A www.fullwater.com.ua szerint

"FULLEREN – AZ ÉLET MÁTRIX..."

Tehát a szén jól ismert formáival – gyémánttal és grafittal – ellentétben a fullerén az molekula szénatomokból áll. A C60 fullerén család legfontosabb tagja 60 szénatomból áll. Valójában nem mondhatjuk, hogy „gyémánt molekula” vagy grafit, ezek csak kristályformák, a szénatomok bizonyos térbeli elrendezésével a rácsban. A fullerén a szén egyetlen molekuláris formája.

A természet sok egymásnak ellentmondó fogalmat egyesített egy tárgyban.

A fullerén egy kapcsolat a szerves és szervetlen anyagok között. Ez egy molekula, egy részecske és egy klaszter. A C60 molekula átmérője 1 nm, ami megfelel az anyagok „valódi”, molekuláris és kolloid állapota között elhelyezkedő finomsági határnak.

Ha belenézünk a fullerénbe, csak egy elektromágneses terek által áthatolt űrt találunk. Más szavakkal, egy körülbelül 0,4 nm átmérőjű üreges teret fogunk látni, amelyben semmi" - vákuum, szénhéjba zárva, mint egyfajta tartályban. Ezen túlmenően ennek a tartálynak a fala nem engedi, hogy anyagrészecskék (ionok, atomok, molekulák) behatoljanak abba. De maga az üreges tér, mintha a kozmosz része lenne, inkább valami semmi sem képes részt venni a külső anyagi környezettel való finom, információs interakciókban. A fullerén molekulát "vákuumbuboréknak" nevezhetjük, amelyre nem illik az a jól ismert tézis, hogy a természet nem tűri az ürességet. Vákuum és anyag- az univerzum két alapja harmonikusan egyesül egy molekulában.

A fullerének másik figyelemre méltó tulajdonsága a vízzel való kölcsönhatásuk. Ismeretes, hogy a kristályos forma vízben oldhatatlan. A fullerének vizes oldatainak előállítására tett sok kísérlet kolloid vagy durván diszpergált fullerén-víz rendszerek kialakulásához vezet, amelyekben a részecskék nagyszámú molekulát tartalmaznak kristályos formában. Vizes molekuláris oldatok előállítása lehetetlennek tűnik. És egy ilyen megoldás nagyon fontos, és mindenekelőtt a biológiában és az orvostudományban való felhasználásuk miatt. A fullerének felfedezése óta magas biológiai aktivitásukat jósolják. A fullerének hidrofóbságáról kialakult általánosan elfogadott vélemény azonban sok tudós erőfeszítéseit vízoldható származékok vagy szolubilizált formák létrehozására irányította. Ilyenkor különféle hidrofil gyököket varrnak a fullerén molekulára, vagy vesznek körül vízben oldódó polimerekkel, felületaktív anyagokkal, aminek köszönhetően a fullerén molekulák „kénytelenek” a vizes közegben maradni. Sok műben magas biológiai aktivitás. A külső szénhéj bármilyen változása azonban a fullerénmolekula elektronszerkezetének és szimmetriájának megsértéséhez vezet, ami viszont megváltoztatja a környezettel való kölcsönhatás specifikusságát. Ezért a mesterségesen átalakított fullerénmolekulák biológiai hatása nagymértékben függ a kapcsolódó gyökök természetétől és a benne lévő oldódást elősegítő anyagoktól és szennyeződésektől. A fullerénmolekulák legszembetűnőbb egyénisége módosítatlan formában, és különösen azok vízben való molekuláris oldataiban mutatkozik meg.

A fullerének így kapott vizes oldatai időben (több mint 2 évig) stabilak, változatlanok fizikai és kémiai tulajdonságokés állandó személyzet. Ezek az oldatok nem tartalmaznak mérgező szennyeződéseket. Ideális esetben csak víz és fullerén. Ezenkívül a fullerén beágyazódik a víz természetes többrétegű szerkezetébe, ahol az első vízréteg szilárdan kötődik a fullerén felszínéhez a víz oxigén és a fullerén felületén lévő akceptor központok közötti donor-akceptor kölcsönhatások miatt.

Egy ilyen nagy molekula vízzel alkotott komplexe jelentős pufferkapacitással is rendelkezik. Felülete közelében a pH = 7,2-7,6 megmarad, ugyanez a pH érték a test egészséges sejtjeinek nagy részének membránjainak felszíne közelében található. Számos sejtes „betegség” folyamat kíséri a pH-érték változását a membrán felszíne közelében. Ugyanakkor egy beteg sejt nemcsak magának teremt kellemetlen körülményeket, hanem negatívan hat szomszédaira is. A hidratált fullerén a sejtfelszín közelében lévén képes megőrizni egészséges pH-értékét. Így kedvező feltételek jönnek létre ahhoz, hogy maga a sejt is megbirkózzon betegségével.

A hidratált fullerén legfigyelemreméltóbb tulajdonsága pedig az képes semlegesíteni az aktív gyököket. A fullerén antioxidáns hatása 100-1000-szer nagyobb, mint az ismert antioxidánsoké (például E-vitamin, dibunol, b-karotin). Ráadásul a hidratált fullerén nem csökkenti a szabad gyökök természetes szintjét a szervezetben, hanem csak akkor válik aktívvá, ha koncentrációjuk megnő. És minél több szabad gyök képződik a szervezetben, annál aktívabban hidratált fullerén semlegesíti azokat. A fullerén antioxidáns hatásmechanizmusa alapvetően eltér a gyakorlatban használt ismert antioxidánsok hatásától. Így egy hagyományos antioxidáns egy molekulájára van szükség egy gyök közömbösítéséhez. Egyetlen molekula hidratált fullerén pedig korlátlan számú aktív gyököt képes semlegesíteni. Ez egyfajta antioxidáns katalizátor. Ráadásul maga a fullerén molekula nem vesz részt a reakcióban, csak a vízklaszter szerkezetformáló eleme. ...

Vernadsky akadémikus még a múlt század elején észrevette, hogy az élő anyagot nagy szimmetria jellemzi. A szervetlen világgal ellentétben sok szervezetnek ötszörös szimmetriatengelye van. A Fullerene C60-nak 6 ötödrendű tengelye van, ez az egyetlen molekula a természetben ilyen egyedi szimmetriával. Már a fullerének felfedezése előtt is ismertek egyes fehérjék molekuláris szerkezete fullerén formájában, és egyes vírusok és más létfontosságú biológiai szerkezetek (például) hasonló szerkezettel rendelkeznek. Érdekes a fullerén molekula és annak minimális klasztere párosítása a DNS másodlagos szerkezete. Tehát a C60 molekula mérete megfelel a DNS-ben található három pár komplementer bázis távolságának, az ún. kodon, amely a szintetizált fehérje egy aminosavának képződésére vonatkozó információkat ad meg. A DNS-spirál fordulatai közötti távolság 3,4 nm. Az első gömb alakú C60-as klaszter, amely 13 fullerénmolekulából áll, azonos méretű.

Ismeretes, hogy a szén, és különösen a grafit és az amorf szén képes felületükön adszorbeálni a legegyszerűbb molekulákat, beleértve azokat is, amelyek az élet alapjainak kialakítása során bonyolultabb biológiailag fontos molekulák képződésének anyagai lehetnek. ügy. A fullerén akceptor tulajdonságainak köszönhetően képes szelektív kölcsönhatásba lépni más molekulákkal, és vizes környezetben ezeket a tulajdonságokat a felszínétől jelentős távolságra lévő rendezett vízrétegekbe adja át.

Számos elmélet létezik az élet szervetlen anyagból való eredetéről, és ezek fő feltételei olyan tényezők, mint pl

1. Egyszerű molekulák (CO, NO, NH3, HCN, H2O stb.) koncentrációja aktív helyek közelében, amelyeken külső energiaforrások részvételével reakciók mennek végbe.
2. A képződött szerves molekulák komplikációja polimer és elsődleges rendezett szerkezetekké.
3. Magasrendű struktúrák kialakítása.
4. Önreprodukáló rendszerek kialakulása.

Kísérletileg a prebiológiai időszakban a Földön fennálló feltételek megteremtésekor az első tényező megfigyelésének lehetősége igazolódott. A létfontosságú és nem fontos aminosavak és néhány nukleinbázis képződése ilyen körülmények között teljesen valós. Az élet kialakulásához szükséges összes feltétel teljesülésének valószínűsége azonban gyakorlatilag nulla. Ez azt jelenti, hogy léteznie kell valamilyen más feltételnek, amely lehetővé teszi az egyszerű elemek összeállításának mechanizmusának céltudatos megvalósítását, a keletkező szerves vegyületek bonyolítását és az élő anyag megjelenésének szintjére való rendezését. És ez a feltétel véleményünk szerint egy mátrix jelenléte. Ennek a mátrixnak állandó összetételűnek kell lennie, nagy szimmetriájúnak kell lennie, kölcsönhatásba kell lépnie (de nem erősen) a vízzel, szimmetrikus környezetet kell teremtenie maga körül jelentős távolságra lévő más molekulákból, amely képes az aktív gyököket a felülete közelében koncentrálni, és hozzájárulni azok semlegesítéséhez. komplex szerves molekulák képződése, egyúttal a semleges formák megvédése az aktív gyökök támadásaitól, önmagukhoz hasonló szerkezetek és a vízi környezet hasonló struktúráinak kialakítása. És ami a legfontosabb, a szénnek a szénélet mátrixának kell lennie. A fullerén pedig hidratált állapotában mindezeket a követelményeket kielégíti. És valószínűleg a C60 fullerén család fő és legstabilabb képviselője. Lehetséges, hogy az élet létrejötte nem elsődleges aktus, hanem ez a folyamat folyamatosan megy végbe, és valamilyen módon befolyásolja az élet fejlődését, a meglévő tesztelését, új formáinak kialakulását.

A fullerének mindenhol léteznek a természetben, ahol szén van és magas az energia. Széncsillagok közelében, csillagközi térben, villámcsapás helyén vagy vulkánkráterek közelében léteznek, még akkor is, ha gázt égetnek el egy otthoni gáztűzhelyben. A fullerének a szénkőzetek felhalmozódási helyein is megtalálhatók. Különleges hely itt a karéliai shungit kőzetek. Ezek a 90%-ban tiszta szenet tartalmazó kőzetek körülbelül 2 milliárd évesek. Eredetük természete még mindig nem tisztázott. Az egyik feltételezés egy nagy szénmeteorit lezuhanása. NÁL NÉL shungit A természetes fulleréneket először fedezték fel. Sikerült a C60 fullerén kinyerése és azonosítása shungitben is.

