Fullerene, buckyball, ose buckyball- një përbërje molekulare që i përket klasës së formave alotropike të karbonit dhe që përfaqëson poliedra konvekse të mbyllura të përbëra nga një numër çift i atomeve të karbonit tre-koordinuar. Fullerenët ia detyrojnë emrin e tyre inxhinierit dhe arkitektit Richard Buckminster Fuller, strukturat gjeodezike të të cilit janë ndërtuar mbi këtë parim. Fillimisht, kjo klasë nyjesh ishte e kufizuar në struktura që përmbanin vetëm faqe pesëkëndëshe dhe gjashtëkëndore. Vini re se për ekzistencën e një poliedri të tillë të mbyllur të ndërtuar nga n kulme që formojnë vetëm faqe pesëkëndëshe dhe gjashtëkëndore, sipas teoremës së Euler-it për poliedrat, e cila pohon vlefshmërinë e barazisë | n | − | e | + | f | = 2 (\displaystyle |n|-|e|+|f|=2)(ku | n | , | e | (\displaystyle |n|,|e|) dhe | f | (\displaystyle |f|) përkatësisht numri i kulmeve, skajeve dhe faqeve), kusht i domosdoshëm është prania e saktësisht 12 faqeve pesëkëndëshe dhe n / 2 − 10 (\displaystyle n/2-10) skajet gjashtëkëndore. Nëse molekula e fullerenit, përveç atomeve të karbonit, përfshin atome të elementeve të tjera kimike, atëherë nëse atomet e elementeve të tjerë kimikë ndodhen brenda kafazit të karbonit, fullerene të tilla quhen endohedral, nëse jashtë - ekzohedral.

YouTube enciklopedik

1 / 2

✪ Bill Joy: Për çfarë jam i shqetësuar, për çfarë jam i emocionuar

✪ 12 * L "homme qui empoisonna l" Humanité en voulant la sauver

Titra

Përkthyes: Marina Gavrilova Redaktor: Ahmet Yükseltürk Çfarë teknologjish mund të përdorim realisht për të ulur varfërinë globale? Ajo që kuptova ishte krejt e papritur. Ne filluam të shqyrtojmë gjëra të tilla si shkalla e vdekjeve në shekullin e njëzetë dhe se si gjërat janë përmirësuar që atëherë, dhe disa gjëra shumë interesante dhe të thjeshta kanë dalë. Mund të duket se antibiotikët, dhe jo uji i pastër, luajtën një rol vendimtar, por në fakt është e kundërta. Dhe gjëra shumë të thjeshta - teknologjitë e disponueshme që ishin të lehta për t'u gjetur në ditët e para të internetit - mund ta ndryshonin në mënyrë dramatike këtë problem. Por duke parë teknologjitë më të fuqishme si nanoteknologjia dhe inxhinieria gjenetike, dhe teknologji të tjera dixhitale në zhvillim, u shqetësova për abuzimin e mundshëm në këto fusha. Mendo pak, sepse në histori, shumë vite më parë, ne kemi trajtuar shfrytëzimin e njeriut nga njeriu. Pastaj dolëm me dhjetë urdhërime: Mos vrit. Është një lloj vendimi personal. Vendbanimet tona filluan të organizohen në qytete. Popullsia u rrit. Dhe për të mbrojtur individin nga tirania e turmës, ne kemi dalë me koncepte të tilla si liria e individit. Më pas, për t'u marrë me grupe të mëdha, le të themi, në nivel shtetëror, qoftë si rezultat i pakteve të ndërsjella të mossulmimit, qoftë si rezultat i një sërë konfliktesh, përfundimisht arritëm në një lloj marrëveshjeje zgjidhjeje për të mbajtur paqja. Por sot situata ka ndryshuar, kjo është ajo që njerëzit e quajnë një situatë asimetrike, kur teknologjitë janë bërë aq të fuqishme sa që tashmë shkojnë përtej kufijve të shtetit. Nuk janë më shtetet, por individët që kanë akses potencial në armët e shkatërrimit në masë. Dhe kjo është pasojë e faktit se këto teknologji të reja janë zakonisht dixhitale. Të gjithë kemi parë sekuenca gjenomike. Nëse dëshironi, çdokush mund të shkarkojë sekuencat e gjeneve të mikroorganizmave patogjenë nga interneti. Nëse dëshironi, kohët e fundit kam lexuar në një revistë shkencore se lloji i gripit të vitit 1918 është shumë i rrezikshëm për t'u transportuar. Dhe nëse dikush duhet ta përdorë atë në kërkime laboratorike, sugjerohet që thjesht të rindërtohet në mënyrë që të mos rrezikojë postën. Mundësi të tilla sigurisht që ekzistojnë. Kështu, grupe të vogla njerëzish që kanë akses në këtë lloj teknologjish vetë-përsëritëse, qofshin ato biologjike apo teknologji të tjera, paraqesin një rrezik të qartë. Dhe rreziku është se ata, në fakt, mund të krijojnë një pandemi. Dhe ne nuk kemi përvojë reale me pandemitë, dhe gjithashtu, si shoqëri, nuk jemi shumë të mirë për t'u marrë me gjëra të panjohura. Marrja e masave parandaluese nuk është në natyrën tonë. Dhe në këtë rast, teknologjia nuk e zgjidh problemin, sepse vetëm u hap më shumë mundësi njerëzve. Russell, Einstein dhe të tjerët, duke e diskutuar këtë në një mënyrë shumë më serioze, mendoj që në fillim të shekullit të njëzetë, arritën në përfundimin se vendimi duhet të merret jo vetëm nga koka, por edhe nga zemra. Merrni, për shembull, diskutimet e hapura dhe përparimin moral. Avantazhi që na jep qytetërimi është aftësia për të mos përdorur forcën. Të drejtat tona në shoqëri mbrohen kryesisht me masa ligjore. Për të kufizuar rrezikun e këtyre gjërave të reja, është e nevojshme të kufizohet aksesi i individëve në burimet e krijimit të pandemive. Ne gjithashtu kemi nevojë për mbrojtje të rëndësishme, sepse veprimet e njerëzve të çmendur mund të jenë të paparashikueshme. Dhe gjëja më e bezdisshme është se të bësh diçka të keqe është shumë më e lehtë sesa të zhvillosh një mbrojtje në të gjitha situatat e mundshme; pra kryesi gjithmonë ka përparësi asimetrike. Këto janë mendimet që kam menduar në 1999 dhe 2000; miqtë e mi panë se isha në depresion dhe shqetësohesha për mua. Pastaj nënshkroa një kontratë për të shkruar një libër në të cilin synoja të shprehja mendimet e mia të zymta dhe u transferova në një dhomë hoteli në Nju Jork me një dhomë plot me libra për murtajën dhe për bombardimet bërthamore në Nju Jork; krijoi një atmosferë, me një fjalë. Dhe unë isha atje më 11 shtator, duke qëndruar në rrugë me të gjithë. Diçka e pabesueshme po ndodhte. U ngrita të nesërmen në mëngjes dhe u largova nga qyteti, të gjithë kamionët e pastrimit ishin parkuar në Houston Street, gati për të pastruar rrënojat. Eca në mes të rrugës, në stacionin hekurudhor; gjithçka poshtë Rrugës 14 ishte e bllokuar. Ishte e pabesueshme, por jo për ata që kishin një dhomë plot me libra. Ishte për t'u habitur që ndodhi aty-këtu, por jo për t'u habitur që ndodhi në radhë të parë. Atëherë të gjithë filluan të shkruanin për të. Mijëra njerëz filluan të shkruanin për të. Dhe në fund e hodha poshtë librin dhe më pas Krisi më thirri me një ofertë për të folur në një konferencë. Nuk flas më për këtë, sepse mjaft gjëra dëshpëruese ndodhin pa të. Por pranova të vija të them disa fjalë për këtë. Dhe unë do të argumentoja se ne nuk duhet të braktisim sundimin e ligjit në trajtimin e kërcënimeve asimetrike, të cilat njerëzit në pushtet duket se po bëjnë për momentin, sepse kjo është e barabartë me braktisjen e qytetërimit. Dhe ne nuk mund ta luftojmë kërcënimin në mënyrën marrëzi që bëjmë, sepse një veprim milion dollarësh rezulton në një dëm miliardë dollarësh dhe një kundërmasë trilion dollarësh që është joefektive dhe pothuajse me siguri e përkeqëson problemin. Nuk mund të luftosh diçka nëse kostoja është një milion me një dhe shanset për sukses janë një deri në një milion. Pasi refuzova librin rreth një vit më parë, pata privilegjin t'i bashkohesha Kleiner Perkins dhe m'u dha mundësia të punoja mbi inovacionin përmes kapitalit sipërmarrës, duke u përpjekur të gjeja risi që mund të përdoren për të zgjidhur probleme të mëdha. Në gjëra të tilla, një ndryshim prej dhjetëfish mund të rezultojë në një fitim prej njëmijë herë. U mahnita vitin e kaluar nga cilësia dhe vrulli i pabesueshëm i inovacionit që kaloi nëpër duart e mia. Ndonjëherë ishte thjesht befasuese. Unë jam shumë mirënjohës për Google dhe Wikipedia për faktin se mund të kuptoja të paktën pak nga ajo që njerëzit po flisnin. Do të doja t'ju tregoja për tre fusha që më japin shpresë të veçantë lidhur me problemet për të cilat kam shkruar në një artikull në revistën Wired. Fusha e parë është arsimi në përgjithësi, dhe në thelb, kjo i referohet asaj që tha Nicholas (Nicholas Negroponte) për kompjuterët 100 dollarë. Ligji i Moore nuk është i shteruar. Transistorët më të avancuar sot janë 65 nanometra dhe unë kam investuar me kënaqësi në kompani që më japin besim të madh se ligji i Moore do të funksionojë deri në rreth 10 nanometra. Një reduktim tjetër në madhësi, të themi, me një faktor prej 6, duhet të përmirësojë performancën e çipave me një faktor prej 100. Pra, në terma praktike, nëse diçka kushton rreth 1000 dollarë sot, le të themi kompjuteri personal më i mirë që mund të blini, atëherë kostoja e tij në vitin 2020, mendoj se mund të jetë 10 dollarë. Jo keq? Imagjinoni sa do të kushtojë ai kompjuter 100 dollarë në 2020 si një mjet mësimi. Unë mendoj se sfida jonë -- dhe jam i sigurt se do të jetë, është të zhvillojmë llojin e mjeteve dhe rrjeteve mësimore që do të na lejojnë ta përdorim këtë pajisje. Jam i bindur se ne kemi kompjuterë tepër të fuqishëm, por nuk kemi softuer të mirë për ta. Dhe vetëm pas një kohe del një softuer më i mirë që ju e përdorni atë në një makinë 10-vjeçare dhe thoni, "Zot, a ishte ajo makinë e aftë të funksiononte kaq shpejt? "Më kujtohet kur ndërfaqja Apple Mac u rivendos në Apple II. Apple II funksionoi mirë me atë ndërfaqe, thjesht nuk dinim se si ta bënim atë në atë kohë. Bazuar në faktin se Ligji i Moores ka funksionuar për 40 vjet, mund të supozojmë se do të jetë kështu. Atëherë e dimë se si do të jenë kompjuterët në vitin 2020. Është mirë që kemi iniciativa për të edukuar dhe ndriçuar njerëzit në mbarë botën, sepse kjo është fuqia e madhe e botës. Dhe ne mund të sigurojë për këdo në botë kompjuter 100 dollarë ose kompjuter 10 dollarë gjatë 15 viteve të ardhshme. Fusha e dytë ku po fokusohem është çështja mjedisore, sepse ka një ndikim të fortë në të gjithë botën. Al Gore do të flasë më shumë për këtë së shpejti Ne mendojmë se ekziston një lloj prirje e Ligjit të Moores që materialet e reja janë forca shtytëse e përparimit në fushën e ekologjisë. Kemi një detyrë të vështirë përpara nesh, sepse popullsia urbane është rritur në këtë m shekull nga 2 në 6 miliardë në një periudhë shumë të shkurtër kohore. Njerëzit po lëvizin në qytete. Të gjithë kanë nevojë për ujë të pastër, energji, mjete transporti dhe ne duam të zhvillojmë qytete përgjatë një rruge të gjelbër. Sektorët industrialë janë mjaft efikas. Ne kemi bërë përmirësime në efikasitetin e energjisë dhe burimeve, por sektori i konsumit, veçanërisht në Amerikë, është shumë joefikas. Materialet e reja sjellin një risi kaq të jashtëzakonshme saqë ka arsye të mirë për të shpresuar se do të jenë mjaft fitimprurëse për të dalë në treg. Dua të jap një shembull specifik të materialit të ri që u zbulua 15 vjet më parë. Këto janë nanotuba karboni që Iijima i zbuloi në vitin 1991 dhe kanë veti të jashtëzakonshme. Këto janë gjërat që zbulojmë kur fillojmë të dizajnojmë në nivelin nano. Forca e tyre qëndron në faktin se është praktikisht materiali më i fortë, më rezistenti ndaj shtrirjes i njohur. Ata janë shumë, shumë të ngurtë dhe kanë shumë pak shtrirje. Në dy dimensione, për shembull, nëse ato bëhen pëlhurë, atëherë do të jetë 30 herë më i fortë se Kevlar. Dhe nëse bëni një strukturë tre-dimensionale, si një buckyball, ajo do të ketë veti të jashtëzakonshme. Nëse e bombardoni me grimca dhe hapni një vrimë në të, ai do të riparohet vetë, do ta riparojë shpejt, brenda femtosekondave, gjë që nuk është .. Shumë shpejt. (Të qeshura) Nëse e ndizni, prodhon energji elektrike. Blici i fotos mund të shkaktojë ndezjen e saj. Kur elektrizohet, lëshon dritë. Një mijë herë më shumë rrymë mund të kalojë nëpër të sesa përmes një copë metali. Ato mund të bëhen në gjysmëpërçues të tipit p dhe n, që do të thotë se mund të bëhen transistorë. Ata përcjellin nxehtësinë përgjatë gjatësisë, por jo në të gjithë - këtu nuk mund të flitet për trashësinë, vetëm për drejtimin tërthor - nëse i vendosni njëra mbi tjetrën; kjo është gjithashtu një veti e fibrës së karbonit. Nëse vendosni grimca në to dhe i qëlloni, ato veprojnë si përshpejtues linearë miniaturë ose armë elektronike. Pjesa e brendshme e një nanotubi është aq e vogël - më i vogli prej tyre është 0.7 nm - sa që në thelb është tashmë një botë kuantike. Kjo hapësirë e çuditshme është brenda nanotubit. Pra, ne po fillojmë të kuptojmë, dhe tashmë ka plane biznesi, gjëra për të cilat Lisa Randel po flet. Unë kisha një plan biznesi ku u përpoqa të mësoja më shumë rreth vargjeve Witten të matjeve kozmike në mënyrë që të përpiqesha të kuptoja se çfarë po ndodhte në nanomaterialin e propozuar. Pra, ne jemi me të vërtetë tashmë në kufirin brenda nanotubit. Kjo do të thotë, ne shohim se është e mundur të krijohen gjëra me veti të ndryshme nga këto dhe materiale të tjera të reja - të lehta dhe të forta - dhe të përdoren këto materiale të reja për të zgjidhur problemet mjedisore. Materiale të reja që mund të krijojnë ujë, materiale të reja që mund të bëjnë qelizat e karburantit të funksionojnë më mirë, materiale të reja që katalizojnë reaksionet kimike që reduktojnë ndotjen, etj. Etanol - mënyra të reja për të bërë etanol. Mënyra të reja të ndërtimit të transportit elektrik. Ëndërrim i gjelbër -- sepse mund të jetë i dobishëm. Dhe ne kemi investuar -- së fundmi kemi filluar një fond të ri, kemi investuar 100 milionë dollarë në këtë lloj investimi. Ne besojmë se Genentech, Compaq, Lotus, Sun, Netscape, Amazon dhe Google do të shfaqen në këto zona sepse ky revolucion i materialeve do të nxisë përparimin. Fusha e tretë për të cilën po punojmë, të cilën sapo e shpallëm javën e kaluar në Nju Jork. Ne kemi krijuar një fond special prej 200 milionë dollarësh për të zhvilluar biosigurinë kundër pandemive. Dhe për t'ju dhënë një ide, fondi i fundit i themeluar nga Kleiner vlerësohet në 400 milionë dollarë, kështu që ky është një fond shumë i konsiderueshëm për të. Ajo që kemi bërë në muajt e fundit - disa muaj më parë, Ray Kurzweil dhe unë shkruam një artikull op-ed në The New York Times se sa i rrezikshëm ishte botimi i gjenomit të gripit të vitit 1918. John Derr, Brooke dhe të tjerët u shqetësuan për këtë [e paqartë] dhe ne filluam të studionim se si bota po përgatitej për një pandemi. Kemi parë shumë boshllëqe. Pyesim veten nëse është e mundur të gjejmë risi të tilla që do të mbushin këto boshllëqe? Dhe Brooks më tha në pjesën e parë se ai gjeti kaq shumë gjëra, aq shumë emocione që nuk mund të flinte, kaq shumë teknologji të shkëlqyera, saqë ne mund t'i gërmojmë ato. Ne kemi nevojë për to, ju e dini. Ne kemi një antiviral në rezervë; ata thonë se ende funksionon. Ky është Tamiflu. Megjithatë, virusi Tamiflu është rezistent. Ai është rezistent ndaj Tamiflu. Nga përvoja me SIDA-n, shohim se koktejet funksionojnë mirë, domethënë nevojiten disa barna për rezistencën virale. Ne duhet ta hulumtojmë këtë më thellë. Ne kemi nevojë për grupe që mund të kuptojnë se çfarë po ndodh. Ne kemi nevojë për diagnostikim të shpejtë për të qenë në gjendje të identifikojmë një lloj gripi që është zbuluar vetëm kohët e fundit. Ju duhet të jeni në gjendje të kryeni shpejt diagnostikimin e shprehur. Ne kemi nevojë për barna dhe kokteje të reja antivirale. Ne kemi nevojë për lloje të reja vaksinash. Vaksinat me spektër të gjerë. Vaksinat që mund të prodhohen shpejt. Kokteje, vaksina më të fuqishme. Vaksina konvencionale vepron kundër 3 llojeve të mundshme. Nuk e dimë se cili është aktiv. Ne besojmë se nëse mund t'i plotësojmë këto 10 boshllëqe, do të ishim në gjendje të reduktonim rrezikun e një pandemie. Gripi normal sezonal dhe pandemia janë në raportin 1:1000 për sa i përket vdekjeve dhe sigurisht që ndikimi në ekonomi është i madh. Pra, ne jemi shumë të emocionuar sepse mendojmë se mund të financojmë 10, ose të paktën të përshpejtojmë 10 projekte dhe t'i shohim ato të dalin në treg në dy vitet e ardhshme. Pra, nëse teknologjia mund të ndihmojë në zgjidhjen e problemeve në arsim, mjedis dhe pandemi, a do ta zgjidhë kjo problemin më të madh që diskutova në revistën Wired? Kam frikë se përgjigjja është vërtet jo, sepse është e pamundur të zgjidhësh problemin e menaxhimit të teknologjisë me të njëjtën teknologji. Nëse fuqia e pakufizuar lihet në dispozicion të lirë, atëherë një numër shumë i vogël njerëzish do të mund ta përdorin atë për qëllimet e tyre. Nuk mund të luftosh kur shanset janë një milion me një. Ajo që na nevojitet janë ligje më efikase. Për shembull, ajo që ne mund të bëjmë, diçka që nuk është ende në ajrin politik, por ndoshta me ndryshimin e administratës do të jetë - është përdorimi i tregjeve. Tregjet janë një forcë shumë e fuqishme. Për shembull, në vend që të përpiqemi të rregullojmë problemet, të cilat ndoshta nuk do të funksionojnë, nëse mund të vendosim koston e katastrofës në koston e të bërit biznes, në mënyrë që njerëzit që punojnë në biznesin me rrezik të lartë të mund të mbrojnë kundër tij. . Për shembull, ju mund ta përdorni këtë për të tregtuar një ilaç. Nuk do të duhet të miratohet nga autoritetet rregullatore; por do t'ju duhet të bindni kompaninë e sigurimit se është e sigurt. Dhe nëse e aplikoni konceptin e sigurimit në një shkallë më të madhe, mund të përdorni një forcë më të fuqishme, fuqinë e tregut, për të dhënë reagime. Si mund të zbatohet një legjislacion i tillë? Mendoj se një legjislacion i tillë duhet mbështetur. Njerëzit duhet të mbajnë përgjegjësi. Ligji kërkon përgjegjësi. Deri më sot, shkencëtarët, teknologët, biznesmenët, inxhinierët nuk janë personalisht përgjegjës për pasojat e veprimeve të tyre. Nëse bëni diçka, duhet ta bëni atë në përputhje me ligjin. Dhe së fundi, mendoj se duhet të bëjmë - është pothuajse e pamundur të thuhet - duhet të fillojmë të projektojmë të ardhmen. Ne nuk mund të zgjedhim të ardhmen, por mund të ndryshojmë drejtimin e saj. Investimi ynë në përpjekjen për të parandaluar pandemitë e gripit ndikon në shpërndarjen e rezultateve të mundshme. Mund të mos jemi në gjendje ta ndalojmë pandeminë, por ka më pak gjasa të mbetemi të paprekur nëse fokusohemi në këtë çështje. Në këtë mënyrë, ne mund të dizajnojmë të ardhmen duke zgjedhur atë që duam të ndodhë dhe duke parandaluar atë që nuk duam, dhe duke e drejtuar zhvillimin në një vend me më pak rrezik. Zëvendëspresidenti Gore do të flasë se si mund ta drejtojmë trajektoren klimatike në një zonë me probabilitet të ulët katastrofe. Por gjëja më e rëndësishme që duhet të bëjmë është të ndihmojmë djemtë e mirë, njerëzit në mbrojtje, të kenë një avantazh ndaj njerëzve që mund të përfitojnë nga situata. Dhe ajo që duhet të bëjmë është të kufizojmë aksesin në informacione të caktuara. Duke pasur parasysh vlerat me të cilat jemi rritur, vlera e lartë që i kushtojmë lirisë së fjalës është e vështirë të pranohet -- është e vështirë për të gjithë ne ta pranojmë. Kjo është veçanërisht e vështirë për shkencëtarët që kujtojnë persekutimin që iu nënshtrua Galileo, por megjithatë luftoi kundër kishës. Por ky është çmimi i qytetërimit. Çmimi i ruajtjes së ligjit është kufizimi i aksesit në pushtet të pakufizuar. Faleminderit per vemendjen. (Duartrokitje)

