Fullerene - ինչ է սա: Հատկությունները եւ կիրառություններ fullerenes

Մոլեկուլային allotropic ձեւ ածխածնի կամ դրա փոփոխությունը, fullerene, - երկար գծի C _{n (n>} 20) ատոմային պարկիկները, որը փակ են ուռուցիկ polyhedra կառուցված ածխածնի ատոմների եւ ունենալով pentagonal կամ վեցանկյուն դեմքերը (այստեղ կան շատ հազվադեպ բացառություններ): Ածխածնի ատոմների ի unsubstituted fullerenes հակված լինել SP ² -Hybrid պետություն համակարգման շարք 3. Այսպիսով ձեւավորվում է գնդաձեւ համակցված unsaturated համակարգը ըստ Վալանս պարտատոմսերի տեսության.

ընդհանուր նկարագրությունը

Առավել thermodynamically կայուն տակ նորմալ պայմաններում ձեւ ածխածնի - Գրաֆիտ, որը կարծես մի դեղ հազիվ իրար հետ կապված graphene թիթեղներ `ա հարթ վանդակավոր, որը բաղկացած է hexagonal բջիջների, որտեղ vertices - ածխածնի ատոմների. Նրանցից յուրաքանչյուրը պետք է կապված երեք հարեւան ատոմների, իսկ չորրորդ Վալանս էլեկտրոն ձեւավորում ՔԿՀ-համակարգ: Այնպես որ, fullerene - հենց այս մոլեկուլային ձեւը, այսինքն `պատկերն SP ² -Hybrid պետություն ակնհայտ է: Եթե մենք ներկայացնում են Graphene թերթիկ երկրաչափական թերությունների անխուսափելիորեն կազմում է փակ կառույց: Օրինակ, նման թերություններ են հինգ-membered օղակների (pentagonal դեմքերը), հենց նույն, ինչպես նաեւ ընդհանուր hexagonal ածխածնի քիմիայի.

Էյլերի թեորեմը նշում է, որ արտադրությունը փակ բազմանկյան հետ գագաթների trohkoordinirovannymi հնարավոր է, եթե մենք ներկայացնում տասներկու հնգանկյունները, անկախ թվի hexagonal դեմքերին: Հետեւաբար, նվազագույն չափը մի fullerene - ն պաշտոնապես C ₂₀ dodecahedron: Սակայն կորություն նմանատիպ կառույցներ, որոնք ունեն մի փոքր շարք ածխածնի ատոմների բարձր է, եւ, հետեւաբար, պետք է SP ² -Hybrid պետությունը չէ, շատ բարենպաստ, քանի որ ածխածնի նախընտրում Սոսի համակարգումը: Դա է պատճառը, որ ամենափոքր Անխառն ձեւով ձեռք բերված fullerene - է C _60, ունենալով կառուցվածքը մի հատված հերթական icosahedron: Իսկ դրա hexagonal դեմքերն են առանձնացված են միմյանցից բոլոր pentagonal: Fullerene Քիմիա կոչ է անում այս փաստի մեկուսացված Պենտագոնում եւ Կոնգրեսում կանոն, եւ այն ենթակա է իսկապես մատչելի fullerene:

ֆորմուլա

Gidrantirovanny մատնանշում C ₆₀ fullerene (C ₆₀ HyFn): Սա տեւական hydrophilic supramolecular համալիրը, որը բաղկացած է մեկ մոլեկուլի հետ fullerene C _60-ի առաջին վահանակ հիդրանտ եւ քսանչորս ջրի մոլեկուլների. Սա է fullerene որի բանաձեւն - C ₆₀ (H ₂ O) _24: Այն բաղկացած է քսան վեցանկյունիների եւ տասներկու pentagons, արտաքուստ հիշեցնող ֆուտբոլային գնդակը: Բացի այդ, մի շարք fullerene C ₇₀ հավելումներ, ինչպես միջանկյալ կառույցների, որը կլինի բոլոր pentagons են մեկուսացած, գոյություն չունի: Սկսած կապնվել C ₇₈ fullerene կառույցի մեզ թույլ է տալիս դիտարկել մի քանի կայուն իզոմերներ յուրաքանչյուր ածխածնի կմախքի: Տեսականորեն հնարավոր է, որ կա Fullerenes հետ ածխածնի ատոմների ցանկացած նույնիսկ թվի, «բարձր fullerenes»:

Պատրաստումը fullerenes կողմից ՇՊՌԿ տեղի է ունենում ավելի հաճախ կամ էլեկտրոն-beam մեթոդը եւ լազերային գոլորշիների գրաֆիտի է հելիումի մթնոլորտում: Մուր, որը condenses վրա մակերեւույթը ռեակտորի, որը բուժվում է refluxing բենզինը, տոլուոլ է, xylene կամ այլ օրգանական լուծիչներ: Լուծումը Գոլորշիացված, ձեւավորելով սեւ condensate, տասը տասնհինգ տոկոսը, որը բաղկացած է C ₇₀ C եւ ₆₀ fullerenes, ինչպես նաեւ շատ փոքր քանակությամբ բարձր fullerenes:

Հարաբերակցությունը տարբեր furellenami կարող են տարբեր լինել, կախված սինթեզի պարամետրերի, սակայն, որպես _{կանոն, 60} C գերիշխում, դա մի քանի անգամ ավելի մեծ է: Առավել ամենաբարձր C _78, C ₇₆ C _84: Ի ընդհանուր պատկերը կա անկումը համամասնությամբ fullerene սինթեզի բոլոր ապրանքների. Սա պայմանավորված է, ամենայն հավանականությամբ, ցածր հավանականության հավաքման խոշոր կառույցները փոքր կլաստերների սկզբանե Գոլորշիացված.

Ջրի պարունակող Fullerenes

Առավել տարածված եւ լայնորեն ուսումնասիրվում է C _60, որտեղ մի մոլեկուլ է նյութի, ըստ էության, պետք քսանչորս ջրի մոլեկուլները: Այս fullerene մոլեկուլ ունի բարձր սիմետրիա, որտեղ բոլոր ատոմների են համարժեք: Նրա գնդաձեւ ձեւ է հեռավորությունը կենտրոնում ատոմային միջուկների է մոտ 0.36 նմ եւ շառավղով մոտ 0.5 նմ. Այն ձեւավորում է մոլեկուլային բյուրեղյա է, որը մոլեկուլներ են դեմքը կենտրոնացած խորանարդ վանդակ, եռաշերտ densest գնդաձեւ փաթեթավորում: Բարձր ջերմաստիճանի, ₆₀ C sublimes առանց ձեւավորելու հեղուկ փուլ: Լավագույն հերթին, դա այն լուծարվել է արոմատիկ նյութերի տեսակի ածխածնի disulfide լուծիչներ, եւ բեւեռային - շատ ավելի վատ. An elongated էլիփսակերպ ձեւը ₇₀ C, ինչպես նաեւ ավելի բարձր Fullerenes ունի ֆիզիկական հատկությունները շատ նման է C _60:

Եւ ոլորտում քիմիայի նրանք շատ ավելի մեծահոգի եւ տալ յուրաքանչյուր հնարավորություն ստանալ իրենց տարբեր դասեր ածանցյալների `Metallofullerenes, heterofullerene: Ընտանեկան ապրանքների հարուստ բոլորը ekzoendralnogo (outer-) կապի, քանի որ յուրաքանչյուր ածխածնի ատոմի - մատչելի արձագանքման կայքում. Սրանք են այն հատկությունները fullerenes: Նրանց են միացել ստեղծելով նոր պրոդուկտներ, հալոգենային ատոմների եւ ջրածին, օրգանական ծայրահեղականներին, պատկանելությունը նույնիսկ ցիկլեր կարող է առաջանալ: Այսպիսով, ձեռք բերված պոլիմերային պարունակող նյութերի Fullerenes Multigrade բաղադրություն: ₆₀ K C միանում է քառասունութ substituents առանց ոչնչացնելով ածխածնի կմախքի: Այսպես, օրինակ, ձեռք բերել Գ ₆₀ F _48, եւ շատ նման միացություններ, որոնք օգտագործվում են, որի հիմքը են Fullerenes:

դիմում

Գրեթե Fullerenes հետաքրքրված են բոլորովին տարբեր ոլորտներում: Տեսակետից իրենց էլեկտրոնային հատկությունների կարելի է համարել նրանց ու նրանց ածանցյալների, ինչպես նաեւ կիսահաղորդիչների. Fullerenes պատրաստակամորեն կլանել ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման, նրանք ունեն բարձր էլեկտրոն-կանխիկացրել ունակությունը. Բոլոր այդ հատկությունների, որ հնարավոր է կիրառել դրանք ֆոտոգալվանային, photoelectric սենսորների, արեւային սնվող սարքերը տարբեր մոլեկուլային էլեկտրոնիկայի. Fullerenes օգտագործվում են բժշկության, որպես հակավիրուսային եւ հակամանրէային գործակալների, քանի որ գործակալները photodynamic թերապիայի եւ մ. Պ.

