Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Фуллерен C70
Фуллерен-C70-3D-balls.png
Имена
Предпочтительное название IUPAC
(C 70 - D 5h (6) ) [5,6] фуллерен
Другие имена
Фуллерен-C 70 , регбаллен
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.162.223 Отредактируйте это в Викиданных
Характеристики
С 70
Молярная масса840,770  г · моль -1
ВнешностьТемные игольчатые кристаллы
Плотность1,7 г / см 3
Температура плавлениявозгоняется при ~ 850 ° C [2]
не растворим в воде
Ширина запрещенной зоны1,77 эВ [1]
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы
Часть серии статей о
Наноматериалы
C60-rods.png
Углеродные нанотрубки
Фуллерены
Другие наночастицы
  • Квантовые точки
  • Оксид алюминия
  • Целлюлоза
  • Керамика
  • Оксид кобальта
  • Медь
  • Золото
  • Утюг
  • Оксид железа
  • Железо-платина
  • Липид
  • Платина
  • Серебро
  • Оксид титана
Наноструктурированные материалы
  • Нанокомпозит
  • Нано-пена
  • Нанопористые материалы
  • Нанокристаллический материал
  •  Научный портал
  •  Технологический портал
  • v
  • т
  • е

Фуллерен C 70 - это молекула фуллерена , состоящая из 70 атомов углерода . Это похожая на клетку структура из сплавленных колец, напоминающая мяч для регби, состоящая из 25 шестиугольников и 12 пятиугольников , с атомом углерода в вершинах каждого многоугольника и связью вдоль каждого края многоугольника. Родственная молекула фуллерена, названная бакминстерфуллереном ( фуллерен C 60 ) , состоит из 60 атомов углерода.

Впервые он был специально подготовлен в 1985 году Гарольдом Крото , Джеймсом Р. Хитом , Шоном О'Брайеном, Робертом Керлом и Ричардом Смолли из Университета Райса . Крото, Керл и Смолли были удостоены Нобелевской премии по химии 1996 года за их роль в открытии фуллеренов, подобных клетке. Название - дань уважения Бакминстеру Фуллеру , чьи геодезические купола напоминают эти молекулы. [3]

История [ править ]

Основная статья: фуллерен

Теоретические предсказания молекул букибола появились в конце 1960-х - начале 1970-х годов [4], но в значительной степени остались незамеченными. В начале 1970-х годов химию конфигураций ненасыщенного углерода изучала группа из Университета Сассекса во главе с Гарри Крото и Дэвидом Уолтоном. В 1980-х Ричард Смолли и Боб Керл из Университета Райса , штат Техас, разработали методику выделения этих веществ. Они использовали лазерное испарение подходящей мишени для создания кластеров атомов. Крото понял это с помощью графитовой мишени. [5]

C 70 был открыт в 1985 году Робертом Керлом, Гарольдом Крото и Ричардом Смолли. Использование лазерного испарения из графита они обнаружили С п кластеры (для четных п с п  > 20) , из которых наиболее распространенными были С 60 и С 70 . За это открытие они были удостоены Нобелевской премии по химии 1996 года . Открытие бакиболов было случайностью, поскольку ученые стремились создать углеродную плазму, чтобы воспроизвести и охарактеризовать неопознанное межзвездное вещество . Масс-спектрометрииАнализ продукта показал образование сфероидальных молекул углерода. [4]

Синтез [ править ]

В 1990 г. К. Фостиропулос, В. Кретчмер и Д. Р. Хаффман разработали простой и эффективный метод получения фуллеренов в граммах и даже килограммах, который стимулировал исследования фуллеренов. В этом методе углеродная сажа производится из двух графитовых электродов высокой чистоты путем зажигания дугового разряда между ними в инертной атмосфере (газообразный гелий). В качестве альтернативы, сажу получают путем лазерной абляции графита или пиролиза из ароматических углеводородов . Фуллерены извлекаются из сажи по многоступенчатой ​​процедуре. Сначала сажа растворяется в соответствующих органических растворителях. На этом этапе получается раствор, содержащий до 70% C 60 и 15% C 70., а также другие фуллерены. Эти фракции разделяют с помощью хроматографии . [6]

Свойства [ править ]

Молекула [ править ]

Молекула C 70 имеет симметрию D 5h и содержит 37 граней (25 шестиугольников и 12 пятиугольников) с атомом углерода в вершинах каждого многоугольника и связью вдоль каждого края многоугольника. Его структура похожа на структуру молекулы C 60 (20 шестиугольников и 12 пятиугольников), но имеет пояс из 5 шестиугольников, вставленных на экваторе. Молекула имеет восемь длин связей в диапазоне от 0,137 до 0,146 нм. Каждый атом углерода в структуре ковалентно связан с 3 другими атомами. [7]

Строение молекулы C 70 . Красные атомы обозначают пять шестиугольников, дополнительных к молекуле C 60 .

