Fullerene - apa iki? Properties lan aplikasi saka fullerenes

Wangun molekul karbon utawa allotrope modifikasi saka fullerene - seri dawa saka kelompok-kelompok atom C _{n (n>} 20), kang ditutup polyhedra gilig arupi atom karbon lan gadhah pasuryan pentagonal utawa hexagonal (ana seng arang banget). atom karbon ing fullerenes unsubstituted kathah dadi sp ² negara -Hybrid karo nomer koordinasi 3. Mangkono wis kawangun sistem unsaturated konjugat bundher miturut teori jaminan valence.

gambaran umum

Paling thermodynamically stabil ing normal kondisi wangun karbon - grafit, kang katon kaya tumpukan meh karo saben sheets Graphene liyane: pola warata, dumadi saka sel hexagonal, ngendi vertex - atom karbon. Saben wong wis gadhah telu atom tetanggan, lan valence elektron papat formulir sing pi-sistem. Dadi, fullerene - sabenere wangun molekul, inggih gambar sp ² -Hybrid negara ketok. Yen kita introduce ing cacat géometris Graphene sheet pesti formulir sing struktur Ana. Contone, cacat kuwi dering limang membered (pasuryan pentagonal), persis padha, bebarengan karo kimia karbon umum hexagonal.

Téoréma Euler nyatakaké déné ing produksi polyhedron Ana karo vertex trohkoordinirovannymi bisa yen kita introduce rolas pentagons, preduli saka nomer pasuryan hexagonal. Empu, ukuran minimal fullerene a - iku resmi C ₂₀ dodecahedron. Nanging lengkungan struktur, gadhah nomer cilik atom karbon dhuwur, lan Mulane kanggo SP ² -Hybrid negara ora banget sarujuk, awit karbon milih sesambungan planar. Makane cilik ing wangun murni dijupuk fullerene sawijining - iku C _60, gadhah struktur icosahedron biasa truncated. Ing pasuryan hexagonal sing kapisah saka saben liyane kabeh pentagonal ing. Fullerene Chemistry Telpon kasunyatan iki aturan Pentagon sepi, lan iku tundhuk fullerene tenan diakses.

rumus

Gidrantirovanny tetenger C ₆₀ fullerene (C ₆₀ HyFn). Iki awet hidrofilik Komplek supramolecular, kang kasusun saka siji molekul saka fullerene C ₆₀ ing Nihan hydrant pisanan lan puluh patang molekul banyu. Iki fullerene kang rumus - C ₆₀ (H ₂ O) _24. Iku kasusun saka rong puluh hexagons lan rolas pentagons, lairmu resembling a werni bal-balan. Luwih, sawetara fullerene C ₇₀ tambahan minangka struktur penengah, kang bakal kabeh pentagons sing sepi, ora ana. Wiwit C ₇₈ struktur fullerene ngidini kanggo mirsani saperangan isomers stabil saben balung karbon. Miturut teori iku bisa sing ana fullerenes karo atom karbon samubarang nomer malah, "fullerenes luwih".

Preparation saka fullerenes dening busar ana luwih asring utawa cara elektron-Beam lan laser penguapan grafit ing atmosfer helium. Soot, kang aphelion ing lumahing reaktor, wis dianggep ing refluxing bensin, toluene, xylene utawa pelarut organik liyané. Solusi wis nguwab, mbentuk condensate ireng, sapuluh saben sen dumadi saka C ₇₀ lan C ₆₀ fullerenes uga jumlah cilik saka fullerenes luwih.

Ing rasio antarane furellenami beda beda-beda, gumantung ing paramèter sintesis, nanging biasane ₆₀ C kemenangan, iku kaping pirang-pirang luwih. Antawisipun paling dhuwur C _78, C ₇₆ lan C _84. Ing gambar umum ana Kurangé populasi ing babagan sintesis fullerene kabeh produk. Iki amarga, paling kamungkinan, karo kemungkinan kurang ngrakit struktur akeh kelompok-kelompok cilik pisanan nguwab.

