén molekula, amelyben két ötszög nem osztja az egyik oldalt (ami destabilizáló lehet). A természetes előfordulás szempontjából a leggyakoribb, mivel koromban található meg.
A C60 szerkezete egy csonka ikozaéder (T = 3), amely összehasonlítható egy 20 hatszögből és 12 ötszögből álló futballlabdával, amelynek minden sokszög tetején egy szénatom és a sokszög mindkét oldalán kötés van.
A C60 molekula Van der Waals átmérője megközelítőleg egy nanométer (nm). A C60 molekula magának átmérője körülbelül 0,7 nm .
A C60 molekula kémiai kötéshossza 2. A 6: 6 gyűrűs kötés (két hatszög között) felismerhető kovalens kötésként, és rövidebb, mint a 6: 5 kötés (egy hatszög és egy ötszög között).
Fajták
A C70 egy másik gyakori fullerén, de 72, 76, 84 és akár 100 szénatomos fullerének is előállíthatók.
A legkisebb fullerén a dodekaéder, C20. Nincsenek 22 csúcsú fullerének. A C2n fullerének száma n = 12, n = 13, n = 14 stb. n arányában. Például 1812 nem izomorf C60 fullerén van. A C60 egyik formájának, egy csonka ikozaéder-fullerénnek nincs pár szomszédos ötszöge (típusának legkisebb fullerénje). 214 127 713 nem izomorf C200 fullerén van, amelyek közül 15 655 672 fullerének nem rendelkeznek szomszédos ötszögekkel [5] .