Historia e zbulimit

Fullerenet në natyrë

Pasi u përftuan në kushte laboratorike, molekulat e karbonit janë gjetur në disa mostra të shungitit të Karelisë së Veriut në fulguritët, meteoritët dhe sedimentet fundore amerikane dhe indiane, të cilat janë deri në 65 milionë vjet të vjetra.

Fullerenet u gjetën gjithashtu në sasi të mëdha në hapësirë: në 2010 në formën e gazit, në 2012 - në formë të ngurtë.

Vetitë strukturore

Formimi molekular i karbonit në formën e një ikosaedroni të cunguar ka një masë prej 720 amu. Në molekulat e fullerenit, atomet e karbonit ndodhen në kulmet e gjashtëkëndëshave dhe pesëkëndëshave, të cilët përbëjnë sipërfaqen e një sfere ose elipsoidi. Përfaqësuesi më simetrik dhe më plotësisht i studiuar i familjes së fullerenit është fullereni (C 60), në të cilin atomet e karbonit formojnë një ikosaedron të cunguar, i përbërë nga 20 gjashtëkëndësha dhe 12 pesëkëndësha dhe i ngjan një topi futbolli (si një formë ideale, jashtëzakonisht e rrallë në natyrë) . Meqenëse çdo atom karboni i fullerenit C 60 i përket njëkohësisht dy gjashtëkëndëshave dhe një pesëkëndëshi, të gjithë atomet në C 60 janë ekuivalente, gjë që konfirmohet nga spektri i rezonancës magnetike bërthamore (NMR) të izotopit 13 C - ai përmban vetëm një linjë. Megjithatë, jo të gjitha lidhjet C-C kanë të njëjtën gjatësi. Lidhja C=C, e cila është një anë e përbashkët për dy gjashtëkëndësha, është 1,39 Å, dhe lidhja C-C, e cila është e zakonshme për një gjashtëkëndësh dhe një pesëkëndësh, është më e gjatë dhe e barabartë me 1,44 Å. Përveç kësaj, lidhja e llojit të parë është e dyfishtë, dhe e dyta është e vetme, e cila është thelbësore për kiminë e C60 fullerenit. Në fakt, studimi i vetive të fullereneve të marra në sasi të mëdha tregon shpërndarjen e vetive objektive të tyre (aktiviteti kimik dhe thithës) në 4 izomere të qëndrueshme të fullerenit, të përcaktuar lirisht nga kohë të ndryshme daljeje nga kolona e thithjes së një kromatografi të lëngshëm me rezolucion të lartë. . Në këtë rast, masa atomike e të 4 izomerëve është ekuivalente - ajo ka një masë prej 720 amu. hani.

Më i zakonshmi tjetër është fullereni C 70, i cili ndryshon nga fullereni C 60 duke futur një rrip prej 10 atomesh karboni në rajonin ekuatorial C 60, si rezultat i të cilit molekula 34 është e zgjatur dhe i ngjan një topi regbi në formën e tij. .

Të ashtuquajturat fullerene më të larta që përmbajnë një numër më të madh atomesh karboni (deri në 400) formohen në sasi shumë më të vogla dhe shpesh kanë një përbërje izomere mjaft komplekse. Ndër fullerenet më të larta më të studiuara, mund të veçohet C n , n=74, 76, 78, 80, 82 dhe 84.

Sinteza

Fullerenet e para u izoluan nga avujt e kondensuar të grafitit të marrë nga rrezatimi lazer i mostrave të grafitit të ngurtë. Në fakt, ato ishin gjurmë të substancës. Hapi tjetër i rëndësishëm u ndërmor në vitin 1990 nga W. Kretchmer, Lamb, D. Huffman dhe të tjerë, të cilët zhvilluan një metodë për marrjen e sasive gram të fullereneve duke djegur elektroda grafiti në një hark elektrik në një atmosferë heliumi me presione të ulëta. Në procesin e erozionit të anodës, bloza që përmban një sasi të caktuar të fullereneve u vendos në muret e dhomës. Bloza shpërndahet në benzen ose toluen dhe sasi gramësh të molekulave C 60 dhe C 70 izolohen në formë të pastër nga tretësira që rezulton në një raport prej 3: 1 dhe afërsisht 2% të fullereneve më të rënda. Më pas, u bë e mundur të zgjidheshin parametrat optimalë të avullimit të elektrodës (presioni, përbërja atmosferike, rryma, diametri i elektrodës), në të cilat arrihet rendimenti më i lartë i fullereneve, mesatarisht 3-12% të materialit të anodës, i cili përfundimisht përcakton nivelin e lartë. kostoja e fullereneve.

Në fillim, të gjitha përpjekjet e eksperimentuesve për të gjetur metoda më të lira dhe më produktive për marrjen e sasive gram të fullereneve (djegia e hidrokarbureve në flakë, sinteza kimike, etj.) nuk çuan në sukses, dhe metoda "hark" mbeti më produktive. për një kohë të gjatë (produktiviteti është rreth 1 g / orë). Më pas, Mitsubishi arriti të krijojë prodhimin industrial të fullereneve duke djegur hidrokarburet, por fullerene të tilla përmbajnë oksigjen, dhe për këtë arsye metoda e harkut është ende metoda e vetme e përshtatshme për marrjen e fullereneve të pastra.