Ժամանակակից տեխնոլոգիաները թույլ են տվել համեմատաբար արագ բարձրացնել ընդհանուր թիվը միավորների ստանալ ավելի Fullerenes են նաեւ ավելի ու ավելի արդյունավետ աշխատանքային մեթոդները իրենց բուժման համար: Դա է պատճառը, արժեքը, օրինակ, C _60-ը զգալիորեն նվազեց շուրջ վերջին մեկուկես տասնամյակի ընթացքում (տասը հազարով տասից տասնհինգ դոլարով մեկ գրամ): Այժմ մենք կանգնած ենք մի իրադրության, որտեղ իրական արդյունաբերական դիմումների եւ fullerenes ընկնում է այն անձին: Դրանց օգտագործումը աճում է եւ աճում է ամեն օր:

Տեղեկությունների համար մասին բացմանը

Fullerenes անունով հայտնի ճարտարապետ եւ ինժեներ Richarda Bakminstera Fullera, ով հիման վրա իրենց կառույցի հորինել Գեոդեզիայի կառուցվածքը: Առաջին հերթին, այս դասի միացությունների, որը սահմանափակվում է կառույցի, որն իր մեջ ներառում է միայն վեց եւ pentagonal դեմքերը: Եթե կազմը fullerene մոլեկուլ ի լրումն ածխածնի ատոմների են ներկա տարբեր քիմիական տարրեր, եւ նրանք գտնվում են ածխածնի կմախքի, նրանք կոչվում endohedral Fullerenes: Եթե ատոմները այլ տարրերի գտնվում են դուրս fullerenes են ձեռք բերել exohedrally: Նրանց անունները, սա մոլեկուլային ձեւ չի եղել, շատ վաղուց, - 1985 թ.-ին, երբ մի խումբ հետազոտողների դարձրել անսպասելի հայտնաբերումը fullerene: Փոքր, Kroto, խոպոպիկ եւ այլ քիմիկոսներ ուսումնասիրվել Գրաֆիտ զույգ, որոնք ձեռք են բերվել են լազերային հեռացում (ճառագայթահարման) պինդ: գագաթները հայտնաբերվել են, որոնք ունեցել են առավելագույն լիություն համապատասխանող կլաստերների վաթսուն յոթանասուն ածխածնի ատոմների.

Այնպես որ, մենք հաշվարկվում մոլեկուլ C ₆₀ եւ C _70, ինչպես նաեւ այն վարկածը, որ առաջին մոլեկուլ, որը կառուցված է վիճակում է կտրված icosahedron: Դա առավել տարածված C ₆₀ անունով bakminsterfullerenom իսկ մնացածը մոլեկուլ - պարզապես Fullerenes.

Գիտնականները-քիմիկոսներ լավ տեղյակ է ճարտարապետության եւ հիշեց Fuller, որը կառուցվել է գմբեթը է շենքեր այսպես pentagons, hexagons cloven, այսինքն հիմքը կառուցվածքը մոլեկուլային Կմաղքներ բացարձակապես բոլոր Fullerenes: Սակայն, սա մի հետաքրքրաշարժ պատմություն, եւ ոչ առանց մի հետաքրքիր պատմության մեջ. Հնարավորության գոյության նման մոլեկուլների փոքր-ինչ ավելի վաղ էր գրված է Ճապոնիայում (1971 թ.) Եւ տեսական հիմքի վրա ձեռք է բերվել եւ հրատարակվել է ԽՍՀՄ (1973 թ.): Այնուամենայնիվ, դա Kroto, Curl եւ փոքր ստացել է Նոբելյան մրցանակ քիմիայի.

Բնություն եւ տեխնոլոգիաներ

Պատրաստում մաքուր fullerene հնարավոր է արհեստական սինթեզի. Այս միացություններ շարունակում է ինտենսիվորեն սովորել են տարբեր երկրներում, սահմանելով այն պայմանները, որոնց կազմավորման տեղի է ունենում, եւ համարվում է fullerene կառուցվածքը եւ նրանց հատկությունները: An աճող դաշտը դիմումը. Պարզվել է, որ մի զգալի գումարը fullerenes պարունակում է մուր, որը ձեւավորվում է գրաֆիտի էլեկտրոդի է աղեղ կատարողականը. Ավելի վաղ այդ փաստը երբեք չէին տեսել կրկին.