I. Péter kora óta gyógyforrás volt Karéliában. Harci vizek". Hosszú évekig senki sem tudta végül megmagyarázni ennek a forrásnak a gyógyító tulajdonságainak okát. Feltételezték, hogy a megnövekedett vastartalom okozza a gyógyító hatást. A földön azonban sok vastartalmú forrás található, és általában nincs terápiás hatás. Csak miután felfedezték a fulleréneket a shungit kőzetekben, amelyeken a forrás átfolyik, felmerült az a feltételezés, hogy a fullerén a Marcial vizek végső gyógyító hatása. azonban gyógyászati ​​tulajdonságait Ez a víz, mint az olvadt víz, nem tart sokáig. Nem palackozható és szükség szerint felhasználható. Már másnap elveszti tulajdonságait. A fulleréneket és fullerénszerű szerkezeteket tartalmazó kőzeten áthaladva a harcvíz csak „telítődik” azzal a szerkezettel, amit a kőzet ad neki. A tárolás során pedig ezek az éltető fürtök szétesnek. A fullerén nem kerül spontán módon a vízbe, ezért nincs olyan szerkezetképző elem, amely hosszú ideig képes lenne fenntartani a rendezett vízcsoportokat, ezért az ilyen víz gyorsan elnyeri a közönséges víz tulajdonságait. Ráadásul a benne jelenlévő ionok maguk is átrendezik a víz természetes szerkezetét, saját hidrátklasztereket hozva létre.

Miután egyszer megkaptuk a fullerének molekuláris-kolloid vizes oldatát, a laboratóriumban megpróbáltuk reprodukálni a martivizek esszenciáját. Ehhez azonban nagy tisztaságú vizet vettek, és homeopátiás adagban fullerének vizes oldatát adták hozzá. Ezt követően különféle modelleken kezdtek el biológiai teszteket végezni. Az eredmények elképesztőek voltak. A patológia szinte minden modelljében pozitív biológiai hatást találunk. A kísérletek több mint 10 éve folynak. Egy jól elhelyezett kísérlettel az élő szervezetben bekövetkező kóros elváltozások szinte mindig megpróbálnak visszatérni a normális kerékvágásba. De ez nem egy célzott hatású gyógyszer és nem egy idegen kémiai vegyület, hanem csak egy vízben oldott széngömb. Ezenkívül az a benyomásunk támad, hogy a hidratált fullerén hajlamos a normál állapot"Minden változás a testben, azokban a struktúrákban, amelyeket mátrixként generált az élet születésének folyamatában.

Fullerén, buckyball, vagy buckyball- a szén allotróp formáinak osztályába tartozó molekuláris vegyület, amely konvex zárt poliédereket képvisel, amelyek páros számú három koordinált szénatomból állnak. A fullerének Richard Buckminster Fuller mérnöknek és építésznek köszönhetik nevüket, akinek geodéziai szerkezetei ezen az elven épülnek fel. Kezdetben az illesztések ezen osztálya olyan szerkezetekre korlátozódott, amelyek csak öt- és hatszögletű felületeket tartalmaztak. Vegyük észre, hogy egy ilyen zárt poliéder létezéséhez, amely a n olyan csúcsok, amelyek csak öt- és hatszögletű lapokat alkotnak, a poliéder Euler-tétele szerint, amely az egyenlőség érvényességét állítja | n | − | e | + | f | = 2 (\displaystyle |n|-|e|+|f|=2)(ahol | n | , | e | (\displaystyle |n|,|e|)és | f | (\displaystyle |f|) rendre a csúcsok, élek és lapok száma), szükséges feltétel pontosan 12 ötszögletű lap és n/2-10 (\displaystyle n/2-10) hatszögletű élek. Ha a fullerénmolekula a szénatomokon kívül más kémiai elemek atomjait is tartalmazza, akkor ha más kémiai elemek atomjai a szénketrecben találhatók, az ilyen fulleréneket endoédernek, ha kívülről - exoédernek nevezik.