Banyu sing fullerenes

Paling umum lan cetha sinau punika C _60, ngendi siji molekul dat bener duwe patlikur molekul banyu. molekul fullerene iki wis simetri dhuwur, ngendi kabeh atom sing padha karo. wangun bundher yakuwi kadohan saka tengah saka inti atom kanggo babagan 0.36 nm lan radius bab 0,5 nm. Iku sawijining kristal molekul kang molekul sing pasuryan-centered pola kubik, telung lapisan paling padhet packing bundher. Ing suhu dhuwur, ₆₀ C sublimes tanpa mbentuk phase Cairan. Best kabeh punika dipun bibaraken ing gondho bahan kimia saka jinis cairan pelarut karbon disulfide, lan kutub - akeh Samsaya Awon. Lan ellipsoidal elongated wangun ₇₀ C, uga fullerenes luwih wis fisik banget padha C _60.

Lan ing lapangan kimia lagi akeh loman lan menehi saben kesempatan kanggo njaluk kelas beda saka asale: Metallofullerenes, heterofullerene. Family produk sugih kabeh ekzoendralnogo (outer-) sambungan, amarga saben atom karbon - situs reaksi dhuwur. Iki sifat fullerenes. Lagi kaliyan nggawe produk anyar, atom halogen lan hidrogen, radikal organik, hubungan uga siklus bisa kelakon. Mangkono dijupuk bahan Polymer ngemot fullerenes senyawa Multigrade. ₆₀ K C nggabung kanggo patang puluh wolu substituents tanpa ngancurake balung karbon. Mangkono, contone, diduweni dening C ₆₀ F _48, lan akeh senyawa kuwi digunakke, ing endi dhasar sing fullerenes.

aplikasi

Meh fullerenes kasengsem ing wilayah temen beda. Ing tampilan saka situs elektronik sing bisa dianggep lan turunané minangka semikonduktor. Fullerenes siap nresep radiation UV, padha duwe kemampuan elektron-penarik dhuwur. Kabeh situs iki wis bisa kanggo aplikasi mau ing photovoltaic ing, sensor fotoelektrik, piranti Solar saka macem-macem elektronik molekul. Fullerenes sing digunakke ing medicine minangka agen antivirus lan anti mikroba, minangka agen ing therapy photodynamic lan m. P.

Teknologi modern wis diijini relatif cepet kanggo nambah nomer total Unit kanggo njaluk liyane fullerenes uga luwih apik lan luwih efisien cara digunakake kanggo perawatan sing. Sing kok biaya, contone, C ₆₀ wis nolak mesti liwat dasawarsa kepungkur lan setengah (karo sepuluh ewu kanggo sapuluh dolar per gram). Saiki kita ngadhepi karo kahanan ing kono aplikasi industri nyata lan fullerenes tiba kanggo wong. sing nganggo akeh lan akeh saben dina.

Kanggo informasi bab opening

Fullerenes dijenengi sakwise arsitek misuwur lan engineer Richarda Bakminstera Fullera, sing ing basis saka struktur sing nemokke struktur geodesic. Ing kawitan, kelas iki saka senyawa diwatesi kanggo struktur, kang klebu ing mung enem lan pentagonal pasuryan. Yen komposisi saka molekul fullerene saliyane atom karbon sing macem-macem unsur kimia saiki, lan padha dumunung ing balung karbon, sing disebut fullerenes endohedral. Yen atom saka unsur liyane sing dumunung njaba fullerenes sing dijupuk exohedrally. sing jeneng, wangun molekul iki ora banget dawa ago - ing taun 1985, nalika klompok peneliti digawe panemon dikarepke saka fullerene. Cilik, Kroto, Nggulung lan liyane kimiawan sinau pasangan grafit kang padha dijupuk dening laser ablation (mepe) ngalangi. pucuk ditemokaké kang amplitudo maksimal cocog kanggo kelompok-kelompok saka atom karbon sewidak lan pitung puluh.