C 70 может претерпевать шесть обратимых одноэлектронных восстановлений до C6-
70, тогда как окисление необратимо. Для первого снижения требуется около 1,0 В ( Fc / Fc+
), что указывает на то, что C 70 является акцептором электронов. [8]

Решение [ править ]

Насыщенная растворимость C 70 ( S , мг / мл) [9]
РастворительS (мг / мл)
1,2-дихлорбензол36,2
сероуглерод9,875
ксилол3,985
толуол1,406
бензол1.3
четыреххлористый углерод0,121
н - гексан0,013
циклогексан0,08
пентан0,002
октан0,042
декан0,053
додекан0,098
гептан0,047
изопропанол0,0021
мезитилен1,472
дихлорметан0,080

Фуллерены плохо растворимы во многих ароматических растворителях, таких как толуол и других, таких как сероуглерод , но не в воде. Растворы C 70 имеют красновато-коричневый цвет. Кристаллы C 70 миллиметрового размера могут быть выращены из раствора. [10]

Solid [ править ]

Твердый C 70 кристаллизуется в моноклинных , гексагональных, ромбоэдрических и гранецентрированных кубических (ГЦК) полиморфах при комнатной температуре. Фаза ГЦК более стабильна при температурах выше 70 ° C. Наличие этих фаз объясняется следующим образом. В твердом теле молекулы C 70 образуют ГЦК-структуру, в которой общая симметрия зависит от их относительной ориентации. Моноклинная форма с низкой симметрией наблюдается, когда вращение молекул блокируется температурой или деформацией. Частичное вращение вдоль одной из осей симметрии молекулы приводит к более высокой гексагональной или ромбоэдрической симметрии, которая превращается в кубическую структуру, когда молекулы начинают свободно вращаться. [1] [11]

C 70 образует коричневатые кристаллы с шириной запрещенной зоны 1,77 эВ. [1] Это полупроводник n-типа, в котором проводимость связана с диффузией кислорода в твердое тело из атмосферы. [12] Элементарная ячейка твердого тела ГЦК C 70 содержит пустоты в 4 октаэдрических и 12 тетраэдрических позициях. [13] Они достаточно велики, чтобы вместить примесные атомы. Когда электронодонорные элементы, такие как щелочные металлы, вводятся в эти пустоты, C 70 превращается в проводник с проводимостью примерно до 2 См / см. [14]

Некоторые твердые фазы C 70 [11]
СимметрияКосмическая группаНет
Символ Пирсона		а (нм)b (нм)c (нм)ZПлотность
(г / см 3 )
МоноклиникаP2 1 / м11mP5601,9961,8511,9968
ШестиугольныйP6 3 / mmc194HP1401.0111.0111,85821,70
КубическийFM 3 м225cF2801,4961,4961,49641,67

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c "Вращательная динамика в C 70 : инфракрасные исследования, зависящие от температуры и давления". Журнал физической химии C . 115 (9): 3646–3653. 2011. doi : 10.1021 / jp200036t .
  2. ^ Эйдзи Осава (2002). Перспективы фуллереновых нанотехнологий . Springer. С. 275–. ISBN 978-0-7923-7174-8. Проверено 26 декабря 2011 года .
  3. ^ Пресс-релиз . Фонд Нобелевской премии. 9 октября 1996 г.
  4. ^ а б Кац, 363
  5. ^ Кац, 368
  6. ^ Кац, 369–370
  7. ^ «Фуллерены, нанотрубки, луковицы и родственные углеродные структуры». Материалы Наука и техника: R . 15 (6): 209–262. 1995. DOI : 10.1016 / S0927-796X (95) 00181-6 .
  8. ^ Бакминстерфуллерен, C 60 . Бристольский университет. Chm.bris.ac.uk (1996-10-13). Проверено 25 декабря 2011.
  9. ^ Безмельницын, ВН; Елецкий, А В; Окунь М.В. (1998). «Фуллерены в растворах». Успехи физ . 41 (11): 1091. Bibcode : 1998PhyU ... 41.1091B . DOI : 10.1070 / PU1998v041n11ABEH000502 .
  10. ^ Талызин, А.В.; Энгстрём И. (1998). «C70 в растворах бензола, гексана и толуола». Журнал физической химии B . 102 (34): 6477. DOI : 10.1021 / jp9815255 .
  11. ^ a b «Строение различных фаз чистых кристаллов C 70 » (PDF) . Химическая физика . 166 (1–2): 287–297. 1992. Bibcode : 1992CP .... 166..287V . DOI : 10.1016 / 0301-0104 (92) 87026-6 .
  12. ^ "Взаимосвязь между кристалличностью, диффузией кислорода и электропроводностью испаренных тонких пленок C 70 ". Науки о твердом теле . 4 (8): 1009–1015. 2002. Bibcode : 2002SSSci ... 4.1009F . DOI : 10.1016 / S1293-2558 (02) 01358-4 .
  13. ^ Кац, 372
  14. ^ "Проводящие пленки C 60 и C 70 путем легирования щелочными металлами". Природа . 350 (6316): 320–322. 1991. Bibcode : 1991Natur.350..320H . DOI : 10.1038 / 350320a0 .

Библиография [ править ]

  • Кац, EA (2006). «Тонкие пленки фуллерена как фотоэлектрический материал». In Sōga, Tetsuo (ред.). Наноструктурированные материалы для преобразования солнечной энергии . Эльзевир. С. 361–443. ISBN 978-0-444-52844-5.

Внешние ссылки [ править ]