Enciklopédiai YouTube

1 / 2

✪ Bill Joy: Ami miatt "aggódom, mitől" izgulok

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

Feliratok

Fordító: Marina Gavrilova Szerkesztő: Ahmet Yükseltürk Milyen technológiákat használhatunk reálisan a globális szegénység csökkentésére? Amire rájöttem, az egészen váratlan volt. Olyan dolgokkal kezdtünk foglalkozni, mint a halálozási arány a huszadik században, és hogy miként javultak a dolgok azóta, és nagyon érdekes és egyszerű dolgok merültek fel. Úgy tűnhet, hogy a tiszta víz helyett az antibiotikumok játszottak döntő szerepet, de valójában ennek az ellenkezője igaz. És nagyon egyszerű dolgok – az internet korai napjaiban könnyen megtalálható kész technológiák – drámai módon megváltoztathatják ezt a problémát. Ám az olyan erőteljesebb technológiákat tekintve, mint a nanotechnológia és a géntechnológia, valamint más feltörekvő digitális technológiák, aggódni kezdtem az ezeken a területeken előforduló esetleges visszaélések miatt. Gondoljunk csak bele, mert a történelemben sok évvel ezelőtt foglalkoztunk az ember ember általi kizsákmányolásával. Aztán kitaláltunk tíz parancsolatot: Ne ölj. Ez egyfajta személyes döntés. Településeink városokká kezdtek szerveződni. A népesség növekedett. És hogy megvédjük az egyént a tömeg zsarnokságától, olyan fogalmakat találtunk ki, mint az egyén szabadsága. Aztán, hogy a nagy csoportokat, mondjuk állami szinten, akár kölcsönös megnemtámadási egyezmények, akár konfliktusok sorozata eredményeként kezeljük, végül egyfajta rendezési egyezményre jutottunk, amelyet megtartunk. a béke. De mára a helyzet megváltozott, ezt hívják az emberek aszimmetrikus helyzetnek, amikor a technológiák olyan erősek lettek, hogy már túlmutatnak az állam határain. Már nem államok, hanem magánszemélyek férhetnek hozzá tömegpusztító fegyverekhez. Ez pedig annak a következménye, hogy ezek az új technológiák általában digitálisak. Mindannyian láttunk genomi szekvenciákat. Igény esetén bárki letöltheti az internetről a kórokozó mikroorganizmusok génszekvenciáját. Ha úgy tetszik, nemrég olvastam egy tudományos folyóiratban, hogy az 1918-as influenzatörzs túl veszélyes a szállításhoz. Ha pedig valakinek laboratóriumi kutatásokban kell használnia, akkor azt javasolják, hogy egyszerűen fejtse vissza, nehogy veszélybe sodorja a postát. Ilyen lehetőségek minden bizonnyal léteznek. Így az emberek kis csoportjai, akik hozzáférnek ehhez a fajta önreprodukáló technológiához, legyen szó biológiai vagy egyéb technológiákról, egyértelmű veszélyt jelentenek. És az a veszély, hogy valójában járványt okozhatnak. És nincs valódi tapasztalatunk a járványokkal kapcsolatban, és társadalomként nem vagyunk túl jók az ismeretlen dolgok kezelésében. A megelőző intézkedések megtétele nem tartozik a természetünkbe. És ebben az esetben a technológia nem oldja meg a problémát, mert csak több lehetőséget nyit meg az emberek előtt. Russell, Einstein és mások ezt sokkal komolyabb formában tárgyalva, azt hiszem, már a huszadik század elején arra a következtetésre jutottak, hogy a döntést nem csak a fejnek, hanem a szívnek is meg kell hoznia. Vegyük például a nyílt vitákat és az erkölcsi fejlődést. Az az előny, amit a civilizáció ad nekünk, hogy nem alkalmazunk erőszakot. Társadalmi jogainkat elsősorban jogi intézkedések védik. Ezen új dolgok veszélyének korlátozása érdekében korlátozni kell az egyének hozzáférését a járványokat okozó forrásokhoz. Jelentős védekezésre is szükségünk van, mert az őrültek tettei kiszámíthatatlanok lehetnek. A legbosszantóbb pedig az, hogy valami rosszat csinálni sokkal könnyebb, mint védekezést kialakítani minden lehetséges helyzetben; így az elkövetőnek mindig aszimmetrikus előnye van. Ezeket a gondolatokat gondoltam 1999-ben és 2000-ben; a barátaim látták, hogy depressziós vagyok, és aggódnak értem. Aztán aláírtam egy szerződést, hogy írok egy könyvet, amelyben komor gondolataimat akartam kifejezni, és beköltöztem egy New York-i szállodai szobába, ahol az egyik szoba tele volt könyvekkel a pestisről és a New York-i atombombázásokról; hangulatot teremtett, egyszóval. És ott voltam szeptember 11-én, mindenkivel az utcán. Valami hihetetlen történt. Másnap reggel felkeltem, és elhagytam a várost, az összes takarító teherautó a Houston Streeten parkolt, készen állva a romok eltakarítására. Lesétáltam az utca közepén, a vasútállomásra; a 14. utca alatt mindent lezártak. Hihetetlen volt, de nem azoknak, akiknek a szobájuk tele volt könyvekkel. Meglepő volt, hogy akkor és ott megtörtént, de nem meglepő, hogy eleve megtörtént. Aztán mindenki elkezdett írni róla. Emberek ezrei kezdtek írni róla. És a végén visszautasítottam a könyvet, majd Chris felhívott, és felajánlott, hogy felszólalok egy konferencián. Többet nem beszélek róla, mert elég nyomasztó dolog történik enélkül is. De beleegyeztem, hogy eljövök és szólok néhány szót róla. És azzal érvelnék, hogy nem szabad feladnunk a jogállamiságot az aszimmetrikus fenyegetésekkel szemben, amit jelenleg a hatalmon lévők tesznek, mert ez egyet jelent a civilizáció feladásával. A fenyegetés ellen pedig nem harcolhatunk olyan ostoba módon, mint ahogyan tesszük, mert egy millió dolláros akció milliárd dolláros kárt és egy billió dolláros reakciót eredményez, ami hatástalan, és szinte biztosan tovább rontja a problémát. Nem lehet kiharcolni valamit, ha a költség millió az egyhez, a siker esélye pedig egy millióhoz. Miután körülbelül egy éve visszautasítottam a könyvet, abban a megtiszteltetésben volt részem, hogy csatlakozhattam Kleiner Perkinshez, és lehetőséget kaptam, hogy a kockázati tőkén keresztül innovációval foglalkozzam, és próbáljak olyan innovációkat találni, amelyek felhasználhatók nagyobb problémák megoldására. Ilyenkor a tízszeres különbség ezerszeres nyereséget eredményezhet. Tavaly lenyűgözött az innováció hihetetlen minősége és lendülete, ami a kezembe ment. Néha egyszerűen lélegzetelállító volt. Nagyon hálás vagyok a Google-nek és a Wikipédiának, amiért legalább egy kicsit megértettem, miről beszélnek az emberek. Három olyan területről szeretnék mesélni, amelyek különös reményt adnak számomra a problémákkal kapcsolatban, amelyekről a Wired magazinban írtam. Az első terület az oktatás általában, és ez lényegében arra vonatkozik, amit Nicholas (Nicholas Negroponte) mondott a 100 dolláros számítógépekről. Moore törvénye még korántsem merült ki. A mai legfejlettebb tranzisztorok 65 nanométeresek, és boldogan fektettem be olyan cégekbe, amelyek nagy bizalmat adnak nekem abban, hogy a Moore-törvény körülbelül 10 nanométeresre fog működni. Egy újabb méretcsökkentés, mondjuk 6-szorosára, 100-szorosára javítja a chipek teljesítményét. Gyakorlatilag tehát, ha valami ma körülbelül 1000 dollárba kerül, mondjuk a megvásárolható legjobb személyi számítógép, akkor 2020-ban szerintem 10 dollárba kerülhet. Nem rossz? Képzeld el, mennyibe fog kerülni az a 100 dolláros számítógép 2020-ban tanulási eszközként. Azt hiszem, a feladatunk az – és biztos vagyok benne, hogy az is lesz –, hogy olyan oktatási segédanyagokat és hálózatokat fejlesszünk ki, amelyek lehetővé teszik számunkra ennek az eszköznek a használatát. Meggyőződésem, hogy hihetetlenek vagyunk erős számítógépek, de nincs jó szoftverünk hozzájuk. És csak egy idő után jön ki a jobb szoftver, ha lefuttatod egy 10 éves gépen, és azt mondod: "Istenem, ez a gép képes volt ilyen gyorsan futni?" Emlékszem, amikor az Apple Mac felületet visszahelyezték az Apple II-be. Az Apple II remekül működött ezzel a felülettel, csak akkor még nem tudtuk, hogyan csináljuk. Abból a tényből kiindulva, hogy Moore törvénye 40 évig működött, feltételezhető, hogy ez így lesz. Akkor tudjuk, milyenek lesznek a számítógépek 2020-ban. Nagyszerű, hogy vannak kezdeményezéseink az emberek oktatására és felvilágosítására szerte a világon, mert ez a világ nagy hatalma. És a következő 15 éven belül a világon mindenkinek biztosíthatunk egy 100 dolláros vagy egy 10 dolláros számítógépet. A második terület, amelyre fókuszálok, az ökológia problémája, mivel az az egész világra erős hatással van. Al Gore hamarosan bővebben is mesél erről. Úgy tűnik számunkra, hogy létezik egyfajta Moore-törvény irányzat, amely szerint az új anyagok jelentik az ökológia terén elért haladás mozgatórugóját. Nehéz feladat vár ránk, mert városi lakosság században nagyon rövid idő alatt 2 milliárdról 6 milliárdra emelkedett. Az emberek városokba költöznek. Mindenkinek szüksége van tiszta vízre, energiára, közlekedési eszközökre, mi pedig zöld út mentén szeretnénk városokat fejleszteni. Az ipari ágazatok meglehetősen hatékonyak. Javítottunk az energia- és erőforrás-hatékonyság terén, de a fogyasztói szektor, különösen Amerikában, nagyon nem hatékony. Az új anyagok olyan hihetetlen innovációt hoznak, hogy alapos okunk van remélni, hogy elég jövedelmezőek lesznek ahhoz, hogy piacra kerüljenek. Konkrét példát szeretnék mondani egy új anyagra, amelyet 15 évvel ezelőtt fedeztek fel. Ezek szén nanocsövek, amelyeket Iijima 1991-ben fedezett fel, és hihetetlen tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezeket a dolgokat fedezzük fel, amikor elkezdjük a nanoszintű tervezést. Erősségük abban rejlik, hogy gyakorlatilag ez a legerősebb anyag, a nyúlásnak leginkább ellenálló ismert anyag. Nagyon-nagyon merevek és nagyon kevés a nyúlásuk. Két dimenzióban például, ha szövetből készülnek, akkor az 30-szor erősebb lesz, mint a kevlár. És ha egy háromdimenziós szerkezetet készít, mint egy buckyball, akkor annak hihetetlen tulajdonságai lesznek. Ha részecskékkel bombázod és kilyukasztod, megjavítja magát, gyorsan, femtomásodperceken belül megjavítja, ami nem .. nagyon gyorsan. (Nevetés) Ha meggyújtod, áramot termel. A fotóvaku meggyulladhat. Felvillanyozva fényt bocsát ki. Ezerszer több áramot lehet átengedni rajta, mint egy fémdarabon. P- és n-típusú félvezetőket is lehet belőlük készíteni, ami azt jelenti, hogy tranzisztorok is készülhetnek belőlük. Hosszában vezetik a hőt, de keresztben nem - vastagságról itt nem beszélhetünk, csak keresztirányról -, ha egymásra rakjuk; ez is a szénszál tulajdonsága. Ha részecskéket teszel beléjük és kilövik őket, miniatűr lineáris gyorsítóként vagy elektronágyúként működnek. A nanocső belseje olyan kicsi – a legkisebb 0,7 nm-es –, hogy lényegében már kvantumvilág. Ez a furcsa tér a nanocső belsejében van. Kezdjük tehát megérteni, és már vannak üzleti tervek is, azokat a dolgokat, amelyekről Lisa Randel beszél. Volt egy üzleti tervem, amelyben megpróbáltam többet megtudni a kozmikus mérések Witten-sorairól, hogy megpróbáljam megérteni, mi történik a javasolt nanoanyagban. Tehát már tényleg a határon vagyunk a nanocső belsejében. Vagyis azt látjuk, hogy ezekből és más új anyagokból is lehet különböző tulajdonságú dolgokat - könnyű és erős - létrehozni, és ezeket az új anyagokat felhasználni környezeti problémák megoldására. Új anyagok, amelyek vizet hozhatnak létre, új anyagok, amelyek javíthatják az üzemanyagcellák működését, új anyagok, amelyek katalizálják a szennyezést csökkentő kémiai reakciókat. környezet stb. Etanol – az etanol előállításának új módjai. Az elektromos közlekedés építésének új módjai. Zöld álmodozás -- mert előnyös lehet. És befektettünk -- nemrégiben alapítottunk egy új alapot, 100 millió dollárt fektettünk be ilyen befektetésekbe. Hiszünk abban, hogy a Genentech, a Compaq, a Lotus, a Sun, a Netscape, az Amazon és a Google meg fog jelenni ezeken a területeken, mert ez az anyagforradalom előmozdítja a fejlődést. A harmadik terület, amelyen dolgozunk, és amelyet éppen a múlt héten jelentettünk be New Yorkban. Létrehoztunk egy 200 millió dolláros speciális alapot a járványok elleni biológiai biztonság fejlesztésére. És hogy ötletet adjak, a Kleiner által legutóbb alapított alap értéke 400 millió dollár, tehát ez egy nagyon jelentős alap számára. Amit az elmúlt hónapokban tettünk – néhány hónappal ezelőtt Ray Kurzweil és én írtunk egy publikált cikket a The New York Times-ban arról, hogy milyen veszélyes volt az 1918-as influenza genomjának közzététele. John Derr, Brooke és mások aggódni kezdtek emiatt [nem világos], és elkezdtük tanulmányozni, hogyan készül a világ egy járványra. Sok hiányosságot láttunk. Kíváncsiak voltunk, hogy lehet-e találni olyan újításokat, amelyek pótolják ezeket a hiányosságokat? És Brooks a félidőben azt mondta, hogy annyi mindent talált, annyi izgalmat, hogy nem tud aludni, annyi nagyszerű technológiát, hogy csak bele tudunk ásni. Tudod, szükségünk van rájuk. Egy vírusellenes szer van tartalékban; azt mondják, még mindig működik. Ez a Tamiflu. A Tamiflu vírus azonban ellenálló. Ellenálló a Tamiflu-val szemben. Az AIDS-szel kapcsolatos tapasztalatok alapján azt látjuk, hogy a koktélok jól hatnak, vagyis a vírusrezisztenciához több gyógyszer is szükséges. Ezt mélyebben kell kutatni. Olyan csoportokra van szükségünk, amelyek kitalálják, mi történik. Gyors diagnosztikára van szükségünk ahhoz, hogy azonosítani tudjuk a nemrégiben felfedezett influenzatörzset. Gyorsan gyors diagnosztikát kell tudnia végezni. Új vírusellenes gyógyszerekre és koktélokra van szükségünk. Új típusú oltóanyagokra van szükségünk. Széles spektrumú vakcinák. Gyorsan előállítható vakcinák. Koktélok, erősebb vakcinák. A hagyományos vakcina 3 lehetséges törzs ellen hat. Nem tudjuk, melyik aktív. Úgy gondoljuk, hogy ha be tudnánk pótolni ezt a 10 hiányosságot, akkor valóban csökkenthetnénk a világjárvány kockázatát. A normál szezonális influenza és a világjárvány aránya 1:1000 halálozásokés persze a gazdaságra gyakorolt ​​hatása óriási. Szóval nagyon izgatottak vagyunk, mert úgy gondoljuk, hogy 10 projektet finanszírozhatunk, vagy legalább 10 projektet felgyorsíthatunk, és a következő néhány évben piacra kerülhetnek. Így ha a technológia segítségével tudunk segíteni a problémák megoldásában oktatás , környezetvédelem, a világjárványok elleni küzdelemben, ez megoldja a nagyobb problémát, amelyet a Wired magazinban tárgyaltam? Attól tartok, a válasz valóban nem, mert a technológiamenedzsment problémát nem lehet ugyanazzal a technológiával megoldani. Ha a korlátlan teljesítményt szabadon hagyjuk, akkor azt nagyon kevés ember tudja majd használni saját céljaira. Nem lehet harcolni, ha az esély millió az egyhez. Hatékonyabb törvényekre van szükségünk. Például, amit tehetünk, ami még nincs benne a politikai levegőben, de talán adminisztrációváltással igen, az a piacok kihasználása. A piacok nagyon erős erőt képviselnek. Például ahelyett, hogy megpróbálnánk szabályozni a problémákat, ami valószínűleg nem fog működni, ha egy katasztrófa költségeit bele tudnánk tenni az üzletvitel költségeibe, hogy a nagy kockázatú üzletágban dolgozók fedezetet tudjunk teremteni ellene. kockázat. Például használhatja ezt egy gyógyszer forgalmazására. Nem kell jóváhagynia a szabályozó testületeknek; de meg kell győznie a biztosítót, hogy biztonságos. Ha pedig nagyobb léptékben alkalmazza a biztosítás fogalmát, akkor egy erősebb erőt, a piac erejét használhatja fel a visszacsatoláshoz. Hogyan lehet érvényesíteni az ilyen jogszabályokat? Szerintem támogatni kell egy ilyen jogszabályt. Az embereket felelősségre kell vonni. A törvény megköveteli az elszámoltatást. A mai napig a tudósok, technológusok, üzletemberek, mérnökök személyesen nem felelősek tetteik következményeiért. Ha tesz valamit, azt a törvénynek megfelelően kell megtennie. És végül úgy gondolom, hogy el kellene kezdenünk a jövő tervezését – szinte lehetetlen megmondani. A jövőt nem választhatjuk meg, de irányát megváltoztathatjuk. Az influenzajárvány megelőzésére irányuló befektetésünk befolyásolja a lehetséges kimenetelek megoszlását. Lehet, hogy nem tudjuk megállítani a járványt, de kevésbé valószínű, hogy nem érint bennünket, ha erre a kérdésre összpontosítunk. Így úgy tervezhetjük meg a jövőt, hogy megválasztjuk, hogy mi történjen, és megakadályozzuk azt, amit nem akarunk, és a fejlődést egy kisebb kockázattal járó helyre irányítjuk. Gore alelnök arról fog beszélni, hogyan irányíthatjuk az éghajlati pályát egy olyan területre, ahol alacsony a katasztrófa valószínűsége. De a legfontosabb, amit tennünk kell, hogy segítenünk kell a jófiúkat, a védekező embereket, hogy előnyhöz jussanak azokkal szemben, akik ki tudják használni a helyzetet. És azt kell tennünk, hogy korlátozzuk a hozzáférést bizonyos információkhoz. Tekintettel az értékekre, amelyek mellett felnőttünk, nehéz elfogadni azt a nagy értéket, amelyet a szólásszabadságnak tulajdonítunk – mindannyiunk számára nehéz elfogadni. Ez különösen nehéz azoknak a tudósoknak, akik emlékeznek arra az üldöztetésre, aminek Galilei ki volt téve, de még mindig az egyház ellen harcolt. De ez a civilizáció ára. A törvény megőrzésének ára a korlátlan hatalomhoz való hozzáférés korlátozása. Köszönöm a figyelmet. (Taps)

A felfedezés története

Fullerének a természetben

Laboratóriumi körülmények között kinyert szénmolekulákat találtak néhány észak-karéliai shungitmintában az USA-ból és Indiából származó fulguritokban, meteoritokban és fenéküledékekben, amelyek életkora eléri a 65 millió évet.