Mekanizmi i formimit të fullerenit në hark mbetet ende i paqartë, pasi proceset që ndodhin në rajonin e djegies së harkut janë termodinamikisht të paqëndrueshëm, gjë që e ndërlikon shumë shqyrtimin e tyre teorik. U vërtetua në mënyrë të pakundërshtueshme vetëm se fullereni është mbledhur nga atome individuale të karbonit (ose fragmente C 2). Për provë, grafiti 13 C i pastruar shumë u përdor si elektrodë anodë, elektroda tjetër u bë nga grafit i zakonshëm 12 C. Pas nxjerrjes së fullereneve, u tregua nga NMR se atomet 12 C dhe 13 C ndodhen rastësisht në sipërfaqja e fullerenit. Kjo tregon zbërthimin e materialit grafit në atome individuale ose fragmente të nivelit atomik dhe bashkimin e tyre të mëvonshëm në një molekulë fullerene. Kjo rrethanë bëri të nevojshme braktisjen e pamjes vizuale të formimit të fullereneve si rezultat i palosjes së shtresave atomike të grafitit në sfera të mbyllura.

Një rritje relativisht e shpejtë e numrit total të instalimeve për prodhimin e fullereneve dhe puna e vazhdueshme për të përmirësuar metodat e pastrimit të tyre kanë çuar në një ulje të ndjeshme të kostos së C 60 gjatë 17 viteve të fundit - nga 10 mijë në 10-15 dollarë. për gram, gjë që i ka sjellë në kufirin e përdorimit të tyre real industrial.

Fatkeqësisht, megjithë optimizimin e metodës Huffman-Kretchmer (HK), nuk është e mundur të rritet rendimenti i fullereneve me më shumë se 10-20% të masës totale të grafitit të djegur. Për shkak të kostos relativisht të lartë të produktit fillestar, grafitit, kjo metodë ka kufizime themelore. Shumë studiues besojnë se nuk do të jetë e mundur të zvogëlohet kostoja e fullereneve të marra me metodën XC nën disa dollarë për gram. Prandaj, përpjekjet e një sërë grupesh kërkimore synojnë gjetjen e metodave alternative për marrjen e fullereneve. Suksesin më të madh në këtë fushë e arriti kompania Mitsubishi, e cila arriti të krijojë prodhimin industrial të fullereneve duke djegur hidrokarburet në flakë. Kostoja e fullereneve të tilla është rreth 5 $/gram (2005), e cila nuk ka asnjë efekt në koston e fullereneve të harkut elektrik.

Duhet të theksohet se kostoja e lartë e fullereneve përcaktohet jo vetëm nga rendimenti i tyre i ulët gjatë djegies së grafitit, por edhe nga vështirësia e izolimit, pastrimit dhe ndarjes së fullereneve të masave të ndryshme nga karboni i zi. Qasja e zakonshme është si më poshtë: bloza e përftuar nga djegia e grafitit përzihet me toluen ose një tretës tjetër organik (i aftë për të tretur efektivisht fullerenet), më pas përzierja filtrohet ose centrifugohet dhe tretësira e mbetur avullohet. Pas heqjes së tretësit, mbetet një precipitat i errët kristalor i imët - një përzierje e fullereneve, që zakonisht quhet fullerite. Përbërja e fullerit përfshin formacione të ndryshme kristalore: kristalet e vogla të molekulave C 60 dhe C 70 dhe kristalet C 60 / C 70 janë zgjidhje të ngurta. Përveç kësaj, fulleriti përmban gjithmonë një sasi të vogël të fullereneve më të larta (deri në 3%). Ndarja e një përzierje të fullereneve në fraksione molekulare individuale kryhet duke përdorur kromatografinë e kolonës së lëngshme dhe kromatografinë e lëngshme me presion të lartë (HPLC). Kjo e fundit përdoret kryesisht për të analizuar pastërtinë e fullereneve të izoluara, pasi ndjeshmëria analitike e metodës HPLC është shumë e lartë (deri në 0.01%). Së fundi, faza e fundit është heqja e mbetjeve të tretësit nga kampioni i ngurtë i fullerenit. Ajo kryhet duke mbajtur kampionin në një temperaturë prej 150-250 °C në kushte dinamike të vakumit (rreth 0.1 Torr).

Vetitë fizike dhe vlera e aplikuar

Fulleritet

Sistemet e kondensuar që përbëhen nga molekula fullerene quhen fullerite. Sistemi më i studiuar i këtij lloji është kristali C 60, më pak - sistemi kristalor C 70. Studimet e kristaleve të fullereneve më të larta pengohen nga kompleksiteti i përgatitjes së tyre.

Atomet e karbonit në një molekulë fullerene janë të lidhur me lidhje σ- dhe π, ndërsa nuk ka asnjë lidhje kimike (në kuptimin e zakonshëm të fjalës) midis molekulave individuale të fullerenit në një kristal. Prandaj, në një sistem të kondensuar, molekulat individuale ruajnë individualitetin e tyre (i cili është i rëndësishëm kur merret parasysh struktura elektronike e një kristali). Molekulat mbahen në kristal nga forcat van der Waals, duke përcaktuar në një masë të madhe vetitë makroskopike të C 60 të ngurtë.

Në temperaturat e dhomës, kristali C 60 ka një rrjetë kub të përqendruar në fytyrë (fcc) me një konstante prej 1,415 nm, por ndërsa temperatura ulet, ndodh një tranzicion i fazës së rendit të parë (T cr ≈ 260) dhe kristali C 60 ndryshon struktura e saj në një kub të thjeshtë (konstante grilë 1,411 nm). Në një temperaturë T > Tcr, molekulat C 60 rrotullohen rastësisht rreth qendrës së tyre të ekuilibrit dhe kur ajo bie në një temperaturë kritike, dy akset e rrotullimit ngrihen. Ngrirja e plotë e rrotullimeve ndodh në 165 K. Struktura kristalore e C 70 në temperatura të rendit të temperaturës së dhomës u studiua në detaje në punim. Siç rezulton nga rezultatet e kësaj pune, kristalet e këtij lloji kanë një rrjetë me qendër trupin (bcc) me një përzierje të vogël të fazës gjashtëkëndore.

Vetitë optike jolineare

Një analizë e strukturës elektronike të fullereneve tregon praninë e sistemeve π-elektronike, për të cilat ka vlera të mëdha të ndjeshmërisë jolineare. Fullerenet me të vërtetë kanë veti optike jolineare. Sidoqoftë, për shkak të simetrisë së lartë të molekulës C 60, gjenerimi i dytë harmonik është i mundur vetëm kur asimetria futet në sistem (për shembull, nga një fushë elektrike e jashtme). Nga pikëpamja praktike, shpejtësia e lartë (~250 ps), e cila përcakton shtypjen e gjeneratës së dytë harmonike, është tërheqëse. Përveç kësaj, fullerenet C 60 janë gjithashtu të afta të gjenerojnë harmonikën e tretë.

Një tjetër zonë e mundshme për përdorimin e fullereneve dhe, para së gjithash, C 60 janë grilat optike. Mundësia e përdorimit të këtij materiali për një gjatësi vale prej 532 nm është treguar eksperimentalisht. Koha e shkurtër e përgjigjes bën të mundur përdorimin e fullereneve si kufizues të rrezatimit lazer dhe ndërprerës Q. Megjithatë, për një sërë arsyesh, është e vështirë për fullerenet të konkurrojnë këtu me materialet tradicionale. Kostoja e lartë, vështirësitë në shpërndarjen e fullereneve në gota, aftësia për t'u oksiduar me shpejtësi në ajër, koeficientët jo-rekord të ndjeshmërisë jolineare dhe një prag i lartë për kufizimin e rrezatimit optik (jo i përshtatshëm për mbrojtjen e syve) krijojnë vështirësi serioze në luftën kundër materialeve konkurruese. .

Mekanika kuantike dhe fullereni

Fullereni i hidratuar (HyFn); (C 60 (H 2 O) n)

Fullereni i hidratuar C 60 - C 60 HyFn është një kompleks supramolekular i fortë, hidrofil i përbërë nga një molekulë C 60 fullerene e mbyllur në guaskën e parë të hidratimit, e cila përmban 24 molekula uji: C 60 @(H 2 O) 24 . Predha e hidratimit formohet për shkak të ndërveprimit dhurues-pranues të çifteve të vetme - elektroneve të molekulave të oksigjenit të ujit me qendrat e elektron-pranuesit në sipërfaqen e fullerenit. Në të njëjtën kohë, molekulat e ujit të orientuara pranë sipërfaqes së fullerenit ndërlidhen nga një rrjet vëllimor lidhjesh hidrogjeni. Madhësia e C 60 HyFn korrespondon me 1.6-1.8 nm. Aktualisht, përqendrimi maksimal i C 60, në formën e C 60 HyFn, që është krijuar në ujë është ekuivalent me 4 mg/ml. [ kontrolloni lidhjen] Foto e tretësirës ujore të C 60 HyFn me përqendrim C 60 0,22 mg/ml në të djathtë.

Fullereni si material për teknologjinë gjysmëpërçuese

Një kristal molekular i fullerenit është një gjysmëpërçues me një hendek brezi prej ~ 1.5 eV, dhe vetitë e tij janë kryesisht të ngjashme me ato të gjysmëpërçuesve të tjerë. Prandaj, një numër studimesh janë lidhur me përdorimin e fullereneve si një material i ri për aplikime tradicionale në elektronikë: një diodë, një tranzistor, një fotocelë, etj. Këtu, avantazhi i tyre ndaj silikonit tradicional është një kohë e shkurtër fotoreagimi (njësi të ns). Sidoqoftë, efekti i oksigjenit në përçueshmërinë e filmave të fullerenit doli të ishte një pengesë e rëndësishme dhe, rrjedhimisht, lindi nevoja për veshje mbrojtëse. Në këtë kuptim, është më premtuese përdorimi i molekulës së fullerenit si një pajisje e pavarur në shkallë nano dhe, në veçanti, si një element përforcues.

Fullereni si fotorezist

Nën veprimin e rrezatimit të dukshëm (> 2 eV), ultravjollcë dhe me gjatësi vale më të shkurtër, fullerenet polimerizohen dhe në këtë formë nuk treten nga tretësit organikë. Si ilustrim i përdorimit të një fotorezisti të fullerenit, mund të jepet një shembull i marrjes së rezolucionit nën mikron (≈20 nm) duke gdhendur silikonin me një rreze elektronike duke përdorur një maskë të një filmi të polimerizuar C 60.

Aditivë Fullerene për Rritjen e Filmave Diamanti me Metoda CVD

Një tjetër mundësi interesante e aplikimit praktik është përdorimi i aditivëve të fullerenit në rritjen e filmave të diamantit me metodën CVD (Chemical Vapor Deposition). Futja e fullereneve në fazën e gazit është efektive nga dy këndvështrime: një rritje në shkallën e formimit të bërthamave të diamantit në nënshtresë dhe furnizimi i blloqeve të ndërtimit nga faza e gazit në nënshtresë. Fragmentet e C 2 veprojnë si blloqe ndërtimi, të cilat doli të ishin një material i përshtatshëm për rritjen e një filmi diamanti. Eksperimentalisht është treguar se shkalla e rritjes së filmave të diamantit arrin 0.6 μm/h, që është 5 herë më e lartë se pa përdorimin e fullereneve. Për konkurrencën reale midis diamanteve dhe gjysmëpërçuesve të tjerë në mikroelektronikë, është e nevojshme të zhvillohet një metodë e heteroepitaksisë së filmave të diamantit, por rritja e filmave me një kristal në nënshtresa jo diamanti mbetet një problem i pazgjidhshëm. Një mënyrë e mundshme për të zgjidhur këtë problem është përdorimi i një shtrese buferi fullerene midis substratit dhe filmit të diamantit. Një parakusht për kërkime në këtë drejtim është ngjitja e mirë e fullereneve me shumicën e materialeve. Këto dispozita janë veçanërisht të rëndësishme në lidhje me kërkimet intensive mbi diamantet për përdorimin e tyre në mikroelektronikën e gjeneratës së ardhshme. Performancë e lartë (shpejtësi e lartë e ngopur e lëvizjes); Përçueshmëria më e lartë termike dhe rezistenca kimike e çdo materiali të njohur e bëjnë diamantin një material premtues për gjeneratën e ardhshme të elektronikës.

Komponimet superpërcjellëse me C 60

Kristalet molekulare të fullereneve janë gjysmëpërçues, megjithatë, në fillim të vitit 1991, u zbulua se dopingu i ngurtë C 60 me një sasi të vogël metali alkali çon në formimin e një materiali me përçueshmëri metalike, i cili në temperatura të ulëta kalon në një superpërçues. Dopingu me 60 prodhohet duke trajtuar kristalet me avull metalik në temperatura disa qindra gradë Celsius. Në këtë rast, formohet një strukturë e tipit X 3 C 60 (X është një atom i metalit alkali). Kaliumi ishte metali i parë që u ndërthur. Kalimi i përbërjes K 3 C 60 në gjendjen superpërcjellëse ndodh në një temperaturë prej 19 K. Kjo është një vlerë rekord për superpërçuesit molekularë. Shumë shpejt u konstatua se shumë fullerite të dopuar me atome të metaleve alkali në raportin ose X 3 C 60 ose XY 2 C 60 (X, Y janë atome të metaleve alkali) kanë superpërçueshmëri. Mbajtësi i rekordit midis superpërçuesve me temperaturë të lartë (HTSC) të këtyre llojeve ishte RbCs 2 C 60 - T cr i tij = 33 K.

Ndikimi i aditivëve të vegjël të blozës fullerene në vetitë kundër fërkimit dhe kundër konsumit të PTFE

Duhet të theksohet se prania e fullerenit C 60 në lubrifikantët minerale fillon formimin e një filmi mbrojtës fulleren-polimer me trashësi 100 nm në sipërfaqet e kundërtrupave. Filmi i formuar mbron nga degradimi termik dhe oksidativ, rrit jetëgjatësinë e njësive të fërkimit në situata emergjente me 3-8 herë, qëndrueshmërinë termike të lubrifikantëve deri në 400-500 ° C dhe kapacitetin mbajtës të njësive të fërkimit me 2-3 herë. zgjeron gamën e presionit të funksionimit të njësive të fërkimit me 1, 5-2 herë, zvogëlon kohën e funksionimit të trupave të kundërt.

