С 70 фуллерен
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Предпочтительное название ИЮПАК (C 70 - D 5h(6) )[5,6]Фуллерен [1] | |
| Другие имена Фуллерен-С 70 , мячи для регби | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ЧЭБИ | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.162.223 |
ПабХим CID | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| С 70 | |
| Молярная масса | 840.770 g·mol −1 |
| Появление | Темные игольчатые кристаллы |
| Плотность | 1,7 г/см 3 |
| Температура плавления | сублимируется при ~ 850 ° C [3] |
| нерастворим в воде | |
| Запрещенная зона | 1,77 эВ [2] |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
| Часть серии статей о |
| Наноматериалы |
|---|
 |
| Углеродные нанотрубки |
| Фуллерены |
| Другие наночастицы |
| Наноструктурированные материалы |
C 70 Фуллерен представляет собой молекулу фуллерена, состоящую из 70 углерода атомов . Это структура из сплавленных колец, напоминающая клетку, напоминающую 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 бакминстерфуллерен (или фуллерен C 60 ), состоит из 60 атомов углерода.
Впервые он был намеренно подготовлен в 1985 году Гарольдом Крото , Джеймсом Р. Хитом , Шоном О'Брайеном, Робертом Керлом и Ричардом Смолли в Университете Райса . Крото, Керл и Смолли были удостоены Нобелевской премии по химии 1996 года за открытие клеточных фуллеренов. Название — дань уважения Бакминстеру Фуллеру , чьи геодезические купола напоминают эти молекулы. [4]
История
[ редактировать ]
Теоретические предсказания молекул бакиболла появились в конце 1960-х - начале 1970-х годов. [5] но они остались практически незамеченными. В начале 1970-х годов химию ненасыщенных конфигураций углерода изучала группа из Университета Сассекса под руководством Гарри Крото и Дэвида Уолтона. , штат Техас , разработали метод В 1980-х годах Ричард Смолли и Боб Керл из Университета Райса выделения этих веществ. Они использовали лазерное испарение подходящей мишени для создания кластеров атомов. Крото понял это, используя графитовую мишень. [6]
C 70 был открыт в 1985 году Робертом Керлом, Гарольдом Крото и Ричардом Смолли. С помощью лазерного испарения графита > 20) , они обнаружили кластеры C n (для четных n с n из которых наиболее распространенными были C 60 и C 70 . За это открытие они были удостоены Нобелевской премии по химии 1996 года . Открытие бакиболлов было случайным, поскольку ученые стремились создать углеродную плазму, чтобы воспроизвести и охарактеризовать неопознанную межзвездную материю . Масс-спектрометрический анализ продукта показал образование сфероидальных молекул углерода. [5]
Синтез
[ редактировать ]В 1990 году К. Фостиропулос, В. Кретчмер и Д. Р. Хаффман разработали простой и эффективный метод производства фуллеренов в граммовых и даже килограммовых количествах, что стимулировало исследования фуллеренов. В этом методе углеродная сажа получается из двух графитовых электродов высокой чистоты путем зажигания дугового разряда между ними в инертной атмосфере (газообразный гелий). Альтернативно сажа получается путем лазерной абляции графита или пиролиза ароматических углеводородов . Фуллерены извлекаются из сажи с помощью многоступенчатой процедуры. Сначала сажу растворяют в соответствующих органических растворителях. На этом этапе получается раствор, содержащий до 70% C60 и 15% C70 , а также другие фуллерены. Эти фракции разделяют с помощью хроматографии . [7]
Характеристики
[ редактировать ]Молекула
[ редактировать ]Молекула C 70 имеет D 5h симметрию и содержит 37 граней (25 шестиугольников и 12 пятиугольников) с атомом углерода в вершинах каждого многоугольника и связью вдоль каждого края многоугольника. Его структура аналогична структуре молекулы C 60 (20 шестиугольников и 12 пятиугольников), но имеет пояс из 5 шестиугольников, вставленный на экваторе. Молекула имеет восемь длин связей в диапазоне от 0,137 до 0,146 нм. Каждый атом углерода в структуре ковалентно связан с тремя другими. [8]
C 70 может подвергаться шести обратимым одноэлектронным восстановлениям до C. 6−
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. [9]
Решение
[ редактировать ]| Растворитель | S (мг/мл) |
|---|---|
| 1,2-дихлорбензол | 36.2 |
| сероуглерод | 9.875 |
| ксилол | 3.985 |
| толуол | 1.406 |
| бензол | 1.3 |
| четыреххлористый углерод | 0.121 |
| н - гексан | 0.013 |
| циклогексан | 0.08 |
| пентан | 0.002 |
| октановое число | 0.042 |
| деканировать | 0.053 |
| додекан | 0.098 |
| гептан | 0.047 |
| изопропанол | 0.0021 |
| мезитилен | 1.472 |
| дихлорметан | 0.080 |
Фуллерены умеренно растворимы во многих ароматических растворителях, таких как толуол и другие, такие как сероуглерод , но не в воде. Растворы C 70 имеют красновато-коричневый цвет. миллиметрового размера Кристаллы C 70 можно вырастить из раствора. [11]