Fulleréneket nagy mennyiségben találtak az űrben is: 2010-ben gáz, 2012-ben szilárd formában.

Szerkezeti tulajdonságok

A szén molekuláris képződése csonka ikozaéder formájában 720 amu tömegű. e.m. A fullerén molekulákban a szénatomok a hatszögek és ötszögek csúcsaiban helyezkednek el, amelyek egy gömb vagy ellipszoid felületét alkotják. A fullerén család legszimmetrikusabb és legteljesebben tanulmányozott képviselője a fullerén (C 60), amelyben a szénatomok 20 hatszögből és 12 ötszögből álló csonka ikozaédert alkotnak, amely futballlabdára emlékeztet (ideális formaként rendkívül ritka a természetben). . Mivel a fullerén C 60 minden szénatomja egyidejűleg két hatszöghez és egy ötszöghöz tartozik, a C 60 minden atomja ekvivalens, amit a 13 C izotóp mágneses magrezonancia (NMR) spektruma is megerősít - csak egy vonalat tartalmaz. Azonban nem minden C-C kötés azonos hosszúságú. A C=C kötés, amely két hatszög közös oldala, 1,39 Å, a C-C kötés pedig, amely egy hatszög és egy ötszög közös oldala, hosszabb és egyenlő 1,44 Å. Ezenkívül az első típusú kötés kettős, a második pedig egyszeres, ami elengedhetetlen a C 60 fullerén kémiájához. Valójában a nagy mennyiségben nyert fullerének tulajdonságainak vizsgálata megmutatja objektív tulajdonságaik (kémiai és szorpciós aktivitás) megoszlását 4 stabil fullerén izomerre, amelyet szabadon határoznak meg a nagyfelbontású folyadékkromatográf szorpciós oszlopából való eltérő kilépési idők. . Ebben az esetben mind a 4 izomer atomtömege egyenértékű - tömege 720 amu. eszik.

A következő legelterjedtebb a C 70 fullerén, amely abban különbözik a C 60 fulleréntől, hogy a C 60 egyenlítői régióba 10 szénatomos övet szúrnak be, aminek következtében a 34 molekula megnyúlik, és alakjában egy rögbi labdára hasonlít. .

Úgy hívják magasabb fullerének, amelyek több szénatomot (legfeljebb 400-at) tartalmaznak, sokkal kisebb mennyiségben keletkeznek, és gyakran meglehetősen összetett izomer összetételűek. A legtöbbet vizsgált magasabb fullerének közül kiemelhető a C n , n=74, 76, 78, 80, 82 és 84.

Szintézis

Az első fulleréneket szilárd grafitminták lézeres besugárzásával nyert kondenzált grafitgőzökből izolálták. Valójában az anyag nyomai voltak. A következő fontos lépést 1990-ben tették meg W. Kretchmer, Lamb, D. Huffman és mások, akik kidolgoztak egy módszert grammos fullerének előállítására grafitelektródák elektromos ívben történő égetésével hélium atmoszférában alacsony nyomáson. Az anóderózió során bizonyos mennyiségű fulleréneket tartalmazó korom ülepedt a kamra falára. A kormot benzolban vagy toluolban oldják, és a kapott oldatból gramm mennyiségű C 60 és C 70 molekulákat izolálnak tiszta formában 3:1 arányban, és körülbelül 2% nehezebb fulleréneket. Ezt követően sikerült megtalálni optimális paraméterek elektród párologtatás (nyomás, légköri összetétel, áram, elektródátmérő), melynél a fullerének legnagyobb hozama érhető el, átlagosan az anódanyag 3-12%-a, ami végső soron meghatározza a fullerének magas költségét.

Eleinte a kísérletezők minden próbálkozása, hogy olcsóbb és termelékenyebb módszereket találjanak grammos fullerének előállítására (szénhidrogének lángban égetése, kémiai szintézis stb.), nem vezetett sikerre, és az „íves” módszer maradt a legtermékenyebb. hosszú ideig (a termelékenység körülbelül 1 g / óra) . Ezt követően a Mitsubishinek sikerült létrehoznia a fullerének ipari előállítását szénhidrogének elégetésével, de az ilyen fullerének oxigént tartalmaznak, ezért az íves módszer továbbra is az egyetlen alkalmas módszer a tiszta fullerének előállítására.

Az ívben a fullerén képződésének mechanizmusa továbbra is tisztázatlan, mivel az ívégési tartományban végbemenő folyamatok termodinamikailag instabilak, ami nagymértékben megnehezíti az elméleti mérlegelést. Megcáfolhatatlanul csak azt állapították meg, hogy a fullerén egyes szénatomokból (vagy C2-fragmensekből) áll össze. A bizonyításhoz anódelektródaként nagytisztaságú 13 C-os grafitot használtunk, a másik elektródát közönséges 12 C-os grafitból készítették, a fullerének kivonása után NMR-vizsgálattal kimutatták, hogy a 12 C és 13 C atomok véletlenszerűen helyezkednek el a fullerén felület. Ez azt jelzi, hogy a grafitanyag egyes atomokká vagy atomi szintű töredékekké bomlik, majd ezek fullerén molekulává alakulnak. Ez a körülmény szükségessé tette annak a vizuális képnek a feladását, amely a fullerének képződését az atomi grafitrétegek zárt gömbökké való gyűrődése során eredményezi.

A fullerének előállítására szolgáló létesítmények számának viszonylag gyors növekedése és a tisztítási módszerek javítására irányuló folyamatos munka a C 60 költségének jelentős csökkenéséhez vezetett az elmúlt 17 évben - 10 ezerről 10-15 dollárra. grammonként, ami a valós ipari felhasználás határáig juttatta őket.

Sajnos a Huffman-Kretchmer (HK) módszer optimalizálása ellenére a fullerének hozamát az égetett grafit össztömegének 10-20%-ánál nagyobb mértékben nem lehet növelni. A kezdeti termék, a grafit viszonylag magas költsége miatt ennek a módszernek alapvető korlátai vannak. Sok kutató úgy véli, hogy az XC módszerrel nyert fullerének árát nem lehet grammonként néhány dollár alá csökkenteni. Ezért számos kutatócsoport erőfeszítései arra irányulnak, hogy alternatív módszereket találjanak fullerének előállítására. A legnagyobb sikert ezen a területen a Mitsubishi cég érte el, amely szénhidrogének lángban égetésével sikerült megvalósítani a fullerének ipari előállítását. Az ilyen fullerének ára körülbelül 5 USD/gramm (2005), ami nincs hatással az elektromos ív fullerének költségeire.

Megjegyzendő, hogy a fullerének magas költségét nemcsak a grafitégetés során elért alacsony hozamuk határozza meg, hanem a különböző tömegű fullerének elkülönítésének, tisztításának és a koromtól való elkülönítésének nehézsége is. A szokásos megközelítés a következő: a grafit elégetésével nyert kormot toluollal vagy más szerves oldószerrel (a fullerének hatékony oldására képes) összekeverik, majd a keveréket szűrik vagy centrifugálják, és a maradék oldatot bepárolják. Az oldószer eltávolítása után sötét, finomkristályos csapadék marad vissza - fullerének keveréke, amelyet általában fulleritnek neveznek. A fullerit összetétele különféle kristályos képződményeket tartalmaz: a C 60 és C 70 molekulákból álló kis kristályok, valamint a C 60 / C 70 kristályok szilárd oldatok. Ezenkívül a fullerit mindig tartalmaz kis mennyiségű magasabb fulleréneket (legfeljebb 3%). A fullerének elegyének szétválasztását egyedi molekulafrakciókra oszlopkromatográfiával és folyadékkromatográfiával végezzük. magas nyomású(HPLC). Ez utóbbit elsősorban az izolált fullerének tisztaságának elemzésére használják, mivel a HPLC módszer analitikai érzékenysége nagyon magas (akár 0,01%). Végül az utolsó lépés az oldószer maradékok eltávolítása a szilárd fullerén mintából. Ezt úgy hajtják végre, hogy a mintát 150-250 °C hőmérsékleten tartják dinamikus vákuumkörülmények között (kb. 0,1 Torr).

Fizikai tulajdonságok és alkalmazott érték

Fulleriták

A fullerén molekulákból álló kondenzált rendszereket fulleriteknek nevezzük. A legtöbbet tanulmányozott ilyen rendszer a C 60 kristály, kevésbé - a kristályos C 70 rendszer. A magasabb fullerének kristályainak vizsgálatát előállításuk bonyolultsága nehezíti.

A fullerénmolekulában lévő szénatomok σ- és π-kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz, míg a kristályban az egyes fullerénmolekulák között nincs kémiai kötés (a szó szokásos értelmében). Ezért egy kondenzált rendszerben az egyes molekulák megőrzik egyéniségüket (ami fontos, ha figyelembe vesszük a kristály elektronszerkezetét). A molekulákat  van der Waals erők tartják a kristályban, ami nagymértékben meghatározza a szilárd C 60 makroszkopikus tulajdonságait.

Szobahőmérsékleten a C 60 kristály felületközpontú köbös (fcc) rácsával rendelkezik, amelynek állandója 1,415 nm, de a hőmérséklet csökkenésével elsőrendű fázisátalakulás következik be (T cr ≈ 260), és a C 60 kristály megváltozik. szerkezetét egyszerű köbösre (rácsállandó 1,411 nm). T > Tcr hőmérsékleten a C 60 molekulák véletlenszerűen forognak egyensúlyi középpontjuk körül, és amikor ez egy kritikus hőmérsékletre csökken, a két forgástengely megfagy. A forgások teljes lefagyása 165 K-en történik. A munka során részletesen tanulmányoztuk a C 70 kristályszerkezetét szobahőmérséklet nagyságrendű hőmérsékleten. Amint ennek a munkának az eredményeiből következik, az ilyen típusú kristályoknak testközpontú (bcc) rácsuk van, amelyben a hatszögletű fázis kis keveréke van.

