Фуллерены
Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Фуллерены — класс аллотропных форм углерода (другие — алмаз, карбин и графит), представляющая собой выпуклые замкнутые многогранники составленные из четного числа трехкоординированных атомов углерода. Своим названием эти соединения обязаны инженеру и дизайнеру Р. Бакминстеру Фуллеру, чьи геодезические конструкции построены по этому принципу. Первоначально данный класс соединений был ограничен лишь структурами, включающими только пяти- и шестиугольные грани. Заметим, что для существования такого замкнутого многогранника, построенного из n вершин, образующих только пяти- и шестиугольные грани, согласно теореме Эйлера для многогранников, необходимым условием является наличие ровно 12 пятиугольных граней и n / 2 − 10 шестиугольных граней.
Впервые фуллерены были синтезированы в 1985 Робертом Керлом, Харолдом Крото и Ричардом Смолли (получившими за это открытие Нобелевскую премию по химии в 1996). В 1992 фуллерены обнаружили в породах докембрийского периода. Сейчас эти соединения интенсивно изучают в лабораториях разных стран, пытаясь установить условия их образования, структуру, свойства и возможные сферы применения. Установлено, в частности, что фуллерены в значительном количестве содержатся в саже, легко образуются в дуговом разряде на графитовых электродах — их раньше просто не замечали.
Наиболее полно изученный представитель семейства фуллеренов — [60]фуллерен (C60) (его называют иногда бакминстер-фуллерен), в котором углеродные атомы образуют многогранник, состоящий из 20 шестиугольников и 12 пятиугольников и напоминающий футбольный мяч. Следующим по распространенности является фуллерен C70, отличающийся от фуллерена C60 вставкой пояса из 10 атомов углерода в экваториальную область C60, в результате чего молекула C70 оказывается вытянутой и напоминает своей формой мяч для игры в регби. Так называемые высшие фуллерены, содержащие большее число атомов углерода (до 400), образуются в значительно меньших количествах и часто имеют довольно сложный изомерный состав. Среди наиболее изученных высших фуллеренов можно выделить Cn, n=74, 76, 78, 80, 82 и 84. Фуллерены получают электродуговым испарением графита в атмосфере гелия. При этом образуется мелкодисперсный порошок (т.н. фуллереновая сажа). Последующая экстракция ароматическими растворителями (напр. бензолом) позволяет извлекать из фуллереновой сажи смесь фуллеренов (в основном C60 и C70) с выходом до 10% по весу. Фуллерены обладают необычными химическими и физическими свойствами. Так, при высоком давлении С60 становится твердым, как алмаз. Его молекулы образуют кристаллическую структуру, как бы состоящую из идеально гладких шаров, свободно вращающихся в гранецентрированной кубической решётке. Благодаря этому свойству C60 можно использовать в качестве твердой смазки. Фуллерены обладают также магнитными и сверхпроводящими свойствами.