Aplikacione të tjera

Aplikime të tjera interesante përfshijnë akumulatorët dhe bateritë elektrike, në të cilat aditivët e fullerenit përdoren në një mënyrë ose në një tjetër. Këto bateri bazohen në katoda litiumi që përmbajnë fullerene të ndërthurura. Fullerenet mund të përdoren gjithashtu si aditivë për prodhimin e diamanteve artificiale duke përdorur metodën e presionit të lartë. Në këtë rast, rendimenti i diamanteve rritet me ≈30%.

Përveç kësaj, fullerenet kanë gjetur aplikim si aditivë në bojërat intumescente (intumescente) kundër zjarrit. Për shkak të futjes së fullereneve, bojë bymehet nën ndikimin e temperaturës gjatë një zjarri, formohet një shtresë mjaft e dendur shkumë-koksi, e cila disa herë rrit kohën e ngrohjes në temperaturën kritike të strukturave të mbrojtura.

Gjithashtu, fullerenet dhe derivatet e tyre të ndryshëm kimikë përdoren në kombinim me polimere gjysmëpërçuese të polikonjuguara për prodhimin e qelizave diellore.

Vetitë kimike

Fullerenet, pavarësisht mungesës së atomeve të hidrogjenit që mund të zëvendësohen si në rastin e përbërjeve aromatike konvencionale, mund të funksionalizohen me metoda të ndryshme kimike. Për shembull, reagime të tilla për funksionalizimin e fullereneve si reaksioni Diels-Alder, reaksioni Prato dhe reaksioni Bingel janë aplikuar me sukses. Fullerenet gjithashtu mund të hidrogjenizohen për të formuar produkte nga C 60 H 2 në C 60 H 50 .

rëndësi mjekësore

Antioksidantë

Fullerenet janë antioksidantët më të fuqishëm të njohur sot. Mesatarisht, ato tejkalojnë efektin e të gjithë antioksidantëve të njohur prej tyre me 100-1000 herë. Për shkak të kësaj, ata supozohet të jenë në gjendje të zgjasin ndjeshëm jetëgjatësinë mesatare të minjve dhe krimbave të rrumbullakët. Në formën e tij natyrore, ajo gjendet në shungite dhe ajrin e detit. Supozohet se C60 fullereni, i tretur në vaj ulliri, mund të përfshihet në membranat lipidike të dyfishta të qelizave dhe mitokondrive dhe të veprojë si një antioksidant i ripërdorshëm.

Në vitin 1985, u zbulua një molekulë e përbërë nga 60 atome karboni, të rregulluar si një top futbolli - fullereni, i quajtur pas inxhinierit Richard Fuller, i cili u bë i famshëm për dizajnet e një forme të tillë. Përveç formës së saj mahnitëse simetrike, kjo molekulë, e cila është forma e tretë (pas diamantit dhe grafitit) alotropike e karbonit, doli të ishte diçka si guri filozofik i alkimistëve.

Deri kohët e fundit, ai kurrë nuk pushon së mahnituri shkencëtarët me toksicitetin e tij jashtëzakonisht të ulët (veçanërisht në krahasim me diçka të ngjashme me nanotubat) dhe vetitë e tjera të mahnitshme. Mekanizmat e ndërveprimit të fullereneve me qelizat nuk janë ende të qarta, por rezultati mund të quhet vërtet magji.

Këtu është një listë jo e plotë e atyre pronave që u interesuan mjekëve dhe biologëve. Fullereni dhe derivatet e tij mund të përdoren:

për të mbrojtur trupin nga rrezatimi dhe rrezatimi ultravjollcë;
për të mbrojtur kundër viruseve dhe baktereve;
për të mbrojtur kundër alergjive. Kështu, në eksperimentet in vivo, futja e derivateve të fullerenit pengon anafilaksinë tek minjtë dhe nuk vërehet asnjë efekt toksik;
si një substancë që stimulon sistemin imunitar;
si një antioksidant i fuqishëm sepse është një pastrues aktiv i radikalëve. Aktiviteti antioksidant i fullerenit është i krahasueshëm me veprimin e antioksidantëve të klasës SkQ ("jonet Skulachev") dhe është 100-1000 herë më i lartë se veprimi i antioksidantëve konvencionalë si vitamina E, butilhidroksitolueni, β-karotina;
si ilaçe për të luftuar kancerin;
për të penguar angiogjenezën;
për të mbrojtur trurin nga alkooli;
për të stimuluar rritjen e nervave;
për të stimuluar proceset e rigjenerimit të lëkurës. Kështu, fullereni është një komponent i rëndësishëm i agjentëve kozmetikë rinovues GRS dhe CEFINE;
për të stimuluar rritjen e flokëve;
si një ilaç kundër amiloidit.

Përveç kësaj, fullereni mund të përdoret për shpërndarjen e barnave të ndryshme në qelizë dhe shpërndarjen jovirale të vektorëve gjenetikë në bërthamën e qelizës.

Duket se kjo listë mund të zgjerohet më tej, por së fundmi ajo është rimbushur me një tjetër, ndoshta cilësinë më të mahnitshme dhe të pakuptueshme të fullerenit C60. Në një studim të toksicitetit të C60 fullerenit të tretur në vaj ulliri, studiuesit francezë zbuluan se minjtë e ushqyer rregullisht me solucionin e fullerenit C60 jetojnë më gjatë se ata që u jepet vetëm vaj ulliri ose një dietë normale. (Një ritregim i shkurtër mund të gjendet në artikullin "Vaj ulliri me fullerene - një eliksir i rinisë?" - VM.)

Tretja në vaj rrit ndjeshëm efikasitetin e fullerenit C60, pasi agregatët e tij të mëdhenj (16 ose më shumë molekula) nuk janë në gjendje të depërtojnë në qeliza.

Në të njëjtën kohë, jetëgjatësia u rrit jo me rreth 20-30%, si në eksperimentet me "ilaçet për pleqërinë" më të mirë (si resveratroli ose rapamicina), por jo më pak se dy herë! Gjysma e kafshëve të trajtuara me fullerene jetuan deri në 60 muaj (miu më i vjetër jetoi deri në 5.5 vjet). Në të njëjtën kohë, në grupin e kontrollit (me një dietë normale), jetëgjatësia e 50% e kafshëve ishte 30 muaj, dhe më e vjetra jetonte vetëm deri në 37 muaj. Kafshët e trajtuara me vaj ulliri pa fullerene jetuan pak më gjatë - 50% e tyre jetuan deri në 40 muaj, dhe miu më i vjetër jetoi deri në 58 muaj.

Diagrami i mbijetesës së minjve të trajtuar me: dietë normale (vija blu), përveç dietës, vaj ulliri (i kuq) dhe vaj ulliri me C60 fulleren të tretur në të (vija e zezë). Duke tërhequr nga .

Efekti jetëdhënës i C60 fullerenit i atribuohet nga autorët e artikullit vetive të tij antioksiduese. Megjithatë, është e mundur që mund të lidhet me aftësinë e C60 fullerenit për të bashkëvepruar me vitaminën A. Dihet që retinoidet (përfshirë vitaminën A) luajnë një rol të rëndësishëm në shprehjen e gjeneve kryesore të sistemit imunitar dhe se sinteza lokale e retinoideve duket se luan një rol kyç në rregullimin e embriogjenezës dhe rigjenerimit.

Fatkeqësisht, këto eksperimente u kryen në grupe të vogla kafshësh dhe për këtë arsye kërkojnë verifikim të kujdesshëm. Duke pasur parasysh faktin se fullereni i pastruar C60, i prodhuar në Rusi, kushton vetëm rreth 1800 rubla për gram, nuk është aq e vështirë të përsëriten këto eksperimente, të sqarohen dozat dhe kohëzgjatja e "trajtimit". Tjetra është më e vështirë. A do të jetë po aq efektive për njerëzit kjo “terapi e pleqërisë”? Në fund të fundit, njerëzit nuk janë minj, dhe ka dhjetëra shembuj të një ilaçi që është shumë efektiv në eksperimentet me minj, doli të ishte plotësisht i padobishëm (nëse jo i dëmshëm!) Kur provat u zhvendosën në klinikë. Epo, koha do ta tregojë. Do të ishte gjithashtu interesante të krahasohej aktiviteti zgjatës i jetës së C60 fulleren me analogët e tij të shumtë të tretshëm në ujë, të sintetizuara në Rusi kohët e fundit.

Bazuar në artikullin origjinal.

Letërsia

A.V. Yeletsky, B.M. Smirnov. (1993). Fullerenet. UFN 163 (Nr. 2), 33–60;
Mori T. et al. (2006). Studimet paraklinike mbi sigurinë e fullerenit pas administrimit akut oral dhe vlerësimi për mungesë mutagjeneze. Toksikologjia 225, 48-54;
Szwarc H, Moussa F. (2011). Toksiciteti i 60fullerenit: konfuzion në literaturën shkencore. J. Nanosci. Lett. 1, 61–62;
biomolekula: "Kufiri i padukshëm: ku përplasen "nano" dhe "bio"";
Marega R., Giust D., Kremer A., 'Bonifazi D. (2012). Kimia Supramolekulare e Fullereneve dhe Nanotubave të Karbonit në Ndërfaqe: Drejt Aplikimeve. Kimia Supramolekulare e Fullereneve dhe Nanotubave të Karbonit (eds N. Martin dhe J.-F. Nierengarten), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Gjermani;
Piotrovsky L.B. (2010). Nanomjekësia si pjesë e nanoteknologjive. Vestnik RAMN 3, 41–46;
Theriot C.A., Casey R.C., Moore V.C., Mitchell L., Reynolds J.O., Burgoyne M., et al. (2010). Dendrofullereni DF-1 siguron mbrojtje nga radio për qelizat e gjitarëve radiosensitive. Rrezatimi. Mjedisi. Biofiza. 49, 437-445;
Andrievsky G.V., Bruskov V.I., Tykhomyrov A.A., Gudkov S.V. (2009). Veçoritë e efekteve antioksiduese dhe radiombrojtëse të nanostrukturave të hidratuara të fullerenit C60 in vitro dhe in vivo. Radikal i lirë. Biol. Med. 47, 786-793;
Mashino T., Shimotohno K., Ikegami N., etj. (2005). Frenimi i transkriptazës së kundërt të virusit të mungesës së imunitetit të njeriut dhe aktivitetet e frenimit të ARN polimerazës së varur nga virusi i hepatitit C të derivateve të fullerenit. Bioorg. Med. Kimik. Lett. 15, 1107-1109;
Lu Z.S., Dai T.H., Huang L.Y., etj. (2010). Terapia fotodinamike me një fullerene të funksionalizuar kationike shpëton minjtë nga infeksionet fatale të plagëve. Nanomedicine 5, 1525–1533;
John J.R., Bateman H.R., Stover A., Gomez G., Norton S.K., Zhao W., et al. (2007). Nanomaterialet e Fullerenit pengojnë përgjigjen alergjike. J. Immunol. 179, 665-672;
Xu Y.Y., Zhu J.D., Xiang K., Li Y.K., Sun R.H., Ma J., et al. (2011). Sinteza dhe aktiviteti imunomodulues i konjugateve 60fullerene-tuftsin. Biomaterialet 32, 9940–9949;
Gharbi N., Pressac M., Hadchouel M. et al. (2005). Fullereni është një antioksidant i fuqishëm in vivo pa toksicitet akut ose subakut. Nano Lett. 5, 2578–2585;
Chen Z., Ma L., Liu Y., Chen C. (2012). Aplikimet e Fullereneve të Funksionalizuara në Teranostikën Tumore. Theranostics 2, 238-250;
Jiao F., Liu Y., Qu Y. et al. (2010). Studime mbi aktivitetet anti-tumore dhe antimetastatike të fullerenol në një model të kancerit të gjirit të miut. Karboni 48, 2231–2243;
Meng H., Xing G.M., Sun B.Y., Zhao F., Lei H., Li W., etj. (2010). Frenim i fuqishëm i angiogjenezës nga forma grimcash e derivateve të fullerenit. ACS Nano, 4, 2773–2783;
Tykhomyrov A.A., Nedzvetsky V.S., Klochkov V.K., Andrievsky G.V. (2008). Nanostrukturat e fullerenit të hidratuar C60 (C60HyFn) mbrojnë trurin e miut kundër ndikimit të alkoolit dhe zbutin dëmtimet e sjelljes së kafshëve të alkoolizuara. Toxicology 246, 158-165;
Grigoriev V.V., Petrova L.N., Ivanova T.A., etj. dhe Bachurin S.O. (2011). Studimi i efektit neuroprotektiv të strukturave hibride të bazuara në C60 fullerene. Izv. Seria biologjike RAS 2, 163–170;
Zhou Z.G., Lenk R., Dellinger A., MacFarland D., Kumar K., Wilson S.R., et al. (2009). Nanomaterialet e Fullerenit fuqizojnë rritjen e flokëve. nanome. Nanoteknol. Biol. Med. 5, 202–207;
Bobylev A.G., Kornev A.B., Bobyleva L.G., Shpagina M.D., Fadeeva I.S., Fadeev R.S., et al. (2011). Fullerenolate: Fullerene të metalizuar polihidroksiluar me aktivitet të fuqishëm antiamiloide. Org. Biomol. Kimik. 9, 5714–5719;
biomolekula: "Nanomjeksi e së ardhmes: shpërndarje transdermale duke përdorur nanogrimca";
Montellano A., Da Ros T., Bianco A., Prato M. (2011). Fullerene C(60) si një sistem multifunksional për shpërndarjen e barnave dhe gjeneve. Nanoshkalla 3, 4035–4041;
Kuznetsova S.A., Oretskaya T.S. (2010). Sisteme nanotransporti për dërgimin e synuar të acideve nukleike në qeliza. Nanoteknologjitë Ruse 5 (Nr. 9–10), 40–52;
Baati T., Bourasset F., Gharb N., etj. (2012) Zgjatja e jetëgjatësisë së minjve nga administrimi i përsëritur oral i 60fullerenit. Biomaterialet 33, 4936-4946;
Piotrovsky L.B., Eropkin M.Yu., Eropkina E.M., Dumpis M.A., Kiselev O.I. (2007). Mekanizmat e veprimit biologjik të fullereneve - varësia nga gjendja e grumbullimit. Psychopharmacology and Biological Narcology 7 (Nr. 2), 1548–1554;
Moussa F., Roux S., Pressac M., Genin E., Hadchouel M., Trivin F., et al. (1998). Reagimi in vivo midis 60fullerenit dhe vitaminës A në mëlçinë e miut. New J. Chem. 22, 989–992;
Linney E., Donerly S., Mackey L., Dobbs-McAuliffe B. (2001). Ana negative e receptorëve të acidit retinoik. Neurotoksikol Teratol. 33, 631-640;
Gudas L.J. (2012). Rolet në zhvillim për retinoidet në rigjenerimin dhe diferencimin në shtetet normale dhe të sëmundjes. Biochim Biophys Acta 1821, 213–221.

Portali "Rinia e Përjetshme"

Forma molekulare e karbonit ose modifikimi i tij alotropik, fullereni, është një seri e gjatë grupimesh atomike C n (n > 20), të cilat janë poliedra të mbyllura konveks të ndërtuara nga atomet e karbonit dhe që kanë faqe pesëkëndore ose gjashtëkëndore (ka përjashtime shumë të rralla këtu). . Atomet e karbonit në fullerenet e pazëvendësuara priren të jenë në gjendjen sp 2 -hibride me një numër koordinues 3. Kështu, një sistem i pangopur i konjuguar sferik formohet sipas teorisë së lidhjeve valente.

përshkrim i përgjithshëm

Forma më e qëndrueshme termodinamikisht e karbonit në kushte normale është grafiti, i cili duket si një pirg fletësh grafeni të lidhura mezi me njëra-tjetrën: grila të sheshta të qelizave gjashtëkëndore me atome karboni në krye. Secila prej tyre është e lidhur me tre atome fqinje, dhe elektroni i katërt i valencës formon një sistem pi. Kjo do të thotë që fullereni është pikërisht një formë molekulare e tillë, domethënë, pamja e gjendjes hibride sp 2 është e qartë. Nëse defektet gjeometrike futen në një fletë grafeni, në mënyrë të pashmangshme formohet një strukturë e mbyllur. Për shembull, defekte të tilla janë ciklet me pesë anëtarë (fytyrat pesëkëndëshe), të cilat janë po aq të zakonshme së bashku me ato gjashtëkëndore në kiminë e karbonit.

Natyra dhe teknologjia

Marrja e fullereneve në formë të pastër është e mundur me sintezë artificiale. Këto komponime vazhdojnë të studiohen intensivisht në vende të ndryshme, duke përcaktuar kushtet në të cilat ndodh formimi i tyre dhe gjithashtu merret parasysh struktura e fullereneve dhe vetitë e tyre. Shtrirja e zbatimit të tyre po zgjerohet. Doli se një sasi e konsiderueshme e fullereneve përmbahet në blozë, e cila formohet në elektroda grafiti në një shkarkim hark. Më parë, këtë fakt thjesht askush nuk e pa.

Kur u morën fullerenet në laborator, molekulat e karbonit filluan të gjenden në natyrë. Në Karelia, ato u gjetën në mostrat e shungiteve, në Indi dhe SHBA - në furulgit. Ka gjithashtu shumë dhe të shpeshta molekula karboni në meteoritët dhe sedimentet e poshtme që janë të paktën gjashtëdhjetë e pesë milionë vjet të vjetra. Në Tokë, fullerenet e pastra mund të formohen gjatë shkarkimeve të rrufesë dhe gjatë djegies së gazit natyror. të marra në Detin Mesdhe u studiuan në vitin 2011 dhe rezultoi se në të gjitha mostrat e marra - nga Stambolli në Barcelonë - është i pranishëm fullereni. Vetitë fizike të kësaj substance shkaktojnë formimin spontan. Gjithashtu, sasi të mëdha të tij janë gjetur në hapësirë - si në gjendje të gaztë ashtu edhe në formë të ngurtë.

Sinteza

Eksperimentet e para në izolimin e fullereneve u zhvilluan përmes avujve të kondensuar të grafitit, të cilët u morën nga rrezatimi me lazer i mostrave të grafitit të ngurtë. Janë marrë vetëm gjurmë të fullereneve. Vetëm në vitin 1990, kimistët Huffman, Lamb dhe Kretchmer zhvilluan një metodë të re për nxjerrjen e fullereneve në sasi gram. Ai konsistonte në djegien e elektrodave grafit me një hark elektrik në një atmosferë heliumi dhe me presion të ulët. Anoda ishte gërryer dhe bloza që përmbante fullerene u shfaq në muret e dhomës.

Më pas, bloza u shpërnda në toluen ose benzen dhe gramët e pastër të molekulave C 70 dhe C 60 u izoluan në tretësirën që rezulton. Raporti është 1:3. Përveç kësaj, tretësira përmbante gjithashtu dy përqind të fullereneve të rënda të rendit më të lartë. Tani çështja ishte e vogël: të zgjidheshin parametrat optimalë për avullim - përbërja e atmosferës, presioni, diametri i elektrodës, rryma etj., në mënyrë që të arrihet rendimenti më i lartë i fullereneve. Ato përbënin deri në rreth dymbëdhjetë përqind të materialit aktual të anodës. Kjo është arsyeja pse fullerenet janë kaq të shtrenjta.

Prodhimi

Të gjitha përpjekjet e shkencëtarëve eksperimentalë ishin të kota në fillim: nuk u gjetën mënyra produktive dhe të lira për të marrë fullerene. As djegia e hidrokarbureve në flakë dhe as sinteza kimike nuk çuan në sukses. Metoda e harkut elektrik mbeti më produktive, duke bërë të mundur marrjen e rreth një gram fullerene në orë. Mitsubishi ka krijuar prodhimin industrial duke djegur hidrokarburet, por fullerenet e tyre nuk janë të pastra - ato përmbajnë molekula oksigjeni. Dhe vetë mekanizmi i formimit të kësaj substance mbetet ende i paqartë, sepse proceset e djegies së harkut janë jashtëzakonisht të paqëndrueshme nga pikëpamja termodinamike, dhe kjo ngadalëson shumë shqyrtimin e teorisë. Vetëm faktet që fullereni mbledh atome individuale të karbonit, domethënë fragmente C 2, janë të pakundërshtueshme. Megjithatë, një pamje e qartë e formimit të kësaj substance nuk është formuar.

Kostoja e lartë e fullereneve përcaktohet jo vetëm nga rendimenti i ulët gjatë djegies. Izolimi, pastrimi, ndarja e fullereneve të masave të ndryshme nga bloza - të gjitha këto procese janë mjaft komplekse. Kjo është veçanërisht e vërtetë për ndarjen e përzierjes në fraksione molekulare individuale, të cilat kryhen me anë të kromatografisë së lëngshme në kolona dhe në presion të lartë. Në fazën e fundit, mbetjet e tretësit hiqen nga fullereni tashmë i ngurtë. Për ta bërë këtë, kampioni mbahet në një vakum dinamik në temperatura deri në dyqind e pesëdhjetë gradë. Por avantazhi është se gjatë zhvillimit të fullerenit C 60 dhe prodhimit të tij në sasi makro, kimia organike u rrit në një degë të pavarur - kimia e fullereneve, e cila u bë jashtëzakonisht e popullarizuar.

Përfitoni

Derivatet e Fullerenit përdoren në fusha të ndryshme të teknologjisë. Filmat dhe kristalet e Fullerenit janë gjysmëpërçues që shfaqin fotopërçueshmëri nën rrezatim optik. Kristalet C 60, nëse dopohen me atome të metaleve alkali, kalojnë në gjendjen e superpërçueshmërisë. Zgjidhjet e Fullerenit kanë veti optike jo-lineare, prandaj ato mund të përdoren si bazë për grilat optike, të cilat janë të nevojshme për mbrojtjen nga rrezatimi intensiv. Fullereni përdoret gjithashtu si katalizator për sintezën e diamanteve. Fullerenet përdoren gjerësisht në biologji dhe mjekësi. Këtu funksionojnë tre veti të këtyre molekulave: lipofiliteti, i cili përcakton membranotropinë, mungesën e elektroneve, që jep aftësinë për të bashkëvepruar me radikalet e lira, si dhe aftësinë për të transferuar gjendjen e tyre të ngacmuar në një molekulë të oksigjenit të zakonshëm dhe për ta kthyer këtë oksigjen në një. beqare.

Forma të tilla aktive të substancës sulmojnë biomolekulat: acidet nukleike, proteinat, lipidet. Llojet reaktive të oksigjenit përdoren në terapinë fotodinamike për të trajtuar kancerin. Fotosensibilizuesit injektohen në gjakun e pacientit, duke gjeneruar specie reaktive të oksigjenit - vetë fullerene ose derivatet e tyre. Rrjedha e gjakut në tumor është më e dobët se në indet e shëndetshme, dhe për këtë arsye fotosensibilizuesit grumbullohen në të, dhe pas rrezatimit të drejtuar, molekulat ngacmohen, duke gjeneruar specie reaktive të oksigjenit. qelizat kancerogjene i nënshtrohen apoptozës dhe tumori shkatërrohet. Plus, fullerenet kanë veti antioksiduese dhe bllokojnë speciet reaktive të oksigjenit.

Fullereni redukton aktivitetin e integrazës HIV, një proteinë që është përgjegjëse për futjen e virusit në ADN, ndërveprim me të, ndryshimin e konformacionit të tij dhe privimin e funksionit të tij kryesor dëmtues. Disa nga derivatet e fullerenit ndërveprojnë drejtpërdrejt me ADN-në dhe parandalojnë veprimin e restriktazave.

Më shumë rreth mjekësisë

Në vitin 2007, fullerenet e tretshme në ujë filluan të përdoren si agjentë anti-alergjikë. Studimet u kryen mbi qelizat njerëzore dhe gjakun, të cilët ishin të ekspozuar ndaj derivateve të fullerenit - C60(NEt)x dhe C60(OH)x. Në eksperimentet mbi organizmat e gjallë - minj - rezultatet ishin pozitive.

Edhe tani, kjo substancë përdoret si një vektor për shpërndarjen e barnave, pasi uji me fullerene (kujtoni hidrofobinë e C 60) depërton shumë lehtë në membranën qelizore. Për shembull, eritropoetina, e injektuar drejtpërdrejt në gjak, degradohet në një sasi të konsiderueshme dhe nëse përdoret së bashku me fullerenet, përqendrimi dyfishohet dhe për këtë arsye hyn në qelizë.

FULLERENES - NJË FORMË E RE ALLOTROPIKE E KARBONIT

1. SEKSIONI TEORIK

1.1. Format e njohura alotropike të karbonit

Deri vonë, dihej se karboni formon tre forma alotropike: diamanti, grafiti dhe karabina. Allotropy, nga greqishtja. Allos - i ndryshëm, tropos - kthesë, veti, ekzistencë e të njëjtit element në formë strukturash të ndryshme për nga vetitë dhe strukturën.Aktualisht njihet forma e katërt alotropike e karbonit, i ashtuquajturi fullereni (molekulat poliatomike të karbonit C n).

Origjina e termit "fullerene" lidhet me emrin e arkitektit amerikan Richard Buckminster Fuller, i cili projektoi struktura arkitekturore hemisferike të përbëra nga gjashtëkëndësha dhe pesëkëndësha.

Në mesin e viteve 1960, David Jones ndërtoi kafaze të mbyllura sferoidale nga shtresa grafiti të palosura në një mënyrë të veçantë. U tregua se një pesëkëndësh mund të jetë një defekt i ngulitur në rrjetën gjashtëkëndore të grafitit të zakonshëm dhe që çon në formimin e një sipërfaqeje komplekse të lakuar.

Në fillim të viteve 1970, fizikani organik E. Osawa sugjeroi ekzistencën e një molekule të zbrazët, shumë simetrike C 60 me një strukturë në formën e një ikozaedri të cunguar, të ngjashëm me një top futbolli. Pak më vonë (1973), shkencëtarët rusë D.A. Bochvar dhe E.G. Galperin bëri llogaritjet e para teorike kuantike-kimike të një molekule të tillë dhe vërtetoi qëndrueshmërinë e saj.

Në vitin 1985, një ekip shkencëtarësh: G. Kroto (Angli, Universiteti i Sussex), Heath, 0"Brien, R.F. Curl dhe R. Smalley (SHBA, Universiteti Rice) arritën të zbulojnë një molekulë fullerene në studimin e spektrit masiv të avujt e grafitit pas rrezatimit me lazer të një kampioni të ngurtë.

Mënyra e parë për të marrë dhe izoluar fulleren të ngurtë kristalor u propozua në vitin 1990 nga W. Kretschmer dhe D. Huffman dhe kolegët në Institutin e Fizikës Bërthamore në Heidelberg (Gjermani).

Në vitin 1991, shkencëtari japonez Ijima për herë të parë vëzhgoi struktura të ndryshme duke përdorur një mikroskop jon polar, të përbërë, si në rastin e grafitit, nga unaza karboni gjashtë-anëtarësh: nanotuba, kone, nanogrimca.

Në vitin 1992, fullerenet natyrale u zbuluan në një mineral natyral të karbonit - shungite (ky mineral mori emrin e tij nga emri i fshatit Shunga në Karelia).

Në vitin 1997, R.E.

Le të shqyrtojmë strukturën e formave alotropike të karbonit: diamanti, grafiti dhe karabina.

Diamant -Çdo atom karboni në strukturën e diamantit ndodhet në qendër të një tetraedri, kulmet e të cilit janë katër atomet më të afërt. Atomet fqinje janë të ndërlidhura me lidhje kovalente (hibridizimi sp 3). Kjo strukturë përcakton vetitë e diamantit si substanca më e fortë e njohur në Tokë.

Grafit gjen aplikim të gjerë në një gamë të gjerë fushash të veprimtarisë njerëzore, që nga prodhimi i lapsit deri te njësitë e moderimit të neutroneve në reaktorët bërthamorë. Atomet e karbonit në strukturën kristalore të grafitit janë të ndërlidhura nga lidhje të forta kovalente (sp 2 - hibridizimi) dhe formojnë unaza gjashtëkëndore, të cilat, nga ana tjetër, formojnë një rrjetë të fortë dhe të qëndrueshme të ngjashme me një huall mjalti. Rrjetat janë të vendosura njëra mbi tjetrën në shtresa. Distanca midis atomeve të vendosura në kulmet e gjashtëkëndëshave të rregullt është 0,142 nm., ndërmjet shtresave – 0,335 nm. Shtresat janë të lidhura lirshëm me njëra-tjetrën. Një strukturë e tillë - shtresa të forta karboni, të ndërlidhura dobët, përcakton vetitë specifike të grafitit: ngurtësinë e ulët dhe aftësinë për t'u delaminuar lehtësisht në thekon të vogla.

Karabinë kondensohet në formën e një depozite të bardhë karboni në sipërfaqe kur pirografiti rrezatohet me një rreze lazer drite. Forma kristalore e karabinës përbëhet nga zinxhirë të orientuar paralel të atomeve të karbonit me sp-hibridizimin e elektroneve valente në formën e makromolekulave të drejta të poliinit (-С= С-С= С-...) ose kumulenit (=С=С= С=...) llojet .

Njihen edhe forma të tjera të karbonit, si karboni amorf, karboni i bardhë (kaoiti) etj. Por të gjitha këto forma janë të përbëra, domethënë një përzierje e fragmenteve të vogla të grafitit dhe diamantit.

1.2.Gjeometria e molekulës së fullerenit dhe rrjetës kristalore të fulleritit

Fig.3 Molekula e Fullerenit C 6 0

Në ndryshim nga diamanti, grafiti dhe karabina, fullereni është në thelb një formë e re e karbonit. Molekula C 60 përmban fragmente me simetri pesëfish (pentagons), të cilat janë të ndaluara nga natyra për përbërjet inorganike. Prandaj, duhet pranuar se molekula e fullerenit është një molekulë organike dhe kristali i formuar nga molekula të tilla ( fullerite) – është një kristal molekular që është një lidhje midis lëndës organike dhe inorganike.

Një sipërfaqe e sheshtë shtrihet lehtësisht nga gjashtëkëndëshat e rregullt, por një sipërfaqe e mbyllur nuk mund të formohet prej tyre. Për ta bërë këtë, është e nevojshme të pritet një pjesë e unazave gjashtëkëndore dhe të formohen pesëkëndësha nga pjesët e prera. Në Fullerene, një rrjet i sheshtë gjashtëkëndëshësh (rrjet grafiti) paloset dhe qepet në një sferë të mbyllur. Në këtë rast, disa nga gjashtëkëndëshat shndërrohen në pesëkëndësh. Formohet një strukturë - një ikozaedron i cunguar, i cili ka 10 akse simetrie të rendit të tretë, gjashtë akse simetrie të rendit të pestë. Çdo kulm i kësaj figure ka tre fqinjët më të afërt. Secili gjashtëkëndësh kufizohet me tre gjashtëkëndësha dhe tre pesëkëndësh, dhe çdo pesëkëndësh kufizohet vetëm me gjashtëkëndësh.Çdo atom karboni në molekulën C 60 ndodhet në kulmet e dy gjashtëkëndëshave dhe një pesëkëndëshi dhe është thelbësisht i padallueshëm nga atomet e tjerë të karbonit. Atomet e karbonit që formojnë sferën janë të lidhur së bashku me një lidhje të fortë kovalente. Trashësia e guaskës sferike është 0.1 nm, rrezja e molekulës C 60 është 0,357 nm. Gjatësia e lidhjes C-C në pesëkëndësh është 0.143 nm, në gjashtëkëndësh - 0.139 nm.

Molekulat e fullereneve më të larta C 70 C 74 , C 76 , C 84 , C 164 , C 192 , C 216 gjithashtu kanë formën e një sipërfaqe të mbyllur.

Fullerenet me n< 60 оказались неустойчивыми, оказались неустойчивыми, хотя из чисто топологических соображений наименьшим возможным фуллереном является правильный додекаэдр С 20 .

Fullereni kristalor, i cili u emërua fullerite, ka një rrjetë kub të përqendruar në fytyrë (fcc), grup hapësinor (Fm3m).Parametri i rrjetës kub a 0 = 1,42 nm, distanca midis fqinjëve më të afërt është 1 nm. Numri i fqinjëve më të afërt në rrjetën fcc të fulleritit është –12.

Ekziston një lidhje e dobët van der Waals midis molekulave C 60 në një kristal fullerit. Duke përdorur metodën e rezonancës magnetike bërthamore, u vërtetua se në temperaturën e dhomës molekulat C 60 rrotullohen rreth pozicionit të ekuilibrit me një frekuencë prej 10 12 1/s. Kur temperatura bie, rrotullimi ngadalësohet. Në 249K vërehet një kalim fazor i rendit të parë në fullerit, në të cilin rrjeta fcc (sp. gr. Fm3m) shndërrohet në një kub të thjeshtë (sp. gr. Pa3). Në këtë rast, vëllimi i fulderitit rritet me 1%. Një kristal fulleriti ka një densitet prej 1,7 g/cm 3 , që është shumë më e vogël se dendësia e grafitit (2,3 g / cm 3 ) dhe diamantit (3,5 g / cm 3 ).

Molekula C 60 mbetet e qëndrueshme në një atmosferë argon inerte deri në temperatura të rendit 1700 K. Oksidim i rëndësishëm vërehet në 500 K në prani të oksigjenit për të formuar CO dhe CO 2 . Në temperaturën e dhomës, oksidimi ndodh kur rrezatohet me fotone me një energji prej 0,55 eV. e cila është shumë më e ulët se energjia e fotonit të dritës së dukshme (1,54 eV). Prandaj, fulleriti i pastër duhet të ruhet në errësirë. Procesi, i cili zgjat disa orë, çon në shkatërrimin e rrjetës fcc të fulleritit dhe formimin e një strukture të çrregullt në të cilën ka 12 atome oksigjeni për molekulën fillestare C6. Në këtë rast, fullerenet humbasin plotësisht formën e tyre.

1.3. Marrja e fullereneve

Mënyra më efikase për të marrë fullerene bazohet në dekompozimin termik të grafitit. Përdoren si ngrohja elektrolitike e elektrodës së grafitit ashtu edhe rrezatimi me lazer i sipërfaqes së grafitit. 4 tregon një diagram të një fabrike për prodhimin e fullereneve, e cila është përdorur nga W. Kretchmer. Spërkatja e grafitit kryhet duke kaluar nëpër elektroda një rrymë me frekuencë 60 Hz, rryma është nga 100 në 200 A, voltazhi është 10-20 V. Duke rregulluar tensionin e sustës, është e mundur të sigurohet që pjesa kryesore e fuqisë hyrëse lëshohet në hark, dhe jo në shufrën e grafitit. Dhoma është e mbushur me helium, presion 100 Torr. Shkalla e avullimit të grafitit në këtë instalim mund të arrijë 10 g/W. Në këtë rast, sipërfaqja e shtresës së bakrit, e ftohur nga uji, mbulohet me produktin e avullimit të grafitit, d.m.th. blozë grafit. Nëse pluhuri që rezulton gërvishtet dhe mbahet për disa orë në toluen të vluar, përftohet një lëng kafe e errët. Kur avullohet në një avullues rrotullues, fitohet një pluhur i imët, pesha e tij nuk është më shumë se 10% e peshës së blozës origjinale të grafitit, përmban deri në 10% fullerene C 60 (90%) dhe C 70 (10 %).U emërua metoda e përshkruar e harkut për marrjen e fullereneve "harku i plote".

Në metodën e përshkruar për marrjen e fullereneve, heliumi luan rolin e një gazi tampon. Krahasuar me atomet e tjera, atomet e heliumit në mënyrë më efektive "shuarin" lëvizjet osciluese të fragmenteve të ngacmuara të karbonit që i pengojnë ato të kombinohen në struktura të qëndrueshme. Përveç kësaj, atomet e heliumit largojnë energjinë e çliruar kur kombinohen fragmentet e karbonit. Përvoja tregon se presioni optimal i heliumit është në intervalin 100 Torr. Në presione më të larta, grumbullimi i fragmenteve të karbonit është i vështirë.

Fig.4. Skema e instalimit për marrjen e fullereneve.

1 - elektroda grafiti;

2 - autobus bakri i ftohur; 3 - zorrë bakri,

4 - burime.

Ndryshimet në parametrat e procesit dhe dizajnin e impiantit çojnë në ndryshime në efikasitetin e procesit dhe përbërjen e produktit. Cilësia e produktit konfirmohet si nga matjet spektrometrike të masës ashtu edhe nga metoda të tjera (rezonanca magnetike bërthamore, rezonanca paramagnetike e elektroneve, spektroskopia IR, etj.)

Një përmbledhje e metodave ekzistuese aktualisht për marrjen e fullereneve dhe pajisjeve të instalimeve në të cilat merren fullerene të ndryshme është dhënë në veprën e G.N. Churilov.

Metodat e pastrimit dhe zbulimit

Metoda më e përshtatshme dhe e përhapur e nxjerrjes së fullereneve nga produktet e dekompozimit termik të grafitit ( termat: kondensatë me përmbajtje fullerene, blozë me përmbajtje fullerene), si dhe ndarjen dhe pastrimin pasues të fullereneve, bazohet në përdorimin e tretësve dhe sorbents.

Kjo metodë përfshin disa faza. Në fazën e parë, bloza me përmbajtje fullerene trajtohet me një tretës jopolar, i cili është benzili, tolueni dhe substanca të tjera. Në këtë rast, nga fraksioni i patretshëm ndahen fullerenet, të cilët kanë tretshmëri të konsiderueshme në këta tretës, përmbajtja e të cilave në fazën që përmban fullerene zakonisht është 70-80%. Vlera tipike e tretshmërisë së fullereneve në tretësirat e përdorura për sintezën e tyre është disa të dhjetat e një përqindje mol. Avullimi i tretësirës së fullerenit të marrë në këtë mënyrë çon në formimin e një pluhuri polikristalor të zi, i cili është një përzierje e fullereneve të shkallëve të ndryshme. Një spektër tipik masiv i një produkti të tillë tregon se ekstrakti i fullerenit është 80-90% C 60 dhe 10 -15% C 70. Për më tepër, ekziston një sasi e vogël (në nivelin e fraksioneve të një përqindje) të fullereneve më të larta, izolimi i të cilave nga ekstrakti është një problem teknik mjaft kompleks. Ekstrakti i fullerenit i tretur në një nga tretësit kalohet përmes një sorbent, i cili mund të jetë alumini, karboni i aktivizuar ose oksidet (Al 2 O 3 , SiO 2 ) me karakteristika të larta të absorbimit. Fullerenet mblidhen nga ky metal dhe më pas nxirren prej tij me një tretës të pastër. Efikasiteti i nxjerrjes përcaktohet nga kombinimi i sorbent-fulleren-tretës dhe zakonisht, kur përdoret një sorbent dhe tretës i caktuar, varet dukshëm nga lloji i fullerenit. Prandaj, tretësi i kaluar përmes sorbentit me fullerenin e përthithur në të, nxjerr nga sorbent me radhë fullerene të llojeve të ndryshme, të cilat kështu mund të ndahen lehtësisht nga njëri-tjetri. Zhvillimi i mëtejshëm i teknologjisë së përshkruar për marrjen e ndarjes dhe pastrimit të fullereneve, bazuar në sintezën e harkut elektrik të blozës që përmban fullerene dhe ndarjen e saj të mëvonshme duke përdorur sorbentë dhe tretës, çoi në krijimin e instalimeve që lejojnë sintetizimin e C 60 në sasinë e një gram në orë.

1.4 Vetitë e fullereneve

Fullerenet dhe filmat kristalorë janë gjysmëpërçues me një hendek brezi 1.2-1.9 eV dhe kanë fotopërçueshmëri. Kur rrezatohet me dritë të dukshme, rezistenca elektrike e një kristali fullerit zvogëlohet. Fotopërçueshmëria zotërohet jo vetëm nga fulleriti i pastër, por edhe nga përzierjet e tij të ndryshme me substanca të tjera. U zbulua se shtimi i atomeve të kaliumit në filmat C 60 çon në shfaqjen e superpërçueshmërisë në 19 K.

Molekulat e Fullerenit, në të cilat atomet e karbonit janë të lidhur me njëri-tjetrin me lidhje të vetme dhe të dyfishta, janë analoge tredimensionale të strukturave aromatike. Duke pasur elektronegativitet të lartë, ato veprojnë në reaksionet kimike si agjentë të fortë oksidues. Duke i bashkangjitur vetes radikale të natyrës kimike të ndryshme, fullerenet janë në gjendje të formojnë një klasë të gjerë të përbërjeve kimike me veti të ndryshme fiziko-kimike. Për shembull, kohët e fundit janë marrë filma polifulleren në të cilat molekulat C 60 janë të lidhura me njëra-tjetrën jo nga van der Waals, si në një kristal fullerite, por nga ndërveprim kimik. Këto filma plastikë janë një lloj i ri materiali polimer. Rezultate interesante janë arritur në drejtim të sintezës së polimereve me bazë fullerenet. Në këtë rast, fullereni C 60 shërben si bazë e zinxhirit polimer, dhe lidhja midis molekulave kryhet duke përdorur unaza benzeni. Kjo strukturë ka marrë emrin figurativ “varg perlash”.

Shtimi i radikalëve që përmbajnë metale të grupit të platinit në C 60 bën të mundur marrjen e materialeve ferromagnetike me bazë fullerene. Tani dihet se më shumë se një e treta e elementeve të tabelës periodike mund të vendosen brenda një molekule. Nga 60. Ka raporte për futjen e atomeve të lantanit, nikelit, natriumit, kaliumit, rubidiumit, ceziumit, atomeve të elementeve të tokës së rrallë si terbium, gadolinium dhe dysprosium.

Shumëllojshmëria e vetive fiziko-kimike dhe strukturore të përbërjeve të bazuara në fullerene bën të mundur që të flitet për kiminë e fullerenit si një drejtim i ri premtues në kiminë organike.

1.5. Aplikimi i fullereneve

Aktualisht, literatura shkencore diskuton përdorimin e fullereneve për krijimin e fotodetektorëve dhe pajisjeve optoelektronike, katalizatorëve të rritjes, filmave të ngjashëm me diamantin dhe diamantit, materialet superpërçuese dhe gjithashtu si ngjyra për fotokopjuesit. Fullerenet përdoren për sintezën e metaleve dhe lidhjeve me veti të reja.

Fulerenet janë planifikuar të përdoren si bazë për prodhimin e baterive. Këto bateri, parimi i të cilave bazohet në reagimin e shtimit të hidrogjenit, në shumë aspekte janë të ngjashme me bateritë e nikelit të përdorura gjerësisht, megjithatë, ndryshe nga këto të fundit, ato kanë aftësinë të ruajnë rreth pesë herë sasinë specifike të hidrogjenit. Përveç kësaj, bateri të tilla karakterizohen nga efikasitet më i lartë, peshë e lehtë dhe siguri mjedisore dhe shëndetësore në krahasim me bateritë më të avancuara me bazë litium për sa i përket këtyre cilësive. Bateri të tilla mund të përdoren gjerësisht për të fuqizuar kompjuterët personalë dhe aparatet e dëgjimit.

Tretësirat e fullereneve në tretës jopolarë (disulfidi i karbonit, tolueni, benzili, tetrakloridi i karbonit, dekani, heksani, pentani) karakterizohen nga veti optike jolineare, e cila manifestohet, veçanërisht, në një rënie të mprehtë të transparencës së tretësirës nën kushte të caktuara. Kjo hap mundësinë e përdorimit të fullereneve si bazë për grilat optike që kufizojnë intensitetin e rrezatimit lazer.

Ekziston një perspektivë e përdorimit të fullereneve si bazë për krijimin e një mediumi memorie me një densitet informacioni tepër të lartë. Fullerenet mund të përdoren si aditivë për karburantet dhe lubrifikantët e raketave.

Shumë vëmendje i kushtohet problemit të përdorimit të fullereneve në mjekësi dhe farmakologji. Diskutohet ideja e krijimit të ilaçeve antikancerogjene të bazuara në komponimet endohedrale të tretshme në ujë të fullereneve me izotope radioaktive. ( Komponimet endohedral janë molekula të fullerenit që përmbajnë një ose më shumë atome të një elementi). Gjenden kushtet për sintezën e barnave antivirale dhe antikancerogjene të bazuara në fullerene. Një nga vështirësitë në zgjidhjen e këtyre problemeve është krijimi i komponimeve të ploterenit jo toksike të tretshme në ujë, të cilat mund të futen në trupin e njeriut dhe të dërgohen me gjak në organin që i nënshtrohet veprimit terapeutik.

Përdorimi i fullereneve kufizohet nga kostoja e tyre e lartë, e cila konsiston në vështirësinë e përftimit të një përzierjeje fullerene dhe izolimin e përbërësve individualë prej saj.

1.6 Nanotuba karboni

Struktura e nanotubave

Së bashku me strukturat sferoide të karbonit, mund të formohen edhe struktura cilindrike të zgjeruara, të ashtuquajturat nanotuba, të cilat dallohen nga një shumëllojshmëri e gjerë e vetive fiziko-kimike.

Një nanotub ideal është një plan grafiti i mbështjellë në një cilindër, d.m.th. një sipërfaqe e veshur me gjashtëkëndësha të rregullt, në kulmet e së cilës ndodhen atomet e karbonit ..).

Parametri që tregon koordinatat e gjashtëkëndëshit, i cili, si rezultat i palosjes së aeroplanit, duhet të përkojë me gjashtëkëndëshin e vendosur në origjinën e koordinatave, quhet kiraliteti i nanotubit dhe shënohet me grupin e simboleve (m , n). Kiraliteti i një nanotubi përcakton karakteristikat e tij elektrike.

Vëzhgimet me mikroskop elektronik kanë treguar se shumica e nanotubave përbëhen nga disa shtresa grafiti, ose të mbivendosura njëra brenda tjetrës ose të mbështjellë rreth një boshti të përbashkët.

Nanotuba me një mur

Në oriz. katërështë paraqitur një model i idealizuar i një nanotubi me një mur. Një tub i tillë përfundon me kulme gjysmësferike që përmbajnë së bashku me

me gjashtëkëndësha të rregullt, gjithashtu gjashtë pesëkëndësha të rregullt. Prania e pentagonëve në skajet e tubave bën të mundur që ato të konsiderohen si rasti kufizues i molekulave të fullerenit, gjatësia e boshtit gjatësor të të cilave e tejkalon ndjeshëm diametrin e tyre.

Struktura e nanotubave me një mur të vetëm të vëzhguar eksperimentalisht ndryshon në shumë aspekte nga tabloja e idealizuar e paraqitur më sipër. Para së gjithash, kjo ka të bëjë me majat e nanotubit, forma e të cilit, siç vijon nga vëzhgimet, është larg nga një hemisferë ideale.

Nanotuba me shumë shtresa

Nanotubat me shumë shtresa ndryshojnë nga nanotubat me një shtresë në një larmi shumë më të gjerë formash dhe konfigurimesh si në drejtimet gjatësore ashtu edhe në tërthore. Varietetet e mundshme të strukturës tërthore të nanotubave me shumë shtresa janë paraqitur në oriz. 5. Struktura si "kukulla ruse" (kukulla ruse) është një grup nanotubash me një shtresë të vendosur në mënyrë koaksiale. (oriz 5 a). Një tjetër variacion i kësaj strukture, i paraqitur në oriz. 5 b, është një grup prizmash koaksial të mbivendosur. Së fundi, e fundit nga strukturat e mësipërme ( oriz. 5 c), duket si një rrotull. Për të gjitha strukturat e mësipërme, distanca midis shtresave të grafitit ngjitur është afër 0.34 nm, d.m.th. distanca ndërmjet rrafsheve ngjitur të grafitit kristalor. Realizimi i një strukture ose një tjetër në një situatë eksperimentale specifike varet nga kushtet e sintezës së nanotubave.

Duhet të kihet parasysh se struktura tërthore e idealizuar e nanotubave, në të cilën distanca midis shtresave ngjitur është afër 0.34 nm dhe nuk varet nga koordinata boshtore, është shtrembëruar në praktikë për shkak të efektit shqetësues të nanotubave fqinjë.

Prania e defekteve çon gjithashtu në një shtrembërim të formës drejtvizore të nanotubit dhe i jep atij formën e një fizarmonikëje.

Një lloj tjetër defektesh, i vërejtur shpesh në sipërfaqen e grafitit të nanotubave me shumë shtresa, shoqërohet me futjen e një numri të caktuar pesëkëndëshësh ose shtatëkëndëshësh në sipërfaqe, e cila përbëhet kryesisht nga gjashtëkëndësha të rregullt. Kjo çon në një shkelje të formës cilindrike, me futjen e një pesëkëndëshi që shkakton një kthesë konveks, ndërsa futja e një shtatëkëndëshi kontribuon në shfaqjen e një kthese konkave. Kështu, defekte të tilla shkaktojnë shfaqjen e nanotubave të përkulur dhe spirale.

Struktura e nanogrimcave

Gjatë formimit të fullereneve nga grafiti, formohen edhe nanogrimca. Këto janë struktura të mbyllura të ngjashme me fullerenet, por shumë më të mëdha se ato. Ndryshe nga fullerenet, ato, si nanotubat, mund të përmbajnë disa shtresa.Ato kanë strukturën e predhave grafiti të mbyllura dhe të mbivendosur.

Në nanogrimcat, ngjashëm me grafitin, atomet brenda guaskës janë të lidhur me lidhje kimike dhe ka një ndërveprim të dobët van der Waals midis atomeve të predhave fqinje. Në mënyrë tipike, predhat e nanogrimcave kanë një formë afër një poliedri. Në strukturën e secilës guaskë të tillë, përveç gjashtëkëndëshave, si në strukturën e grafitit, janë 12 pesëkëndësha, vërehen çifte shtesë me pesë dhe shtatëkëndësha. Një studim mikroskopik elektronik i formës dhe strukturës së grimcave të karbonit në një kondensatë që përmban fullerene u krye kohët e fundit në veprat e Jarkov S.M., Kashkin V.B.

Marrja e nanotubave të karbonit

Nanotubat e karbonit formohen nga spërkatja termike e një elektrode grafiti në një plazmë të shkarkimit të harkut që digjet në një atmosferë heliumi. Kjo metodë, si dhe metoda e spërkatjes me lazer, e cila qëndron në themel të teknologjisë efikase për marrjen e fullereneve, bën të mundur marrjen e nanotubave në një sasi të mjaftueshme për një studim të detajuar të vetive fiziko-kimike të tyre.

Një nanotub mund të merret nga fragmente të zgjeruara të grafitit, të cilat më pas përdredhen në një tub. Për formimin e fragmenteve të zgjatura, kërkohen kushte të veçanta për ngrohjen e grafitit. Kushtet optimale për marrjen e nanotubave realizohen në një shkarkim hark duke përdorur grafit elektrolitik si elektroda.

Midis produkteve të ndryshme të spërkatjes termike të grafitit (fullerenet, nanogrimcat, grimcat e blozës), një pjesë e vogël (disa për qind) llogaritet nga nanotubat me shumë shtresa, të cilat pjesërisht janë ngjitur në sipërfaqet e ftohta të instalimit, pjesërisht të depozituara në sipërfaqe përgjatë me blozë.

Nanotubat me një mur formohen kur një përzierje e vogël e Fe, Co, Ni, Cd shtohet në anodë (d.m.th., duke shtuar katalizatorë). Përveç kësaj, nanotubat me një mur përftohen nga oksidimi i nanotubave me shumë mure. Për qëllime oksidimi, nanotubat me shumë shtresa trajtohen me oksigjen në ngrohje të moderuar, ose me acid nitrik që zien dhe në rastin e fundit hiqen unazat e grafitit pesë-anëtarësh, duke çuar në hapjen e skajeve të tubave. Oksidimi ju mundëson për të hequr shtresat e sipërme nga tubi me shumë shtresa dhe për të hapur skajet e tij. Meqenëse reaktiviteti i nanogrimcave është më i lartë se ai i nanotubave, fraksioni i nanotubave në pjesën e mbetur të tij rritet me shkatërrim të konsiderueshëm të produktit të karbonit si rezultat i oksidimit.

Në metodën e harkut elektrik të marrjes së fullereneve, një pjesë e materialit që shkatërrohet nën veprimin e harkut të anodës së grafitit depozitohet në katodë. Deri në fund të procesit të shkatërrimit të shufrës së grafitit, ky formacion rritet aq shumë sa mbulon të gjithë zonën e harkut. Kjo dalje ka formën e një tasi, në të cilin futet anoda. Karakteristikat fizike të grumbullimit të katodës janë shumë të ndryshme nga karakteristikat e grafitit nga i cili përbëhet anoda. Mikrofortësia e ngritjes është 5,95 GPa (grafit -0,22 GPa), dendësia e ngritjes është 1,32 g/cm 3 (grafit -2,3 g/cm 3), rezistenca elektrike e ngritur është 1,4 * 10 -4 Ohm m , që është pothuajse një rend i madhësisë më i madh se ai i grafitit (1,5 * 10 -5 ohm m). Në 35 K, u gjet një ndjeshmëri anormalisht e lartë magnetike e grumbullimit në katodë, gjë që bëri të mundur të supozohej se ndërtimi përbëhet kryesisht nga nanotuba (Belov N.N.).

Vetitë e nanotubave

Perspektivat e gjera për përdorimin e nanotubave në shkencën e materialeve hapen kur kristalet superpërçues (p.sh., TaC) mbyllen brenda nanotubave të karbonit. Teknologjia e mëposhtme përshkruhet në literaturë. Ne përdorëm një shkarkim të harkut DC prej ~ 30 A në një tension prej 30 V në një atmosferë heliumi me elektroda që ishin një përzierje e ngjeshur e pluhurit të taliumit me një pigment grafiti. Distanca ndërelektrodike ishte 2-3 mm. Duke përdorur një mikroskop elektronik tunelesh, një sasi e konsiderueshme kristalesh TaC të mbyllura në nanotuba u gjet në produktet e dekompozimit termik të materialit të elektrodës.. X Madhësia tipike tërthore e kristaliteve ishte rreth 7 nm, dhe gjatësia tipike e nanotubave ishte më shumë se 200 nm. Nanotubat ishin cilindra me shumë shtresa me një distancë midis shtresave prej 0,3481 ± 0,0009 nm, afër parametrit përkatës për grafitin. Matja e varësisë nga temperatura e ndjeshmërisë magnetike të mostrave tregoi se nanokristalet e kapsuluara shndërrohen nëgjendje superpërcjellëse në T=10 K.

Mundësia e marrjes së kristaleve superpërcjellëse të kapsuluara në nanotuba bën të mundur izolimin e tyre nga efektet e dëmshme të mjedisit të jashtëm, për shembull, nga oksidimi, duke hapur kështu rrugën për zhvillimin më efikas të nanoteknologjive përkatëse.

Ndjeshmëria e madhe magnetike negative e nanotubave tregon vetitë e tyre diamagnetike. Supozohet se diamagnetizmi i nanotubave është për shkak të rrjedhës së rrymave të elektroneve përgjatë perimetrit të tyre. Vlera e ndjeshmërisë magnetike nuk varet nga orientimi i kampionit, i cili shoqërohet me strukturën e tij të çrregullt. Vlera relativisht e madhe e ndjeshmërisë magnetike tregon se, të paktën në një nga drejtimet, kjo vlerë është e krahasueshme me vlerën përkatëse për grafitin. Dallimi midis varësisë nga temperatura e ndjeshmërisë magnetike të nanotubave dhe të dhënave përkatëse për format e tjera të karbonit tregon se nanotubat e karbonit janë një formë e veçantë e pavarur e karbonit, vetitë e të cilave janë thelbësisht të ndryshme nga vetitë e karbonit në shtetet e tjera..

Aplikimet e nanotubave

Shumë aplikime teknologjike të nanotubave bazohen në sipërfaqen e tyre specifike të lartë (në rastin e një nanotubi me një shtresë, rreth 600 metra katror për 1/g), gjë që hap mundësinë e përdorimit të tyre si material poroz në filtra, etj. .

Materiali i nanotubave mund të përdoret me sukses si një substrat mbartës për katalizën heterogjene, dhe aktiviteti katalitik i nanotubave të hapur tejkalon ndjeshëm parametrin përkatës për nanotubat e mbyllur.

Është e mundur të përdoren nanotuba me një sipërfaqe specifike të lartë si elektroda për kondensatorët elektrolitikë me një fuqi specifike të lartë.

Nanotubat e karbonit e kanë provuar veten mirë në eksperimentet mbi përdorimin e tyre si një shtresë që promovon formimin e një filmi diamanti. Siç tregojnë fotografitë e marra me mikroskop elektronik, filmi i diamantit i depozituar në filmin e nanotubit ndryshon për mirë për sa i përket densitetit dhe uniformitetit të bërthamave nga filmi i depozituar në C 60 dhe C 70.

Vetitë e tilla të një nanotubi si madhësia e tij e vogël, e cila ndryshon në mënyrë të konsiderueshme në varësi të kushteve të sintezës, përçueshmërisë elektrike, forca mekanike dhe qëndrueshmëria kimike bëjnë të mundur që të konsiderohet një nanotubi si bazë për elementët e ardhshëm të mikroelektronikës. Është vërtetuar me llogaritje se futja e një çifti pesëkëndësh-heptagon në strukturën ideale të një nanotubi si defekt ndryshon vetitë e tij elektronike. Një nanotub me një defekt të ngulitur mund të konsiderohet si një heterobashkim metal-gjysmëpërçues, i cili, në parim, mund të formojë bazën e një elementi gjysmëpërçues me përmasa të vogla rekord.

Nanotubat mund të shërbejnë si bazë e mjetit matës më të hollë të përdorur për të kontrolluar johomogjenitetet sipërfaqësore të qarqeve elektronike.

Aplikacione interesante mund të merren duke mbushur nanotubat me materiale të ndryshme. Në këtë rast, një nanotub mund të përdoret edhe si bartës i materialit që e mbush atë, dhe si një guaskë izoluese që mbron këtë material nga kontakti elektrik ose nga ndërveprimi kimik me objektet përreth.

PËRFUNDIM

Megjithëse fullerenet kanë një histori të shkurtër, kjo fushë e shkencës po zhvillohet me shpejtësi, duke tërhequr gjithnjë e më shumë studiues të rinj. Kjo fushë e shkencës përfshin tre fusha: fizikën e fullerenit, kiminë e fullerenit dhe teknologjinë e fullerenit.

Fizika e fullereneve merret me studimin e vetive strukturore, mekanike, elektrike, magnetike, optike të fullereneve dhe përbërjeve të tyre në gjendje të ndryshme fazore. Kjo përfshin gjithashtu studimin e natyrës së ndërveprimit midis atomeve të karbonit në këto komponime, spektroskopinë e molekulave të fullerenit, vetitë dhe strukturën e sistemeve që përbëhen nga molekulat e fullerenit. Fizika e Fullerenit është dega më e avancuar në fushën e fullereneve.

Kimia e fullereneve lidhet me krijimin dhe studimin e përbërjeve të reja kimike, të cilat bazohen në molekulat e mbyllura të karbonit, si dhe studion proceset kimike në të cilat ato marrin pjesë. Duhet të theksohet se për sa i përket koncepteve dhe metodave të kërkimit, kjo fushë e kimisë është thelbësisht e ndryshme nga kimia tradicionale në shumë aspekte.

Teknologjia Fullerene përfshin si metodat e prodhimit të fullerenit ashtu edhe aplikimet e tyre të ndryshme.

BIBLIOGRAFI

1. Sokolov V. I., Stankevich I. V. Fullerenes - forma të reja alotropike të karbonit: struktura, struktura elektronike dhe vetitë kimike / / Përparimet në Kimi, vëll 62 (5), f. 455, 1993.

2. Drejtime të reja në kërkimin e ploterenit//UFN, v. 164 (9), f. 1007, 1994.

3. Eletsky A.V., Smirnov B.M. Fullerenet dhe strukturat e karbonit//UFN, v. 165 (9), f. 977, 1995.

4. Zolotukhin I.V. Fulleriti është një formë e re e karbonit // SOZH Nr. 2, f. 51, 1996.

5. Masterov V.F. Vetitë fizike të fullereneve / / SOZH Nr. 1, f. 92, 1997.

6. Lozovik Yu.V., Popov A.M. Formimi dhe rritja e nanostrukturave të karbonit - fullerene, nanogrimca, nanotuba dhe kone//UFN, v. 167 (7), f. 151, 1997/

7. Eletsky A.V. .Nanotubat e karbonit//UFN, v.167(9), f.945, 1997.

8. Smalley R.E. Zbulimi i fullereneve//UFN, v.168 (3), f.323, 1998.

9. Churilov G.N. Rishikimi i metodave për marrjen e fullereneve // Materialet e konferencës së 2-të ndërrajonale me pjesëmarrje ndërkombëtare "Pluhurat ultrafine, nanostrukturat, materialet", Krasnoyarsk, KSTU, 5-7 tetor 1999,. Me. 77-87.

10. Belov N.N. et al. Struktura e sipërfaqes së ngritjes së katodës së formuar gjatë sintezës së fullereneve // Aerosols vëll 4f, N1, 1998, f. 25-29

11. S. M. Jarkov,. Titarenko Ya.N., Churilov G.N. Mikroskopi elektronik studion grimcat e karbonit FCC// Carbon, v. 36, nr 5-6, 1998, f. 595-597

12. Kashkin V.B., Rubleva T.V., Kashkina L.V., Mosin R.A. Përpunimi dixhital i imazheve mikroskopike elektronike të grimcave të karbonit në blozën që përmban fullerene // Punimet e konferencës së 2-të ndërrajonale me pjesëmarrje ndërkombëtare "Pluhurat ultrafine, nanostrukturat, materialet", Krasnoyarsk, KSTU, 5-7 tetor 1999. Me. 91-92

Fullerenet janë komponime molekulare që i përkasin klasës së modifikimeve alotropike të karbonit, që kanë struktura kornizë të mbyllur të përbërë nga tre atome të koordinuar të karbonit dhe që kanë 12 faqe pesëkëndore dhe (n/2 - 10) gjashtëkëndore (n≥20). E veçanta është se çdo pesëkëndësh është ngjitur vetëm me gjashtëkëndëshat.

Forma më e qëndrueshme është C 60 (buckminsterfullerene), struktura e zbrazët sferike e të cilit përbëhet nga 20 gjashtëkëndësha dhe 12 pesëkëndësha.

Figura 1. Struktura e C 60

Molekula C 60 është atome karboni të lidhur me njëri-tjetrin nga një lidhje kovalente. Kjo lidhje është për shkak të socializimit të elektroneve valente të atomeve. Gjatësia e lidhjes C-C në pesëkëndësh është 1,43 Ǻ, siç është gjatësia e anës së gjashtëkëndëshit që lidh të dy figurat, megjithatë, ana që lidh gjashtëkëndëshat është afërsisht 1,39 Ǻ.

Në kushte të caktuara, molekulat C 60 priren të renditen në hapësirë, ato ndodhen në nyjet e rrjetës kristalore, me fjalë të tjera, fullereni formon një kristal të quajtur fullerit. Në mënyrë që molekulat C 60 të vendosen sistematikisht në hapësirë, si atomet e tyre, ato duhet të lidhen me njëra-tjetrën. Kjo lidhje midis molekulave në një kristal është për shkak të pranisë së një force të dobët van der Waals. Ky fenomen shpjegohet me faktin se në një molekulë elektrike neutrale, ngarkesa negative e elektroneve dhe ngarkesa pozitive e bërthamës shpërndahen në hapësirë, si rezultat i së cilës molekulat janë në gjendje të polarizojnë njëra-tjetrën, me fjalë të tjera, ato çojnë në një zhvendosje në hapësirë të qendrave të ngarkesave pozitive dhe negative, gjë që shkakton ndërveprimin e tyre.

E ngurtë C 60 në temperaturën e dhomës ka një rrjetë kub të përqendruar në faqe, dendësia e së cilës është 1,68 g/cm 3 . Në temperatura nën 0 ° C, ndodh një shndërrim në një grilë kub.

Entalpia e formimit të fulleren-60 është rreth 42.5 kJ/mol. Ky tregues pasqyron qëndrueshmërinë e tij të ulët në krahasim me grafitin (0 kJ/mol) dhe diamantin (1,67 kJ/mol). Vlen të përmendet se me rritjen e madhësisë së sferës (me rritjen e numrit të atomeve të karbonit), entalpia e formimit tenton në mënyrë asimptotike në entalpinë e grafitit, kjo për faktin se sfera gjithnjë e më shumë i ngjan një rrafshi.

Nga jashtë, fullerenet janë pluhura të imta kristalore me ngjyrë të zezë, pa erë. Ato janë praktikisht të patretshme në ujë (H 2 O), etanol (C 2 H 5 OH), aceton (C 3 H 6 O ) dhe tretës të tjerë polare, por në benzen (C 6 H 6), toluen (C 6 H 5 - CH 3), klorur fenil (C 6 H 5 Cl) treten duke formuar tretësira me ngjyrë të kuqe-vjollcë. Duhet të theksohet se kur një pikë stiren (C 8 H 8) i shtohet një tretësire të ngopur të C 60 në dioksan (C 4 H 8 O 2), ka një ndryshim të menjëhershëm në ngjyrën e tretësirës nga e verdha. kafe në të kuqe-vjollcë, për shkak të formimit të kompleksit (solvatit).

Në tretësirat e ngopura të tretësve aromatikë, fullerenet në temperatura të ulëta formojnë një precipitat - një solvat kristal i formës C 60 Xn, ku X është benzen (C 6 H 6), toluen (C 6 H 5 - CH 3), stiren (C 8 H 8), ferroceni (Fe(C 5 H 5) 2) dhe molekula të tjera.

Entalpia e shpërbërjes së fullerenit në shumicën e tretësve është pozitive; me rritjen e temperaturës, tretshmëria, si rregull, përkeqësohet.

Studimi i vetive fizike dhe kimike të fullerenit është një fenomen aktual, pasi ky përbërës po bëhet pjesë integrale e jetës sonë. Aktualisht, po diskutohen idetë e përdorimit të fullereneve në krijimin e fotodetektorëve dhe pajisjeve optoelektronike, katalizatorëve të rritjes, filmave të ngjashëm me diamantin dhe diamantin, materialet superpërcjellëse dhe gjithashtu si ngjyra për fotokopjuesit. Fullerenet përdoren në sintezën e metaleve dhe lidhjeve me veti të përmirësuara.

Fullerenet janë planifikuar të përdoren si bazë për prodhimin e baterive të magazinimit. Parimi i funksionimit të këtyre baterive bazohet në reaksionin e hidrogjenizimit, ato në shumë aspekte janë të ngjashme me bateritë e përhapura me bazë nikelit, megjithatë, ndryshe nga këto të fundit, ato kanë aftësinë të ruajnë sasi disa herë më specifike të hidrogjenit. Përveç kësaj, këto bateri kanë efikasitet më të lartë, peshë të lehtë dhe siguri mjedisore dhe shëndetësore në krahasim me bateritë më të avancuara të litiumit për sa i përket këtyre cilësive. Bateritë Fullerene mund të përdoren gjerësisht për të fuqizuar kompjuterët personalë dhe aparatet e dëgjimit.

Vëmendje e konsiderueshme i kushtohet problemit të përdorimit të fullereneve në mjekësi dhe farmakologji. Është duke u shqyrtuar ideja e krijimit të ilaçeve kundër kancerit të bazuara në komponimet endohedrale të tretshme në ujë të fullereneve me izotope radioaktive.

Sidoqoftë, përdorimi i fullereneve është i kufizuar nga kostoja e tyre e lartë, e cila është për shkak të mundimit të sintezës së një përzierjeje fullerene, si dhe ndarjes shumëfazore të përbërësve individualë prej saj.

Artikulli i mëparshëm: Emrat e yjeve dhe yjësive në qiell Harta e fëmijëve të yjësive Artikulli vijues: Harta e Evropës me vendet e mëdha në rusisht

Aplikimi i fullereneve. Rekreacion, gjueti dhe peshkim në Karelia

YouTube enciklopedik

Titra

Historia e zbulimit

Fullerenet në natyrë

Vetitë strukturore

Sinteza

Vetitë fizike dhe vlera e aplikuar

Fulleritet

Vetitë optike jolineare

Mekanika kuantike dhe fullereni

Fullereni i hidratuar (HyFn); (C 60 (H 2 O) n)

Fullereni si material për teknologjinë gjysmëpërçuese

Fullereni si fotorezist

Aditivë Fullerene për Rritjen e Filmave Diamanti me Metoda CVD

Komponimet superpërcjellëse me C 60

Ndikimi i aditivëve të vegjël të blozës fullerene në vetitë kundër fërkimit dhe kundër konsumit të PTFE

Aplikacione të tjera

Vetitë kimike

rëndësi mjekësore

Antioksidantë

përshkrim i përgjithshëm

Natyra dhe teknologjia

Sinteza

Prodhimi

Përfitoni

Më shumë rreth mjekësisë

1.1. Format e njohura alotropike të karbonit

1.2.Gjeometria e molekulës së fullerenit dhe rrjetës kristalore të fulleritit

1.3. Marrja e fullereneve

Metodat e pastrimit dhe zbulimit

1.4 Vetitë e fullereneve

1.5. Aplikimi i fullereneve

1.6 Nanotuba karboni

Struktura e nanotubave

Nanotuba me një mur

Nanotuba me shumë shtresa

Struktura e nanogrimcave

Marrja e nanotubave të karbonit

Vetitë e nanotubave

Aplikimet e nanotubave

PËRFUNDIM

BIBLIOGRAFI