Nemlineáris optikai tulajdonságok

A fullerének elektronszerkezetének elemzése kimutatja a π-elektron rendszerek jelenlétét, amelyeknél nagy a nemlineáris szuszceptibilitás értéke. A fullerének valóban nemlineáris optikai tulajdonságokkal rendelkeznek. A C 60 molekula nagy szimmetriája miatt azonban a második harmonikus generálás csak akkor lehetséges, ha aszimmetriát viszünk be a rendszerbe (például külső elektromos tér hatására). Gyakorlati szempontból vonzó a nagy sebesség (~250 ps), amely a második felharmonikus generáció elnyomását határozza meg. Ezenkívül a C 60 fullerének képesek a harmadik harmonikus létrehozására is.

A fullerének és mindenekelőtt a C 60 felhasználásának másik lehetséges területe az optikai redőnyök. Kísérletileg kimutatták ennek az anyagnak a lehetőségét 532 nm hullámhosszon. A rövid válaszidő lehetővé teszi fullerének lézersugárzás-korlátozóként és Q-kapcsolóként történő használatát. Számos ok miatt azonban a fullerének itt nehezen vehetik fel a versenyt a hagyományos anyagokkal. A magas költségek, a fullerének poharakban való diszpergálásának nehézségei, a levegőben történő gyors oxidáció képessége, a nem-lineáris érzékenység nem rekord együtthatói és az optikai sugárzás korlátozásának magas küszöbértéke (szemvédelemre nem alkalmas) komoly nehézségeket okoz a versengő anyagok elleni küzdelemben. .

Kvantummechanika és fullerén

Hidratált fullerén (HyFn); (C 60 (H 2 O) n)

A hidratált C 60 - C 60 HyFn fullerén egy erős, hidrofil szupramolekuláris komplex, amely az első hidratációs héjba zárt C 60 fullerén molekulából áll, amely 24 vízmolekulát tartalmaz: C 60 @(H 2 O) 24 . A hidratációs héj a víz oxigénmolekuláiból álló magányos elektronpárok donor-akceptor kölcsönhatása következtében jön létre a fullerén felületén lévő elektron-akceptor központokkal. Ugyanakkor a fullerén felszín közelében elhelyezkedő vízmolekulákat hidrogénkötések térfogati hálózata köti össze. A C 60 HyFn mérete 1,6-1,8 nm-nek felel meg. Jelenleg a vízben C 60 HyFn formájában képződött C 60 maximális koncentrációja 4 mg/ml-nek felel meg. [ ellenőrizze a linket] C 60 HyFn vizes oldatának fényképe, C 60 koncentrációja 0,22 mg/ml a jobb oldalon.

Fullerén, mint anyag a félvezető technológiához

A fullerén molekulakristály ~1,5 eV sávszélességű félvezető, és tulajdonságai nagymértékben hasonlóak a többi félvezetőéhez. Ezért számos tanulmány foglalkozott a fullerének új anyagként való felhasználásával hagyományos elektronikai alkalmazásokban: dióda, tranzisztor, fotocella stb. Itt a hagyományos szilíciummal szembeni előnyük a rövid fotoválaszidő (egységek ns). Az oxigénnek a fullerén fóliák vezetőképességére gyakorolt ​​hatása azonban jelentős hátránynak bizonyult, és ennek következtében felmerült az igény védőbevonatokra. Ebben az értelemben ígéretesebb a fullerén molekula független nanoméretű eszközként és különösen erősítő elemként történő alkalmazása.

Fullerén, mint fotoreziszt

Látható (> 2 eV), ultraibolya és rövidebb hullámhosszú sugárzás hatására a fullerének polimerizálódnak, és ebben a formában szerves oldószerek nem oldják fel. A fullerén fotoreziszt alkalmazásának szemléltetésére példát hozhatunk a szubmikronos felbontás (≈20 nm) elérésére szilícium elektronsugárral történő maratásával, polimerizált C 60 film maszk használatával.

Fullerén adalékok a gyémántfilmek növekedéséhez CVD-módszerrel

Egy másik érdekes lehetőség praktikus alkalmazás fullerén adalékanyagok alkalmazása gyémántfilmek CVD-módszerrel (Chemical Vapor Deposition) végzett növesztése során. A fullerének gázfázisba bevitele két szempontból hatásos: a gyémánt magok képződési sebességének növekedése a hordozón és az építőelemek gázfázisból a szubsztrátumba való ellátása. A C 2 töredékei építőelemként működnek, amely alkalmas anyagnak bizonyult a gyémántfilm növekedéséhez. Kísérletileg kimutatták, hogy a gyémántfilmek növekedési sebessége eléri a 0,6 μm/h-t, ami 5-ször nagyobb, mint fullerének alkalmazása nélkül. A gyémántok és más félvezetők közötti valódi versenyhez a mikroelektronikában ki kell dolgozni egy módszert a gyémántfilmek heteroepitaxiájára, de az egykristályos filmek növekedése nem gyémánt hordozókon továbbra is megoldhatatlan probléma. A probléma megoldásának egyik lehetséges módja egy fullerén pufferréteg alkalmazása a hordozó és a gyémántfilm között. Az ilyen irányú kutatások előfeltétele a fullerének jó tapadása a legtöbb anyaghoz. Ezek a rendelkezések különösen fontosak a gyémántokkal kapcsolatos intenzív kutatások kapcsán, amelyek a következő generációs mikroelektronikában való felhasználásukat célozzák. Nagy teljesítmény (nagy telített sodródási sebesség); Az ismert anyagok közül a legmagasabb hővezető képesség és vegyszerállóság a gyémántot ígéretes anyaggá teszi a következő generációs elektronika számára.

Szupravezető vegyületek C 60 tartalommal

A fullerének molekuláris kristályai félvezetők, azonban 1991 elején azt találták, hogy a szilárd C 60 adalékolása kis mennyiségű alkálifémmel fémes vezetőképességű anyag képződéséhez vezet, amely alacsony hőmérsékleten szupravezetővé megy át. A 60-as adalékolást úgy állítják elő, hogy a kristályokat több száz Celsius fokos hőmérsékleten fémgőzzel kezelik. Ebben az esetben X 3 C 60 típusú szerkezet képződik (X egy alkálifém atom). A kálium volt az első fém, amelyet interkaláltak. A K 3 C 60 vegyület szupravezető állapotba való átmenete 19 K hőmérsékleten megy végbe. Ez rekordérték a molekuláris szupravezetők esetében. Hamar kiderült, hogy sok alkálifém atomokkal adalékolt fullerit X 3 C 60 vagy XY 2 C 60 arányban (X, Y alkálifém atomok) rendelkezik szupravezető képességgel. Az ilyen típusú magas hőmérsékletű szupravezetők (HTSC) között a rekorder az RbCs 2 C 60 volt - ennek T cr =33 K.

A fullerén korom kis adalékainak hatása a PTFE súrlódás- és kopásgátló tulajdonságaira

Megjegyzendő, hogy a fullerén C 60 jelenléte az ásványi kenőanyagokban 100 nm vastag fullerén-polimer védőréteg kialakulását indítja el az ellentestek felületén. A kialakult film véd a termikus és oxidatív lebomlás ellen, 3-8-szorosára növeli a súrlódó egységek élettartamát vészhelyzetekben, a kenőanyagok hőstabilitását 400-500 °C-ig, a súrlódó egységek teherbírását pedig 2-3-szorosára növeli, 1 , 5-2-szeresére bővíti a súrlódó egységek üzemi nyomástartományát, csökkenti a számlálótestek bejáratási idejét.

Egyéb alkalmazások

További érdekes alkalmazások közé tartoznak az akkumulátorok és az elektromos elemek, amelyekben ilyen vagy olyan módon fullerén adalékanyagokat használnak. Ezek az akkumulátorok interkalált fulleréneket tartalmazó lítium-katódokon alapulnak. A fullerének adalékanyagként is használhatók mesterséges gyémántok nagynyomású eljárással történő előállításához. Ebben az esetben a gyémántok hozama ≈30%-kal nő.

Ezenkívül a fullerének adalékanyagként is alkalmazhatók duzzadó (duzzadó) tűzálló festékekben. A fullerének bejuttatása miatt a festék tűz során a hőmérséklet hatására megduzzad, meglehetősen sűrű habkokszos réteg képződik, amely többszörösen növeli a melegítési időt a védett szerkezetek kritikus hőmérsékletére.

A fulleréneket és különféle kémiai származékaikat polikonjugált félvezető polimerekkel kombinálva használják napelemek gyártásához.

Kémiai tulajdonságok

A fullerének annak ellenére, hogy hiányoznak a helyettesíthető hidrogénatomok, mint a hagyományos aromás vegyületek esetében, különféle kémiai módszerekkel funkcionalizálhatók. Például sikeresen alkalmaztak olyan reakciókat fullerének funkcionalizálására, mint a Diels-Alder reakció, a Prato-reakció és a Bingel-reakció. A fullerének hidrogénezhetők is, hogy C 60 H 2 - C 60 H 50 termékeket képezzenek.

orvosi jelentősége

Antioxidánsok

A fullerének a ma ismert legerősebb antioxidánsok. Átlagosan 100-1000-szeresen haladják meg az általuk ismert összes antioxidáns hatását. Feltételezik, hogy éppen emiatt képesek jelentősen meghosszabbítani átlagos időtartama patkányélet

A fullerének felfedezését - a Föld egyik leggyakoribb elemének, a szénnek az új létezési formáját - a 20. század egyik legcsodálatosabb és legfontosabb felfedezéseként ismerik el. A szénatomok régóta ismert egyedülálló képessége ellenére, hogy összetett, gyakran elágazó és terjedelmes molekulaszerkezetekké kötődjenek, amely minden szerves kémia alapja, a tényleges lehetőség, hogy egyetlen szénatomból stabil vázmolekulákat képezzenek, váratlannak bizonyult. 1985-ben történt kísérleti megerősítés, hogy a természetben természetesen előforduló folyamatok során ilyen típusú, legalább 60 atomból álló molekulák keletkezhetnek. És jóval korábban néhány szerző feltételezte a zárt széngömbbel rendelkező molekulák stabilitását. Ezek a feltételezések azonban tisztán spekulatívak, pusztán elméletiek voltak. Meglehetősen nehéz volt elképzelni, hogy ilyen vegyületeket kémiai szintézissel elő lehet állítani. Ezért ezek a munkák észrevétlenek maradtak, és csak utólag, a fullerének kísérleti felfedezése után figyeltek rájuk. Új szakasz kezdődött 1990-ben, amikor is találtak egy módszert új vegyületek grammos mennyiségben történő előállítására, és egy módszert írtak le a fullerének tiszta formában történő izolálására. Nem sokkal ezután meghatározták az ismert fullerének közül a legkönnyebben képződő C 60 fullerén legfontosabb szerkezeti és fizikai-kémiai jellemzőit. Felfedezésükért - a C 60 és C 70 összetételű szénklaszterek felfedezéséért - R. Kerl, R. Smalley és G. Kroto 1996-ban kémiai Nobel-díjat kapott. Javasolták a fullerén C 60 szerkezetét is, amelyet minden futballrajongó ismer.

Mint tudják, egy futballlabda héja 12 ötszögből és 20 hatszögből áll. Elméletileg 12 500 kettős és egyszeres kötés elrendezése lehetséges. A legstabilabb izomer (az ábrán látható) csonka ikozaéder szerkezetű, amelyből hiányoznak a kettős kötések az ötszögekben. Ez a C 60 izomer a "Buckminsterfullerene" nevet kapta a híres építész, R. Buckminster Fuller tiszteletére, aki olyan szerkezeteket hozott létre, amelyek kupolás kerete ötszögekből és hatszögekből épül fel. Hamarosan egy olyan szerkezetet javasoltak a C 70-hez, amely egy rögbilabdára emlékeztet (hosszas alakú).