Supaya kita diwilang molekul C ₆₀ lan C _70, uga hipotesis sing molekul pisanan dibangun ing wangun saka icosahedron truncated. Iku C ₆₀ dijenengi bakminsterfullerenom paling umum lan liyane saka molekul - mung fullerenes.

Ilmuwan-kimiawan uga versed ing arsitektur lan eling Fuller, sing dibangun kubah ing bangunan supaya - pentagons, hexagons cloven, sing minangka pondasi struktur balung molekul pancen kabeh fullerenes. Nanging, iki - crita narik, lan ora tanpa Sajarah menarik. Ing kamungkinan saka anane molekul mau kaya-kaya sadurungé iki ditulis ing Jepang (1971), lan basis teori iki dijupuk lan diterbitake ing USSR (1973). Nanging, iku Kroto, Nggulung lan Cilik ditampa Bebungah Nobel bidang kimia.

Alam lan teknologi

Preparation saka fullerene murni bisa kanthi sintesis Ponggawa. senyawa iki terus sacara intènsif ing negara, setelan kahanan ing kang tatanan sing ana, lan dianggep struktur fullerene lan situs sing. Satunggiling lapangan tambah akeh saka aplikasi. Sampeyan iki ketemu sing jumlah pinunjul saka fullerenes sing ana ing soot, kang kawangun ing elektrods grafit ing discharge busar. Sadurungé iki kasunyatan mung tau katon maneh.

Nalika fullerenes padha diprodhuksi ing kahanan laboratorium, molekul karbon lan wiwit dideteksi ing alam. Ing Karelia, kita ketemu wong ing shungites conto, India lan ing Amerika Serikat - ing furulgitah. Uga molekul karbon akeh lan kerep ing meteorit lan endapan ing ngisor, kang ora kurang saka sewidak lima yuta taun. Ing Bumi fullerenes murni bisa kawangun saka kilat lan pangobongan gas alam. conto Air dijupuk saka Segara Tengah, wis sinau ing 2011, lan iku ketemu sing kabeh conto dijupuk - saka Istanbul kanggo Barcelona - ana fullerene a. fisik saka inti njalari tatanan spontan. Uga jumlah ageng iku sing ditemokaké ing papan - lan ing negara gaseous, lan ing wangun ngalangi.

sintesis

Pacoban pisanan isolasi fullerenes dumadi liwat vapors kakondensasi grafit, kang diduweni dening mepe mepe laser conto grafit ngalangi. Ngatur kanggo njaluk mung ngambah fullerenes. Mung ing taun 1990 kimiawan Huffman, Lamb lan Kretschmer dikembangaké cara anyar produksi fullerenes ing jumlah gram. Iku kapérang ing kobong elektrods grafit dening busar listrik ing atmosfer saka helium lan ing meksa kurang. Apa erosi saka anode lan tembok kamar muncul soot ngemot fullerenes.

Luwih, soot punika dipun bibaraken ing toluene utawa bensin, lan solusi asil jumeneng gram molekul murni C ₇₀ lan C _60. Aspek - 1: 3. Salajengipun, solusi: Sic abot lan loro persen luwih fullerenes supaya. Saiki iku gampang: milih paramèter optimal kanggo evaporating - komposisi saka atmosfer, meksa, diameteripun elektroda, saiki lan ing, kanggo entuk ngasilaken maksimum fullerenes. Padha nganti rolas persen saka materi anode nyata. Sing kok fullerenes dadi larang Ana.

produksi

Kabeh usaha kanggo ilmuwan kang eksperimental ing kawitan padha muspra: cara produktif lan luwih murah saka prodhuksi fullerenes sing. Sanadyan ing semangat kobong hidrokarbon utawa sintesis kimia mboten kasil. cara api listrik wis paling produktif, ngijini sampeyan kanggo nampa bab siji gram saka fullerenes saben jam. Perusahaan Mitsubishi wis dikembangaké cara Manufaktur pangobongan hidrokarbon, nanging padha ora fullerenes murni - padha ngemot molekul oksigen. Lan supaya adoh tetep cetho mekanisme tatanan saka inti iki, amarga pangolahan busar banget boten stabil saka titik termodinamika tampilan, lan iku banget banget nyegah wawasan saka teori. Mung bukti irrefutable sing nglumpukake atom karbon fullerene individu, i.e. C ₂ pecahan. Nanging, gambar langit tatanan saka inti iki durung kawangun.

Biaya dhuwur saka fullerene ditemtokake ora mung kurang panenan dibakar. Hubungan, sesuci, misahake fullerenes masal beda soot - kabeh pangolahan kasebut cukup Komplek. Utamané nyangkut misahake dicampur menyang pecahan molekuler kapisah, kang dianakaké dening chromatography kolom Cairan lan tekanan dhuwur. Ing tataran pungkasan saka ampas solvent sing dibusak saka fullerene wis ngalangi. Kanggo sampel wis katahan ing vakum dinamis ing suhu nganti rong atus seket derajat. Nanging kauntungan iku sak pangembangan fullerene C ₆₀ lan nampa ing jumlah macroscopic wis kimia organik wis thukul cabang dhéwé - kimia fullerenes, kang wis dadi populèr sanget.

entuk manfaat

asale Fullerene digunakake ing macem-macem kothak teknologi. Foils lan kristal fullerene - semikonduktor gadhah photoconductivity ing mepe optik. Kristal C _60, yen atom doping logam alkalin, transisi menyang negara superkonduktivitas. solusi fullerene duwe optical ora segaris, lan mila bisa digunakake minangka basis saka shutters optik sing perlu kanggo pangayoman saka radiation kuat. Uga fullerene digunakake minangka katalis kanggo sintesis mirah. Fullerenes sing digunakake digunakake ing biologi lan kadhokteran. Iku ngandhut telung sifat molekul iki: nentokake lipophilicity membranotropnyh, elektronodefitsit menehi interaksi kemampuan karo radikal bebas, nanging uga ing kemampuan kanggo mindhah molekul oksigen conventional negara bungah dhewe lan kanggo nguripake singlet oksigen.

bahan kimia reaktif kuwi nyerang biomolekul: asam nukleat, protein, lipid. spesi oksigen reaktif sing digunakake ing therapy photodynamic kanggo perawatan kanker. getih pasien wis ngenalaken photosensitizers, ngasilaken spesi oksigen reaktif - bener fullerenes utawa asale kuwi. Aliran getih ing tumor iku ora pati roso saka ing jaringan sehat, lan amarga photosensitizers nglumpukake iku, lan sawise arah mepe molekul sing bungah dening ngasilaken spesi oksigen réaktif. sel-sel kanker ngalami apoptosis, lan tumor wis numpes. Saliyane iku - fullerenes duwe antioksidan lan trap spesi oksigen réaktif.

Fullerene ngedhunake kegiatan integrase HIV, protein sing tanggung jawab kanggo integrasi saka virus menyang DNA dening ubungan karo dening ganti nglarasake lan depriving wong saka wrecking fungsi utama. Sawetara asale fullerene sesambungan langsung karo DNA lan nyandhet restiktaz tumindak.

More about medicine

Ing 2007, ing fullerenes banyu-telat wiwit digunakake kanggo mangan wong-wong mau agen minangka antiallergic. Pasinaon conducted ing getih manungsa lan sel sing wis kapapar asale fullerene - C60 (net) x lan C60 (OH) x. Ing nyobi ing urip organisme - clurut - asil positif.

Wis, inti sing digunakake minangka vektor layang tamba, amarga banyu sing fullerenes (kelingan hydrophobicity C ₆₀₎ penetrates sèl gampang banget. Contone, erythropoietin - hormon ginjel ngetik langsung menyang ilen, iku mudhun ing jumlah pinunjul, lan yen wis digunakake bebarengan karo fullerenes, mundhak konsentrasi kanggo luwih saka kaping pindho, amarga iku nemu menyang sel.