Твердый
[ редактировать ]Твердый C 70 кристаллизуется в моноклинных , гексагональных, ромбоэдрических и гранецентрированных кубических (ГЦК) полиморфах при комнатной температуре. Фаза ГЦК более стабильна при температуре выше 70 °C. Наличие этих фаз объясняется следующим. В твердом теле молекулы C 70 образуют ГЦК-расположение, общая симметрия которого зависит от их взаимной ориентации. Моноклинная форма с низкой симметрией наблюдается, когда вращение молекул блокируется температурой или напряжением. Частичный поворот вдоль одной из осей симметрии молекулы приводит к более высоким гексагональным или ромбоэдрическим симметриям, которые переходят в кубическую структуру, когда молекулы начинают свободно вращаться. [2] [12]
Все фазы С 70 образуют коричневатые кристаллы с шириной запрещенной зоны 1,77 эВ; [2] это полупроводники n-типа , проводимость которых объясняется диффузией кислорода в твердое тело из атмосферы. [13] Элементарная ячейка твердого тела ГЦК C 70 содержит пустоты в 4 октаэдрических и 12 тетраэдрических узлах. [14] Они достаточно велики, чтобы вместить атомы примеси. Когда в эти пустоты вводятся электронодонорные элементы, такие как щелочные металлы, C 70 превращается в проводник с проводимостью примерно до 2 См /см. [15]
| Симметрия | Космическая группа | Нет | Пирсон символ | а (нм) | б (нм) | с (нм) | С | Плотность (г/см 3 ) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Моноклиника | Р2 1 /м | 11 | МП560 | 1.996 | 1.851 | 1.996 | 8 | |
| Шестиугольный | P6 3 /ммц | 194 | HP140 | 1.011 | 1.011 | 1.858 | 2 | 1.70 |
| Кубический | FM 3 м | 225 | cF280 | 1.496 | 1.496 | 1.496 | 4 | 1.67 |
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Международный союз теоретической и прикладной химии (2014). Номенклатура органической химии: Рекомендации ИЮПАК и предпочтительные названия 2013 . Королевское химическое общество . п. 325. дои : 10.1039/9781849733069 . ISBN 978-0-85404-182-4 .
- ^ Перейти обратно: а б с Тирунавукуарасу, К.; Лонг, ВК; Мусфельдт, Дж.Л.; Борондикс, Ф.; Клупп, Г.; Камарас, К.; Кунчер, Калифорния (2011). «Вращательная динамика в C 70 : инфракрасные исследования, зависящие от температуры и давления». Журнал физической химии C. 115 (9): 3646–3653. дои : 10.1021/jp200036t .
- ^ Эйдзи Осава (2002). Перспективы фуллереновой нанотехнологии . Спрингер. стр. 275–. ISBN 978-0-7923-7174-8 . Проверено 26 декабря 2011 г.
- ^ Пресс-релиз . Фонд Нобелевской премии. 9 октября 1996 г.
- ^ Перейти обратно: а б Каца, 363
- ^ Кац, 368
- ^ Кац, 369–370.
- ^ Рао, CNR; Сешадри, Рам; Говиндарадж, А.; Сен, Рахул (1995). «Фуллерены, нанотрубки, луковицы и родственные углеродные структуры». Материаловедение и инженерия: Р. 15 (6): 209–262. дои : 10.1016/S0927-796X(95)00181-6 .
- ^ Бакминстерфуллерен, C 60 . Бристольский университет. Chm.bris.ac.uk (13 октября 1996 г.). Проверено 25 декабря 2011 г.
- ^ Bezmel'nitsyn, V.N.; Eletskii, A.V.; Okun', M.V. (1998). "Fullerenes in solutions". Physics-Uspekhi . 41 (11): 1091. Bibcode : 1998PhyU...41.1091B . doi : 10.1070/PU1998v041n11ABEH000502 .
- ^ Талызин А.В.; Энгстрем, И. (1998). «C70 в растворах бензола, гексана и толуола». Журнал физической химии Б. 102 (34): 6477. doi : 10.1021/jp9815255 .
- ^ Перейти обратно: а б Верхейен, Массачусетс; Микс, Х.; Мейер, Г.; Беннема, П.; Де Бур, Дж.Л.; Ван Смаален, С.; Ван Тенделоо, Г.; Амелинкс, С.; Муто, С.; Ван Ландайт, Дж. (1992). «Структура различных фаз чистых кристаллов C 70 » (PDF) . Химическая физика . 166 (1–2): 287–297. Стартовый код : 1992CP....166..287V . дои : 10.1016/0301-0104(92)87026-6 . hdl : 2066/99047 .
- ^ Фабиански, Роберт; Фирлей, Люцина; Захаб, Ахмед; Кухта, Богдан (2002). «Связь между кристалличностью, диффузией кислорода и электропроводностью напыленных тонких пленок C 70 ». Науки о твердом теле . 4 (8): 1009–1015. Бибкод : 2002SSSci...4.1009F . дои : 10.1016/S1293-2558(02)01358-4 .
- ^ Кац, 372
- ^ Хэддон, Колорадо; Хебард, А.Ф.; Россейнский, МЮ; Мерфи, Д.В.; Дюкло, SJ; Лайонс, КБ; Миллер, Б.; Розамилия, Дж. М.; Флеминг, Р.М.; Кортан, Арканзас; Гларум, СХ; Махиджа, А.В.; Мюллер, Эй Джей; Эйк, Р.Х.; Захурак, С.М.; Тыко, Р.; Даббах, Г.; Тиль, Ф.А. (1991). «Проводящие пленки С 60 и С 70 легированием щелочными металлами». Природа . 350 (6316): 320–322. Бибкод : 1991Natur.350..320H . дои : 10.1038/350320a0 . S2CID 4331074 .
Библиография
[ редактировать ]- Кац, Э.А. (2006). «Тонкие пленки фуллерена как фотоэлектрический материал» . В Соге, Тецуо (ред.). Наноструктурированные материалы для преобразования солнечной энергии . Эльзевир. стр. 361–443. ISBN 978-0-444-52844-5 .