A szénvázban a C atomokat sp 2 hibridizáció jellemzi, minden szénatom három szomszédos atomhoz kapcsolódik. A 4-es vegyérték az egyes szénatomok és az egyik szomszédja közötti p-kötéseken keresztül valósul meg. Természetesen feltételezzük, hogy a p-kötések delokalizálhatók, mint az aromás vegyületekben. Ilyen struktúrák n≥20-ra építhetők bármilyen páros klaszterre. Tartalmazniuk kell 12 ötszöget és (n-20)/2 hatszöget. Az elméletileg lehetséges C 20 fullerének közül a legalacsonyabb nem más, mint egy dodekaéder – egyike az öt szabályos poliédernek, amelyben 12 ötszögletű lap van, és egyáltalán nincs hatszögletű lap. Egy ilyen alakú molekula rendkívül megfeszített szerkezetű lenne, ezért létezése energetikailag kedvezőtlen.

Így stabilitás szempontjából a fullerének két típusra oszthatók. A köztük lévő szegély lehetővé teszi az ún. az izolált ötszögek szabálya (Isolated Pentagon Rule, IPR). Ez a szabály kimondja, hogy a legstabilabb fullerének azok, amelyekben egyetlen ötszögpárnak sincs szomszédos éle. Más szóval, az ötszögek nem érintik egymást, és minden ötszöget öt hatszög vesz körül. Ha a fullerének az n szénatomok számának növekedése szerint vannak elrendezve, akkor a Buckminsterfullerene - C 60 az első olyan képviselő, amely megfelel az izolált ötszögek szabályának, és a C 70 a második. Az n>70-es fullerénmolekulák között mindig van IPR-nek alávetett izomer, és az ilyen izomerek száma az atomok számával gyorsan növekszik. 5 izomert találtunk a C 78-hoz, 24-et a C84-hez és 40-et a C90-hez. Azok az izomerek, amelyeknek szerkezetükben szomszédos ötszögek vannak, lényegesen kevésbé stabilak.

Fullerének kémiája

Jelenleg a tudományos kutatások túlnyomó része a fullerének kémiájához kapcsolódik. Több mint 3 ezer új vegyületet szintetizáltak már fullerének alapján. A fullerének kémiájának ilyen gyors fejlődése e molekula szerkezeti jellemzőivel és jelenlétével függ össze. egy nagy szám kettős konjugált kötések zárt széngömbön. A fullerén számos ismert anyagosztály képviselőjével való kombinációja lehetőséget teremtett a szintetikus vegyészek számára, hogy e vegyület számos származékát előállítsák.

A benzollal ellentétben hol hossza C-C A kötések azonosak, a fullerénekben "kettős" és "egyszeri" jellegű kötések különböztethetők meg, és a kémikusok gyakran elektronhiányos poliénrendszernek tekintik a fulleréneket, nem pedig aromás molekuláknak. Ha a С60-ra fordulunk, akkor kétféle kötés található benne: rövidebb (1,39 Å) kötések a szomszédos hatszöglapok közös élei mentén, és hosszabb (1,45 Å) kötések, amelyek ötszögletű és hatszögletű lapok közös élei mentén helyezkednek el. Ugyanakkor sem a hattagú, sem pedig még inkább az öttagú gyűrűk nem mutatnak aromás tulajdonságokat abban az értelemben, ahogyan azt a benzol vagy más sík konjugált molekulák mutatják, amelyek megfelelnek Hückel szabályának. Ezért a C 60 rövidebb kötéseit általában kettősnek, míg a hosszabbakat egyszeresnek tekintjük. A fullerének egyik legfontosabb tulajdonsága, hogy szokatlanul sok ekvivalens reakciócentrummal rendelkeznek, ami gyakran a reakciótermékek komplex izomer összetételéhez vezet részvételükkel. Ennek eredményeként a fullerénekkel végzett legtöbb kémiai reakció nem szelektív, és az egyes vegyületek szintézise nagyon nehéz.

A szervetlen fullerén-származékok előállítására szolgáló reakciók közül a legfontosabbak a halogénezési eljárások és a legegyszerűbb halogénszármazékok előállítása, valamint a hidrogénezési reakciók. Így ezek a reakciók az elsők között voltak, amelyeket fullerén C 60-nal hajtottak végre 1991-ben. Tekintsük a főbb reakciótípusokat, amelyek ezeknek a vegyületeknek a kialakulásához vezettek.

Közvetlenül a fullerének felfedezése után nagy érdeklődést váltott ki a lehetőség, hogy hidrogénezzék őket "fulleránok" képződésével. Kezdetben lehetségesnek tűnt hatvan hidrogénatom hozzáadása a fullerénhez. Ezt követően az elméleti vizsgálatok során kimutatták, hogy a C 60 H 60 molekulában a hidrogénatomok egy részének a fullerén szférán belül kell lennie, mivel a hattagú gyűrűknek a ciklohexán molekulákhoz hasonlóan a „széket” vagy „fürdőt” kell foglalniuk. konformációk. Ezért a jelenleg ismert polihidrofullerén molekulák 2-36 hidrogénatomot tartalmaznak a fullerén C 60 esetében és 2-8 hidrogénatomot a fullerén C 70 esetében.

A fullerének fluorozása során a C 60 F n vegyületek teljes halmazát találták, ahol n páros értéket vesz fel 60-ig. Az 50-60 n értékű fluorszármazékokat perfluoridoknak nevezik, és tömegspektroszkópiával a fluorozási termékek között találták őket. rendkívül alacsony koncentrációban. Vannak hiperfluoridok is, azaz C 60 F n , n>60 összetételű termékek, ahol a fullerén szénketrec részben tönkremegy. Feltételezhető, hogy ez a perfluoridokban is megtörténik. A különféle összetételű fullerén-fluoridok szintézisének kérdései független, legérdekesebb probléma, amelynek tanulmányozását a Moszkvai Állami Egyetem Kémiai Karán vizsgálják a legaktívabban. M.V. Lomonoszov.

A fullerének különböző körülmények között történő klórozási folyamatainak aktív tanulmányozása már 1991-ben megkezdődött. A szerzők az első munkákban klór és fullerén különböző oldószerekben történő reagáltatásával próbáltak C 60 kloridokat előállítani. Napjainkig számos C 60 és C 70 fullerén-kloridot izoláltak és jellemeztek, amelyeket különféle klórozószerek alkalmazásával állítottak elő.

Az első kísérletek fullerén brómozására már 1991-ben történtek. A 20 és 50 o C-on tiszta brómba helyezett fullerén C 60 fullerén molekulánként 2-4 bróm atom hozzáadásának megfelelő értékkel növelte a tömeget. A brómozás további vizsgálatai kimutatták, hogy a C 60 fullerén és a molekuláris bróm több napon át tartó kölcsönhatása élénk narancssárga színű anyagot eredményez, amelynek elemanalízissel meghatározott összetétele C 60 Br 28 volt. Ezt követően a fullerének számos bróm-származékát szintetizálták, amelyek a molekulában lévő brómatomok számának széles tartományában különböznek egymástól. Sokukra jellemző a klatrátok képződése szabad brómmolekulák bevonásával.

A perfluor-alkil-származékok, különösen a fullerének trifluor-metilezett származékai iránti érdeklődés elsősorban ezeknek a vegyületeknek a várható kinetikai stabilitásához kapcsolódik, összehasonlítva a fullerének nukleofil S N 2'-szubsztitúciós reakcióira hajlamos halogénszármazékaival. Ezenkívül a perfluor-alkil-fullerének nagy elektronaffinitással rendelkező vegyületek lehetnek a perfluor-alkil-csoportok akceptor tulajdonságai miatt, amelyek még erősebbek, mint a fluoratomok. A mai napig a C 60/70 (CF 3) n, n=2-20 összetételű izolált és jellemzett egyedi vegyületek száma meghaladja a 30-at, és intenzív munka folyik a fullerénszféra számos más fluortartalmú csoport általi módosítására. CF 2, C 2 F 5, C 3 F 7 .

A fullerén biológiailag aktív származékainak létrehozása, amelyek a biológiában és az orvostudományban is alkalmazhatók, a fullerén molekula hidrofil tulajdonságainak kölcsönzésével függnek össze. A hidrofil fullerén-származékok szintézisének egyik módszere a hidroxilcsoportok bevitele és a maximum 26 OH-csoportot tartalmazó fullerenolok vagy fullerolok, valamint valószínűleg az oxidok esetében megfigyeltekhez hasonló oxigénhidak kialakítása. Az ilyen vegyületek vízben jól oldódnak, és felhasználhatók új fullerén-származékok szintézisére.

Ami a fullerén-oxidokat illeti, a C 60 O és C 70 O vegyületek kis mennyiségben mindig jelen vannak a kivonat kezdeti fullerének keverékében. Valószínűleg oxigén van a kamrában az elektromos ívkisülés során, és a fullerének egy része oxidálódik. Különböző adszorbensekkel ellátott oszlopokon a fullerén-oxidok jól elválaszthatók, ami lehetővé teszi a fullerénminták tisztaságának, valamint az oxidok hiányának vagy jelenlétének szabályozását. A fullerén-oxidok alacsony stabilitása azonban gátolja szisztematikus vizsgálatukat.

A fullerének szerves kémiájáról meg lehet jegyezni, hogy elektronhiányos poliénként a C 60 fullerén hajlamos gyökös, nukleofil és cikloaddíciós reakciókra. A fullerén szféra funkcionalizálása szempontjából különösen ígéretesek a különféle cikloaddíciós reakciók. Elektronikus jellege miatt a C 60 képes részt venni α-cikloaddíciós reakciókban, és a legjellemzőbbek azok az esetek, amikor n = 1, 2, 3 és 4.

A fullerén-származékok szintézisével foglalkozó szintetikus vegyészek által megoldott fő probléma a mai napig a lefolytatott reakciók szelektivitása. A fullerének hozzáadásának sztereokémiájának jellemzői nagyszámú elméletileg lehetséges izomerből állnak. Így például a C 60 X 2 vegyületben 23 van, a C 60 X 4-ben már 4368, ezek közül 8 addíciós termék két kettős kötésnél. A 29 C 60 X 4 izomereknek azonban nincs kémiai jelentése, mivel három sp3-hibridizált atommal körülvett sp2-hibridizált szénatom jelenlétéből adódó triplett alapállapotuk van, C-X-et alkotva kapcsolatokat. Az elméletileg lehetséges maximális izomerek száma, az alapállapot multiplicitása nélkül, a C 60 X 30 esetén 985538239868524 lesz (ebből 1294362 addíciós termék 15 kettős kötésnél), míg a nem izomerek száma. A fenti példával azonos jellegű szingulett izomerek nem alkalmasak egyszerű elszámolásra, de általános megfontolásból folyamatosan növekedniük kell a kapcsolt csoportok számának növekedésével. Mindenesetre az elméletileg megengedhető izomerek száma a legtöbb esetben óriási, míg a kevésbé szimmetrikus C 70 és magasabb fullerénekre áttérve ráadásul többszörösére vagy nagyságrendekkel növekszik.