Երբ fullerenes էին արտադրվում լաբորատոր պայմաններում, ածխածնի մոլեկուլների եւ սկսել է հայտնաբերվել է բնության մեջ: Ի Կարելիայի, մենք գտանք նրանց shungites նմուշների, Հնդկաստանում եւ Միացյալ Նահանգների - ի furulgitah. Նաեւ շատ ու հաճախակի ածխածնային մոլեկուլները meteorites եւ նստվածքները ներքեւի մասում, ինչը ոչ պակաս, քան վաթսունհինգ մլն տարի. Երկրի վրա մաքուր Fullerenes կարող է ձեւավորվել են կայծակի եւ այրման բնական գազի. Օդի փորձանմուշներում տեղափոխվել է Միջերկրական ծովի, արդեն ուսումնասիրվել է 2011 թ., Եւ պարզվել է, որ բոլոր նմուշները վերցվել - Ստամբուլից Բարսելոնա - կա մի fullerene. Ֆիզիկական հատկությունների, ինչպես նաեւ նյութի առաջացնել ինքնաբուխ ձեւավորմանը: Նաեւ մեծ քանակությամբ դրա հայտնաբերվել են տարածության, եւ գազային վիճակում, եւ ամուր ձեւով:

սինթեզ

Առաջին փորձարկումները մեկուսացման fullerenes տեղի է ունեցել խտացված կասեցվի գրաֆիտի, որը ձեռք է բերել ճառագայթում լազերային ճառագայթում պինդ գրաֆիտի նմուշների. Հաջողվել է ստանալ միայն հետքեր fullerenes: Միայն 1990 թ. Քիմիկոսների Հոֆման, Գառան եւ Կրեչմերն մշակել է նոր մեթոդ արտադրության fullerenes ի գրամ քանակությամբ. Այն բաղկացած էր այրվում գրաֆիտ էլեկտրոդների ՇՊՌԿ է հելիումի մթնոլորտում եւ ցածր ճնշման. Է էրոզիայի անոդ եւ կամերային պատերը հայտնվել է մուր, որոնք պարունակում Fullerenes:

Բացի այդ, մուր, որը լուծարվել է եւ տոլուոլ կամ բենզոլի, եւ արդյունքում լուծում կանգնեց գրամ մաքուր մոլեկուլների C ₇₀ եւ C _60: Հարաբերակցությունը - 1: 3. Ավելին, մի լուծում բաղկացած է ծանր եւ երկու տոկոս ավելի բարձր կարգի fullerenes: Այժմ դա հեշտ է: ընտրել օպտիմալ պարամետրերը evaporating - կազմը մթնոլորտի, ճնշման, էլեկտրոդների տրամագծով, ընթացիկ եւ այլն, պետք է հասնել առավելագույն եկամտաբերությունը fullerenes: Նրանք էին, մինչեւ մոտ տասներկու տոկոսը փաստացի անոդ նյութական. Դա է պատճառը, այնքան թանկ Fullerenes են:

արտադրություն

Բոլոր փորձերը փորձարարական գիտնականների սկզբում իզուր էին: արտադրողական եւ էժան մեթոդները արտադրող fullerenes են: Որ ոչ այրվում բոցը ածխաջրածինների կամ քիմիական սինթեզի էին անհաջող. էլեկտրական աղեղ մեթոդը եղել է առավել արդյունավետ, թույլ է տալիս Ձեզ ստանալ մոտ մեկ գրամ fullerenes ժամում: Ընկերությունը Mitsubishi մշակել է մի մեթոդ, արտադրության այրման ածխաջրածինների, բայց նրանք չեն մաքուր Fullerenes - դրանք պարունակում են թթվածնի մոլեկուլները: Եւ մինչ օրս այն շարունակում է մնալ անորոշ մեխանիզմը ձեւավորման այդ նյութի, քանի որ arc գործընթացները չափազանց անկայուն է թերմոդինամիկական տեսանկյունից, եւ դա շատ խիստ inhibits ուշադրություն տեսության: Միայն անհերքելի ապացույցներ, որ հավաքում է անհատական fullerene ածխածնի ատոմներ, այսինքն C ₂ բեկորները. Սակայն, հստակ պատկերը ձեւավորման այս նյութի դեռեւս չի ձեւավորվել:

Բարձր արժեքը fullerene որոշվում է ոչ միայն ցածր զիջում է, երբ վառել. Մեկուսացումը, մաքրում, տարանջատումը fullerenes տարբեր զանգվածների մուր - այդ բոլոր գործընթացները բավականին բարդ է: Հատկապես դա վերաբերում առանձնացնել խառնուրդի մեջ առանձին մոլեկուլային խմբակցությունների, որոնք անցկացվում են հեղուկ սյունակի քրոմատագրման եւ բարձր ճնշման. Վերջին փուլում վարկունակ նստվածքներ են հեռացվել արդեն ամուր fullerene: Համար, այս նմուշի պահվում է դինամիկ վակուումը է ջերմաստիճանի մինչեւ երկու հարյուր հիսուն աստիճան: Բայց առավելությունն այն է, որ մշակման ընթացքում fullerene C ₆₀ եւ ստանալ այն երեւույթին քանակությամբ արդեն օրգանական քիմիայի աճել անկախ մանսաճյուղը քիմիայի fullerenes, որը դարձել է աներեւակայելի հայտնի է:

օգուտ

Fullerene ածանցյալներ օգտագործվում են տարբեր ոլորտներում տեխնոլոգիայով. Foils եւ fullerene բյուրեղները կիսահաղորդչային ունենալով photoconductivity տակ օպտիկական ճառագայթման. Բյուրեղներ C _60, եթե doped ատոմների Ալկալիական մետաղների, անցումը պետության գերհաղորդականության: fullerene լուծումները գծային օպտիկական հատկությունները, եւ, հետեւաբար, կարող է օգտագործվել որպես հիմք օպտիկական shutters որոնք անհրաժեշտ պաշտպանության ինտենսիվ ճառագայթման: Նաեւ fullerene օգտագործվում է որպես կատալիզատոր ալմաստների սինթեզի. Fullerenes որոնք լայնորեն օգտագործվում են կենսաբանության եւ բժշկության. Այն աշխատում է երեք հատկությունների այդ մոլեկուլների: Որոշելով membranotropnyh lipophilicity, elektronodefitsit տալով հնարավորություն փոխազդեցության հետ ազատ ռադիկալների, այլեւ հնարավորություն է փոխանցել թթվածնի մոլեկուլը պայմանական սեփական հուզված պետություն եւ դիմել թթվածնի ֆուֆայկա:

Նման ռեակտիվ նյութերը հարձակվել biomolecules: nucleic թթուներ, սպիտակուցներ, lipids. Թթվածնի օգտագործվում են photodynamic թերապիայի քաղցկեղի բուժման համար: Հիվանդի արյունը ներկայացրել photosensitizers, գեներացնող թթվածնի, իրականում Fullerenes կամ դրա ածանցյալների. Որ արյան հոսքը ուռուցքի թույլ է, քան առողջ հյուսվածքների, եւ քանի որ photosensitizers կուտակվում է դրան, եւ հետո ճառագայթման տակ ուղղությամբ մոլեկուլի ոգեւորված են արտադրող թթվածնի. քաղցկեղի բջիջները զգում apoptosis, իսկ ուռուցք է ոչնչացվել: Ի լրումն, որ - Fullerenes ունեն հատկությունները antioxidant եւ ծուղակ թթվածնի.

Fullerene իջեցնում է ՄԻԱՎ-ի integrase գործունեություն, մի սպիտակուց, որը պատասխանատու է ինտեգրման վիրուսի մեջ ԴՆԹ-ի հետ շփվել դրա փոխելով կերտվածք եւ զրկելով նրան մաքրման հիմնական գործառույթը: Ոմանք fullerene ածանցյալների համագործակցել ուղղակիորեն ԴՆԹ-ի հետ եւ խոչընդոտել գործողությունների restiktaz:

Ավելի մոտ բժշկության

2007 թ.-ին, ջրի լուծվող Fullerenes սկսեցին օգտագործվել է ուտում նրանց, քանի որ հակաալերգիկ գործակալներին: Ուսումնասիրությունները կատարվել են մարդու արյան եւ բջիջների, որոնք ենթարկվում fullerene ածանցյալների - C60 (զուտ) x եւ C60 (OH) x: Փորձերի վրա կենդանի օրգանիզմների - Մկնիկներ - որ արդյունքները դրական էին:

Արդեն մի նյութ, որն օգտագործվում է որպես թմրանյութերի առաքման վեկտորի, քանի որ ջուրը պարունակող Fullerenes (հետկանչի hydrophobicity C ₆₀₎ թափանցում բջջային մեմբրանի շատ հեշտ է. Օրինակ, erythropoietin - երիկամային հորմոն մտել ուղղակիորեն մեջ bloodstream, գտնվում է վատթարացում է զգալի չափով, իսկ եթե այն օգտագործվում է հետ համատեղ fullerenes, կենտրոնացման ավելանում է ավելի քան կրկնակի, քանի որ այն ստանում է խցում: