Fullerene, tuotanto, ominaisuudet, sovellus, kaava, ruudukko
Fullerene, sen tuotanto, ominaisuudet ja sovellukset.
Fullereeni on molekyyliyhdiste, joka kuuluu allotrooppisten hiilimuotojen luokkaan, ja joka on kupera suljettu polyhedron, joka koostuu parillisesta kolmikoordinoidusta hiiliatomista. Fullereenien ainutlaatuinen rakenne tekee niistä ainutlaatuiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet.
Fullereenien kuvaus ja rakenne
Fullereenien edut ja ominaisuudet
Fullereenimolekyylin ominaisuudet
Muut hiilen muodot: grafeeni, karbyni, timantti-, fullereeni, hiilinanoputki, "Vickery".
Fullereenien kuvaus ja rakenne:
Fullerene, raamattu, tai buckyballs - molekyyliyhdiste, joka kuuluu allotrooppisten muotojen luokkaan hiiltä ja joka on kupera suljettu polyhedron, joka koostuu parillisesta kolmikoordinoidusta atomista hiiltä.
Fullereenit on nimetty niin insinööri ja arkkitehti Richard Buckminster fuller, joka suunnitteli ja rakensi avaruusrakenteen “geodeettinen kupoli”, joka on pallonpuolisko, koottu tetraedrista. Tämä malli sai täyden kansainvälisen tunnustuksen ja suosiota. Tänään, sen kehitystä suunnitellaan ja rakennetaan kupolitalot. Fullerene näiden rakenteiden rakenteesta ja muodosta Richard Buckminster fuller.
Fullereenien ainutlaatuinen rakenne tekee niistä ainutlaatuiset fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet. Muiden aineiden yhteydessä ne mahdollistavat materiaalien, joilla on täysin uudet ominaisuudet.
Fullereenien molekyyleissä, atomien hiili sijaitsevat kuusikulmioiden ja viisikulmioiden kärjissä, jotka muodostavat pallon tai ellipsoidin pinnan. Symmetrisin ja perusteellisesti tutkittu fullereeniperheen edustaja - fullereeni (C60) jossa hiiliatomit muodostavat katkaistun ikosaedrin, joka koostuu 20 kuusikulmioita ja 12 viisikulmioita ja muistuttaa jalkapalloa (täydellisenä muotona, harvoin löytyy luonnosta).
Seuraavaksi yleisin fullereeni on C70, fullereeni C60 on erilainen kuin 10 atomien hiiltä päiväntasaajan alueella C60, tuloksena fullereeni C60 -molekyyli on pitkänomainen ja muotoinen kuin pallo Rugbyssä.
Niin kutsutut korkeammat fullereenit, jotka sisältävät enemmän atomien hiiltä (aikeissa 400 tai enemmän), muodostuu paljon pienempinä määrinä ja niillä on usein melko monimutkainen isomeerinen koostumus. Tutkituimpien korkeampien fullereenien joukosta on mahdollista jakaa Cn, missä n = 74, 76, 78, 80, 82 84.
Pisteiden välinen suhde, fullereenien reunat ja pinnat voidaan ilmaista matemaattisella kaavalla Eulerin polyhedra-lauseen mukaisesti:
B - R + G = 2,
missä on kuperan monikulmion kärkipisteiden määrä P on sen reunojen lukumäärä ja G on pintojen lukumäärä.
Eulerin lauseen mukaan välttämätön edellytys kuperan polyhedron olemassaololle (ja siten tietyn rakenteen ja muodon omaavien fullereenien olemassaolosta) on täsmälleen läsnäolo 12 viisikulmaiset kasvot ja/2 – 10 kasvot.
Japanilaiset tiedemiehet ennustivat buckyballien olemassaolon vuonna 1971, teoreettisen perustelun tekivät Neuvostoliiton tutkijat vuonna 1973. Ensimmäinen fullereeni syntetisoitiin vuonna 1985 Yhdysvalloissa.
Lähes kaikki fullereeni on valmistettu keinotekoisesti. Luonnossa sitä esiintyy hyvin pieninä määrinä. Se muodostuu maakaasun ja salaman palamisen aikana, mutta sitä esiintyy myös hyvin pieninä määrinä šungiiteissa, salamat, meteoriitit ja sedimentit, jonka ikä on 65 miljoona vuotta.
Fullereeniyhdisteet:
Fullereeni on helppo tulla yhteydessä muihin kemiallisiin alkuaineisiin. Tällä hetkellä, fullereenien perusteella syntetisoidaan 3 miljoonaa uutta ja johdettua yhdistettä.
Jos fullereenimolekyylin koostumus, hiiliatomien lisäksi ovat muiden kemiallisten alkuaineiden atomit, jos tällaisten fullereenien hiilirungossa sijaitsevien muiden kemiallisten alkuaineiden atomeja kutsutaan endohedraalisesti, jos Antakalnis.
Fullereenien edut ja ominaisuudet:
- Fullereenien materiaaleilla on suuri lujuus, kulutuskestävyys, lämpö - ja kemostabiilisuus sekä vähentynyt hankaus,
- fullereenien mekaanisten ominaisuuksien ansiosta voit käyttää niitä erittäin tehokkaana kitkien estävänä kiinteänä voiteluaineena. Vasta-aineiden pinnoilla, ne muodostavat suojaavan fullereenipolymeerikalvon paksuuden kymmenistä satoihin nanometreihin, joka suojaa lämpö- ja oksidatiiviselta hajoamiselta, pidentää kitkan käyttöikää hätätilanteissa 3-8 kertaa lisää voiteluaineiden lämpöstabiilisuutta 400-500 ° C ja kitkan kantavuus kapasiteetissa 2-3 ajat, laajentaa kitkapaineiden toiminta-aluetta 1.5-2 ajat, vähentää ajoaikavasta-aineita,
fullereeni kykenee polymeroitumaan ja muodostamaan ohuen elokuva,
- fullereeniliuoksen läpinäkyvyyden voimakas lasku ylittää tietyn kriittisen arvon optisen säteilyn voimakkuuden epälineaaristen optisten ominaisuuksien vuoksi,
- mahdollisuus käyttää fullereeneja epälineaarisen optisen portin perustana, käytetään suojaamaan optisia laitteita voimakkaalta optiselta säteilyltä,
- fullereeneilla on kyky osoittaa antioksidantin tai hapettimen ominaisuuksia. Kuten antioksidantit ne ovat parempia kuin kaikki tunnetut antioksidantit 100 – 1000 ajat. Kokeet tehtiin rotilla, joita syötettiin fullereeneilla oliiviöljyssä. Täten, rotat elivät kaksi kertaa kauemmin kuin tavallisesti, ja, lisäksi, osoitti lisääntynyttä vastustuskykyä myrkyllisten tekijöiden vaikutukselle
on puolijohde, jonka kaistaväli on ~ 1,5 eV ja sen ominaisuudet ovat samanlaisia kuin muiden puolijohteiden,
fullereeni C60, toimii ligandina vuorovaikutuksessa alkalin ja joidenkin muiden metallien kanssa. Tässä muodossa kompleksikoostumukset Ме3С60, joilla on suprajohteiden ominaisuuksia.
Fullereenimolekyylin ominaisuudet *:
| Parametrin nimi: | Arvo: |
| Pallomaisen kuoren paksuus nm | 0,1 |
| Molekyylin säde, nm | 0,357 |
| Sidoksen pituus C-C atomien välillä hiiltä, nm | |
| - Pentagon | 0,143 |
| - kuusikulmiossa | 0,139 |
* fullereenin C60 suhteen.
Fullereenien saaminen:
Tärkeimpinä menetelminä fullereenien tuottamiseksi pidetään:
- grafiittielektrodien polttaminen valokaaressa ilmakehässä heliumia alhaisessa paineessa
- palaminen hiilivetyjä liekissä.
On huomattava, että tietty haaste ei ole pelkästään itsessään, fullereenien saaminen (niiden tuotos hiilimustana on erittäin vähäistä), mutta sen jälkeen uutto, fullereenien puhdistus ja erottaminen hiilimustaluokkien avulla.
Fulereenien C60 ja C70 käyttö:
- antistaattinen, kulumisen ja kitkan esto polymeerit, muovit,
- sorbentit elintarviketeollisuudelle ja vedenkäsittely,
- lääkkeet ja lääkkeet,
geomodifikaattoreiden kitka
- kosmetiikka,
lisäaineina synteettinen timantti korkeapainemenetelmällä. Timanttien tuotanto kasvoi 30%,
- ja paljon enemmän.