Valójában a kvantumkémiai számítások számos adata azt mutatja, hogy a fullerének halogénezési és hidrogénezési reakcióinak többsége a ha nem is a legstabilabb izomerek képződésével megy végbe, de legalább az energiájukban kissé eltér tőlük. A legnagyobb eltérések a kis szénatomszámú fullerén-hidridek esetében figyelhetők meg, amelyek izomer összetétele, mint fentebb látható, akár kismértékben is függhet a szintézis útjától. A kapott izomerek stabilitása azonban továbbra is rendkívül közelinek bizonyul. A fullerén-származékok képződésének ezen törvényszerűségeinek vizsgálata érdekes probléma, amelynek megoldása új eredményekhez vezet a fullerének és származékaik kémiája területén.

A fullerén egy olyan molekula, amely hatvan szénatomból álló zárt gömb. 2010-ben, a fullerén felfedezésének 25. évfordulója kapcsán, ezt a firkát keresőmotor Google. Most már több mint 30 éves a C60 szintéziséről szóló első jelentés, a felfedezés történetét megkoronázó Nobel-díj pedig valamivel kevesebb, mint 20 éves, miközben maga a fullerénkutatás még folyamatban van. Miért érdekli annyira ez a molekula a kutatókat szerte a világon? Miért hallottak róla sok olyan ember, aki nem nagyon jártas a tudományban?

Kezdjük a C60 történetének bemutatásával. Gyakran előfordul, hogy egy figyelemre méltó felfedezést olyan események előznek meg, amelyek első pillantásra nem állnak közvetlen kapcsolatban vele, azonban ha alaposan megnézzük, szükségszerűen ötvözik több okos ember találkozását, egy érdekes ötletet és a friss kísérleti eredményeket, amelyek lehetővé teszik új pillantást vetni az érdeklődési problémára.

Az egész azzal kezdődött, hogy az 1970-es évek közepén Harold Kroto hosszú szénmolekulaláncokat fedezett fel az űrből származó spektrális adatokból, és szerette volna ezeket a laboratóriumban megszerezni. Az 1980-as évek elején a tengerentúlon, a Rice Egyetemen (Texas, USA) Richard Smalley laboratóriumában tűzálló elemekből képződött vegyületek és klaszterek tanulmányozására szolgáló berendezéseket fejlesztettek ki.

Marad hátra, hogy összekapcsoljuk ezt a két eseményt. Ezt a Nobel-csapat harmadik tagja, Robert Curle tette meg, aki a Sussexi Egyetem Kroto laboratóriumának vendégeként meghívta Smalley laboratóriumába, amit 1984-ben meg is tett. Krotót lenyűgözte a beállítás megvalósíthatósága, és azt javasolta, hogy a fémkorongot cseréljék ki grafittal, hogy fémhalmazok helyett szénláncokat hozzanak létre, olyan körülményeket szimulálva, mint a csillaghéjakban.

1985 augusztusában Kroto eljött a Smalley's-be, hogy részt vegyen egy ilyen kísérletben. Így kezdődött történelmi 10 napos látogatása. Szeptembernek ez a 10 napja a tömegspektrum első homályos csúcsait eredményezte a 60 és 70 szénatomos szerkezeteknél, majd ezeket zárt, futball- és rögbilabda alakú szerkezetekként értelmezték. Szeptember 13-án pedig a folyóirat szerkesztői Természet cikk érkezett "C60: Buckminsterfullerene" címmel. Ebben a cikkben a fullerén molekulát egy futball-labda segítségével ábrázoltuk - úgy tűnik, a szerzőknek egyszerűen nem volt idejük egy érthető atommodellt felépíteni.

Miért feltételezték a szerzők, hogy a kapott C60 molekula pontosan egy zárt gömb, és nem egy lánc? Ez többek között annak köszönhető, hogy a természet „szereti” a szimmetrikus szerkezeteket, és a csonka ikozaédernek (futballlabda alakja) a legnagyobb a szimmetriája. Kroto ezt írta: "Emlékszem, arra gondoltam, hogy a molekulának ez a formája olyan gyönyörű, hogy igaznak kell lennie." Krotót a kiváló feltaláló és filozófus, Buckminster Fuller, 1983-ban elhunyt kupola ihlette, akiről az új molekulát elnevezték.

Meg kell jegyezni, hogy a fulleréneket elméletileg jóval a kísérleti előállítás előtt jósolták. 1966-ban David Jones azt javasolta, hogy az ötszögletű hibák bevezetése egy szabályos hatszögekből álló grafitrétegbe ezt a lapos réteget üreges zárt szerkezetté változtathatja. 1971-ben Japánban Osawa fizikus egy ilyen szerkezet létezésének lehetőségét tárgyalta (3. ábra). De ezt az eredményt egy japán magazinban publikálta Kagaku("Kémia"), amely csak japánul jelent meg. Aztán egy évvel később írt egy könyvet az aromásságról, de ismét japánul, amiben a fullerénről is volt fejezet. A nyelvi akadályok miatt munkája csak a C60 kísérleti felfedezéséig volt ismert a tudományos közösség előtt.

Meg kell jegyezni, hogy a Szovjetunióban 1971-ben végezték el először a fullerén stabilitásának és elektronszerkezetének kvantumkémiai számítását. A következő módon történt. Az Orosz Tudományos Akadémia Szerveselem-Vegyületek Intézetének (INEOS RAS) igazgatója akkoriban A.N. Nesmeyanov, a Szovjetunió Tudományos Akadémia akadémikusa volt, és azt javasolta, hogy a kvantumkémiai laboratórium vezetője, D. A. Bochvar vizsgálja meg az üreges szén-zárt szerkezeteket. amelyben fématomok helyezhetők el, és ezáltal elszigetelhetők a környezettől.

E. G. Galpern és I. V. Stankevich kollégáival együtt D. A. Bochvar kezdte ezt a munkát. A C20 molekula stabilitásának vizsgálatával kezdődött, amely dodekaéder alakú, ezért karbododekaédernek nevezték. Azonban egy ilyen molekula mérete kicsi, ami kezdetben korlátozza a fématomok bejuttatásának lehetőségét. És ami a legfontosabb, a számítási eredmények azt mutatták, hogy egy ilyen szerkezetnek instabilnak kell lennie. A munka leállt. I. V. Stankevich lelkes futballistaként egy másik lehetséges zárt szerkezetet javasolt C60 szénből, amely egy csonka ikozaéder szimmetriájával rendelkezik - egy futballlabdát. Egy futballlabdát hozott a laboratóriumba, és azt mondta Galpernnek: „Lena, 22 egészséges férfi órákon át rúgja ezt a labdát, és semmit sem csinálnak vele. Egy ilyen alakú molekulának nagyon erősnek kell lennie.”

Egy ekkora molekula kvantumkémiai számítása nagyon nehéz volt az akkori számítógépek számára, de elvégezték, és kimutatták, hogy a C60 stabil molekula. Bochvarnak, Halpernnek és Stankevichnek először nem sikerült meggyőzniük a vegyészeket egy ilyen molekula létezésének lehetőségéről, és csak az amerikai tudósok 1972-ben megjelent rövid feljegyzése egy lehetséges C20 dodekaéder molekuláról, amellyel a szerzők A. N. Nesmeyanov, arra késztette, hogy nyújtson be egy munkát a Doklady AN SSSR C60-ról. Sajnos Bochvarnak, Halpernnek és Stankevichnek nem sikerült meggyőzniük a kísérleti vegyészeket ennek a szerkezetnek a szintéziséről, és egészen az 1985-ös szintézisig ez a szerkezet elméleti találmánynak számított. A Nobel-díjasok megjegyezték, hogy hozzájárultak a C60 tanulmányozásához. Smalley Nobel-előadásában megjegyezték, hogy Osawa, Jones, Halpern, Stankevich megérdemelte ezt a díjat, akik mindegyike hozzájárult a felfedezéshez.

A fullerén felfedezésének története Kroto Nobel-előadásából írt szavaival fejezhető be: „A C60 felfedezésének történetét nem lehet helyesen felmérni anélkül, hogy figyelembe ne vesszük e molekula alakjának szépségét, ami annak köszönhető, hogy hihetetlen szimmetria. Egy másik fontos tény, amely aurát hoz létre e molekula körül, a nevéhez kapcsolódik - buckminsterfullerene. Mindez olyan karizmát kölcsönöz elegáns molekulájunknak, amely elbűvölte a tudósokat, elragadtatta a lakosságot, lelkesítette a fiatalokat a tudományhoz való hozzáállásukban, és különösen friss lélegzetet adott a kémiának.”

A fullerén és fullerit tulajdonságai

A tiszta fullerén szobahőmérsékleten körülbelül 2 eV sávszélességű szigetelő, vagy nagyon alacsony vezetőképességű belső félvezető. Ismeretes, hogy a szilárd testekben az elektronoknak csak bizonyos értéktartományaiban lehet energiájuk - a megengedett energiazónákban, amelyek atomi vagy molekuláris energiaszintekből alakulnak ki. Ezeket a sávokat tiltott energiájú sávok választják el egymástól, amelyekkel az elektronok nem rendelkezhetnek.

Az alsó sáv általában tele van elektronokkal, amelyek részt vesznek az atomok vagy molekulák közötti kémiai kötés kialakításában, ezért gyakran vegyértéksávnak nevezik. Fölötte található a sávrés, amelyet az engedélyezett energiák üres vagy nem teljesen kitöltött sávja vagy a vezetési sáv követ. Nevét arról kapta, hogy mindig vannak benne szabad elektronállapotok, amelyeknek köszönhetően az elektronok elektromos térben mozoghatnak (sodródhatnak), így töltésátvitelt hajtanak végre, vagyis biztosítják az elektromos áram áramlását (szilárdtest vezetőképesség) .

A fullerén kristályok (fulleritek) olyan félvezetők, amelyek sávszélessége 1,2–1,9 eV, és fényvezető képességgel rendelkeznek. Ha látható fénnyel besugározzuk elektromos ellenállás fullerit kristály csökken. A fényvezető képességgel nemcsak a tiszta fullerit rendelkezik, hanem annak más anyagokkal való különféle keverékei is. Azt találták, hogy káliumatomok hozzáadása a C60 filmekhez 19 K-en szupravezetés megjelenéséhez vezet.

Azáltal, hogy különböző kémiai természetű gyököket kötnek magukhoz, a fullerének különböző fizikai-kémiai tulajdonságokkal rendelkező kémiai vegyületek széles osztályát képesek létrehozni. Így olyan polifullerén filmeket kaptak, amelyekben a C60 molekulák nem van der Waals révén kapcsolódnak egymáshoz, mint egy fullerit kristályban, hanem kémiai kölcsönhatás útján. Ezek a műanyag tulajdonságokkal rendelkező fóliák új típusú polimer anyagok. Érdekes eredmények születtek a fullerének alapú polimerek szintézise terén. Ebben az esetben a C60 fullerén szolgál a polimerlánc alapjául, és a molekulák közötti kapcsolat benzolgyűrűkkel történik. Ez a szerkezet a „gyöngysor” átvitt nevet kapta.

A fullerén polimerizációja szokatlan hatások megjelenéséhez vezet, amelyek ígéretesek modern technológia. A fullerének más szén nanostruktúrákkal való kombinációja érdekes objektumokhoz vezet: a szén nanocsövek belsejében lévő fullerének "borsóhüvelyeket" alkotnak ( borsófejek), amelyeket lézerekben, egyelektronos tranzisztorokban, kvantumszámítógépek spin-kubitjeiben stb. alkalmazhatnak, míg az elektronsugár hatása fullerén polimerizációjához vezethet belső széncsővé. Másrészt fullerén hozzáadása a nanocső felületéhez ígéretes emissziós tulajdonságokkal rendelkező "nanobimbót" hoz létre.

Az FGBNU TISNUM-ban (Moszkva, Troitsk) 1993-ban először V. D. Blank, M. Yu. Popov és S. G. Buga kapott fulleréneken alapuló új anyagot - ultrakemény fullerit vagy tisnumit, amely rekord rugalmassági állandókkal és keménységgel rendelkezik, és még karcolni is képes. egy gyémánt. L. A. Chernozatonsky javasolta egy ilyen polimer modelljét, amely tökéletesen egybeesett a kísérlettel. Ennek az anyagnak az egyedülálló tulajdonságai valószínűleg annak köszönhetők, hogy a benne lévő polimerizált fullerit összenyomott állapotban van, jelentősen növelve a teljes anyag mechanikai merevségét és keménységét. Ezt követően más csoportokban ultrakemény szénmintákat vettünk.

Nem széntartalmú fullerének

Zárt üreges szerkezet nem csak szénatomokból jöhet létre. Természetes lenne azt várni, hogy a bór-nitrid, a szén izoelektronikus analógja is hasonló alakú molekulát képezhet. Ilyen szerkezeteket azonban csak 1998-ban kaptak, és a nem-szén fullerének sorozatának első tagjai MoS2 és WS2 összetételű zárt szerkezetek voltak. Ezek a vegyületek az átmenetifém-dikalkogenidek osztályába tartoznak - olyan vegyületek, amelyek fématomok rétegeiből állnak, és mindkét oldalon kalkogén (ebben az esetben kén) rétegei vannak. Az ilyen fullerének jellemzője kémiai tehetetlenségük, ami lehetővé teszi, hogy kiváló kenőanyagként használják őket. Vállalatok Nanoanyagokés N.I.S. évi 1000 tonnát meghaladó mennyiségben értékesít ilyen termékeket.

Jelenleg több tucat nem szén-dioxid fullerént fedeztek fel, amelyek eltérő szerkezettel és összetétellel rendelkeznek. A szintézist gyakran egy elméleti előrejelzés előzi meg, amely lehetővé teszi az anyag tulajdonságainak becslését. Például 2001-ben a magnézium-diboridból származó fullerének modelljeit javasolták. 2007-ben Boris Yakobson (Rice University) csoportja teljes egészében B80 bórból álló fullerént jósolt, amelynek szimmetriája megegyezik a C60 szimmetriájával. Egy ilyen gyönyörű molekuláról szóló cikk nagy érdeklődést váltott ki a tudományos közösségben, számos stabil, eltérő atomszámú bór fullerént jósoltak, 2014-ben pedig megjelent egy cikk, amelyben a bór fullerén B40 sikeres szintéziséről számoltak be. A közelmúltban megjelent egy munka, amely a C60Sc20 stabil szerkezetét jósolja, egy fullerén, amelyben öttagú szénatomciklusok kapcsolódnak egymáshoz fématomokon keresztül. Egy ilyen molekula jó stabilitást mutat, és valószínűleg molekuláris hidrogén szorbensként használható. A kísérleten múlik.

kiegészítő irodalom

Croto G. Szimmetria, tér, csillagok és C60 // Uspekhi fizicheskikh nauk. 1998. V. 168., 3. sz. S. 343.

Jones D. E.H. Ariadne // New Sci. 1966. évf. 32. 245. o.

Osawa E. Szuperszimmetria // Kagaku Kyoto. 1970. évf. 25. 854. o.

Bochvar D. A., Galpern E. G. C20 és C60 molekulák elektronszerkezete // DAN SSSR Chemical series. 1973. V. 209., 3. sz. S. 610–615.

Smalley R.E. A fullerének felfedezése // Uspekhi fizicheskikh nauk. 1998. V. 168., 3. sz. S. 323.

Nasibulin A.G. et al. Egy új hibrid szénanyag // Nat. Nanotechnol. 2007. évf. 2, No. 3. P. 156–161.

Üres V. et al. A C60 fullerit keményebb, mint a gyémánt? // Phys. Lett. A. 1994. évf. 188., 3. sz. P. 281-286.

Chernozatonskii L.A., Serebryanaya N.R., Mavrin B.N. A szuperkemény kristályos háromdimenziós polimerizált C60 fázis // Chem. Phys. Lett. 2000 évf. 316, 3-4. P. 199–204.

Chernozatonsky L.A. Bifullerének és binocsövek a diboridokból // JETP Letters. 2001. V. 74., 6. sz. S. 369–373.

Gonzalez Szwacki N., Sadrzadeh A., Yakobson B.I. B80 Fullerén: A geometria, a stabilitás és az elektronikus szerkezet ab initio előrejelzése // Phys. Fordulat. Lett. 2007. évf. 98., 16. sz., 166804. o.

Zhai H.J. et al. Egy teljes bórból álló fullerén megfigyelése // Nat. Chem. 2014. évf. 6. P. 727–731.

Wang J., Ma H.-M., Liu Y. Sc20C60: a volleyballene // Nanoscale. 2016.

A fullerének a szén allotróp módosulatainak osztályába tartozó molekuláris vegyületek, három koordinált szénatomból álló zárt vázszerkezettel és 12 ötszögletű és (n/2-10) hatszögletű felülettel (n≥20). A sajátosság az, hogy minden ötszög csak hatszögekkel szomszédos.

A legstabilabb forma a C 60 (buckminsterfullerene), melynek gömb alakú üreges szerkezete 20 hatszögből és 12 ötszögből áll.

1. ábra C 60 felépítése

A C60 molekula szénatomok, amelyek kovalens kötéssel kapcsolódnak egymáshoz. Ez a kapcsolat az atomok vegyértékelektronjainak szocializációjának köszönhető. A C-C kötés hossza az ötszögben 1,43 Ǻ, csakúgy, mint a hatszög mindkét ábrát összekötő oldalának hossza, azonban a hatszögeket összekötő oldal körülbelül 1,39 Ǻ.

Bizonyos körülmények között a C 60 molekulák hajlamosak a térben rendeződni, a kristályrács csomópontjain helyezkednek el, vagyis a fullerén fullerit nevű kristályt képez. Ahhoz, hogy a C 60 molekulák az atomokhoz hasonlóan szisztematikusan elhelyezkedjenek a térben, össze kell kapcsolni őket egymással. Ez a kötés a kristályban lévő molekulák között egy gyenge van der Waals-erő jelenlétének köszönhető. Ez a jelenség azzal magyarázható, hogy egy elektromosan semleges molekulában az elektronok negatív töltése és az atommag pozitív töltése szétszóródik a térben, aminek következtében a molekulák képesek egymást polarizálni, vagyis a pozitív és negatív töltések központjainak térbeli elmozdulásához vezetnek, ami kölcsönhatásukat okozza.

A szilárd C 60 szobahőmérsékleten egy felületközpontú köbös rácsot tartalmaz, amelynek sűrűsége 1,68 g/cm 3 . 0 ° C alatti hőmérsékleten köbös rácsmá alakul át.

A fullerén-60 képződési entalpiája körülbelül 42,5 kJ/mol. Ez a mutató a grafithoz (0 kJ/mol) és a gyémánthoz (1,67 kJ/mol) képest alacsony stabilitását tükrözi. Érdemes megjegyezni, hogy a gömb méretének növekedésével (a szénatomok számának növekedésével) a képződés entalpiája aszimptotikusan a grafit entalpiájához hajlik, ennek oka az a tény, hogy a gömb egyre inkább hasonlít egy repülőgép.

Külsőleg a fullerének finoman kristályos fekete színű, szagtalan porok. Vízben (H 2 O), etanolban (C 2 H 5 OH), acetonban (C 3 H 6 O) és más poláris oldószerekben gyakorlatilag nem oldódnak, de benzolban (C 6 H 6), toluolban (C 6 H 5) nem oldódnak. - CH 3), a fenil-klorid (C 6 H 5 Cl) feloldódik, vörös-ibolya színű oldatokat képezve. Megjegyzendő, hogy ha egy csepp sztirolt (C 8 H 8) adunk C 60 telített dioxános oldatához (C 4 H 8 O 2), az oldat színe azonnal megváltozik a sárga- barnától vörös-ibolyáig, a komplex (szolvát) képződése miatt.

Aromás oldószerek telített oldataiban a fullerének alacsony hőmérsékleten csapadékot képeznek - C 60 Xn formájú kristályszolvátot, ahol X jelentése benzol (C 6 H 6), toluol (C 6 H 5 -CH 3), sztirol (C 8 H 8), ferrocén (Fe(C 5 H 5) 2) és más molekulák.

A fullerén oldódási entalpiája a legtöbb oldószerben pozitív, a hőmérséklet emelkedésével az oldhatóság általában romlik.

A fullerén fizikai és kémiai tulajdonságainak vizsgálata fontos jelenség, hiszen ezt a vegyületet egyre jobban beépül az életünkbe. Jelenleg a fullerének fotodetektorok és optoelektronikai eszközök, növekedési katalizátorok, gyémánt- és gyémántszerű fóliák, szupravezető anyagok, valamint fénymásolók színezékként való felhasználásának elképzelései folynak. A fulleréneket javított tulajdonságokkal rendelkező fémek és ötvözetek szintézisében használják.

A fulleréneket a tervek szerint az akkumulátorok gyártásának alapjaként fogják felhasználni. Ezen akkumulátorok működési elve a hidrogénezési reakción alapul, sok tekintetben hasonlítanak a széles körben elterjedt nikkel alapú akkumulátorokhoz, azonban utóbbiaktól eltérően többszörösen meghatározott mennyiségű hidrogén tárolására is képesek. Ezen túlmenően ezek az akkumulátorok nagyobb hatásfokkal, kisebb tömeggel, valamint környezetvédelmi és egészségügyi biztonsággal rendelkeznek, mint a legfejlettebb lítium akkumulátorok e tulajdonságok tekintetében. A fullerén akkumulátorok széles körben használhatók személyi számítógépek és hallókészülékek táplálására.

Jelentős figyelmet fordítanak a fullerének alkalmazásának problémájára az orvostudományban és a farmakológiában. Fokozottan fontolgatják a fullerének radioaktív izotópokkal alkotott, vízben oldható endoédervegyületein alapuló rákellenes gyógyszerek létrehozásának ötletét.

A fullerének felhasználását azonban korlátozza magas költségük, amely a fullerénkeverék szintézisének fáradságosságának, valamint az egyes komponensek többlépcsős elválasztásának köszönhető.