數理化 : 石墨族 > 富勒烯
目錄
No. 1
  諾貝爾博物館裏的富勒烯模型球碳,原名富勒烯(fullerene,又譯作福樂烯),又名巴基球或巴剋球(buckyball),是於1985年發現的繼金剛石和石墨之後碳元素的第三種晶體形態,又一類碳的同素異形體。
  預言及發現
  1985年,英國化學家哈羅德·沃特爾·剋羅托博士(sir harold walter kroto,1939年10月7日~)和美國科學家理查德·埃裏特·史沫萊(sir richard errett smalley,1943年6月6日~)等人在氦氣流中以激光汽化蒸發石墨實驗中首次製得由60個碳組成的碳原子簇結構分子c60。為此,剋羅托博士獲得1996年度諾貝爾化學奬。
  結構
  剋羅托受建築學家理查德·巴剋明斯特·富勒(richard buckminster fuller,1895年7月12日~1983年7月1日)設計的美國萬國博覽館球形圓頂薄殼建築的啓發,認為c60可能具有類似球體的結構,因此將其命名為buckminster fullerene(巴剋明斯特·富勒烯,簡稱富勒烯)。
  富勒烯是一係列純碳組成的原子簇的總稱。它們是由非平面的五元環、六元環等構成的封閉式空心球形或橢球形結構的共軛烯。現已分離得到其中的幾種,如c60和c70等。在若幹可能的富勒烯結構中c60,c240,c540和直徑比為1:2:3。c60的分子結構的確為球形32面體,它是由60個碳原子以20個六元環和12個五元環連接而成的具有30個碳碳雙鍵(c=c)的足球狀空心對稱分子,所以,富勒烯也被稱為足球烯。球體直徑約為710pm,即由12個五邊形和20個六邊形組成。其中五邊形彼此不相聯接衹與六邊形相鄰。與石墨相似,每個碳原子以sp2雜化軌道和相鄰三個碳原子相連,剩餘的p軌道在c60分子的外圍和內腔形成π鍵。
  性質
  c60分子具有芳香性,溶於苯呈醬紅色。可用電阻加熱石墨棒或電弧法使石墨蒸發等方法製得。c60有潤滑性,可能成為超級潤滑劑。金屬摻雜的c60有超導性,是有發展前途的超導材料。c60還可能在半導體、催化劑、蓄電池材料和藥物等許多領域得到應用。c60分子可以和金屬結合,也可以和非金屬負離子結合。當鹼金屬原子和c60結合時,電子從金屬原子轉到c60分子上,可形成具有超導性能的mxc60,其中m為k,rb,cs;x為摻進鹼金屬原子的數目。k3c60在18k以下是超導體,在18k以上是導體,摻進原子數可達6個,k6c60是絶緣體。c60是既有科學價值又有應用前景的化合物,在生命科學、醫學、天體物理等領域也有定的意義。富勒烯的成員還有c78、c82、c84、c90、c96等也有管狀等其他形狀。
No. 2
  諾貝爾博物館裏的富勒烯模型球碳,原名富勒烯(Fullerene,又譯作福樂烯),又名巴基球或巴剋球(Buckyball),是於1985年發現的繼金剛石和石墨之後碳元素的第三種晶體形態,又一類碳的同素異形體。
  預言及發現
  1985年,英國化學家哈羅德·沃特爾·剋羅托博士(Sir Harold Walter Kroto,1939年10月7日~)和美國科學家理查德·埃裏特·史沫萊(Sir Richard Errett Smalley,1943年6月6日~)等人在氦氣流中以激光汽化蒸發石墨實驗中首次製得由60個碳組成的碳原子簇結構分子C60。為此,剋羅托博士獲得1996年度諾貝爾化學奬。
  結構
  剋羅托受建築學家理查德·巴剋明斯特·富勒(Richard Buckminster Fuller,1895年7月12日~1983年7月1日)設計的美國萬國博覽館球形圓頂薄殼建築的啓發,認為C60可能具有類似球體的結構,因此將其命名為buckminster fullerene(巴剋明斯特·富勒烯,簡稱富勒烯)。
  富勒烯是一係列純碳組成的原子簇的總稱。它們是由非平面的五元環、六元環等構成的封閉式空心球形或橢球形結構的共軛烯。現已分離得到其中的幾種,如C60和C70等。在若幹可能的富勒烯結構中C60,C240,C540和直徑比為1:2:3。C60的分子結構的確為球形32面體,它是由60個碳原子以20個六元環和12個五元環連接而成的具有30個碳碳雙鍵(C=C)的足球狀空心對稱分子,所以,富勒烯也被稱為足球烯。球體直徑約為710pm,即由12個五邊形和20個六邊形組成。其中五邊形彼此不相聯接衹與六邊形相鄰。與石墨相似,每個碳原子以sp2雜化軌道和相鄰三個碳原子相連,剩餘的p軌道在C60分子的外圍和內腔形成π鍵。
  (補充:C60雙鍵數的計算方法
  由於每個孤立的碳原子周圍有三個鍵(一個雙鍵,兩個單鍵)。而每個鍵卻又是兩個碳原子所共有,因此棱數=60×3×(1/2)=90
  由於單鍵數+雙鍵數=總棱邊數 單鍵數=2×雙鍵數(即單鍵數為雙鍵數的2倍)
  設單鍵數為a個,雙鍵數為b個,則
  a+b=90 a=2b 所以b=30)
  性質
  C60分子具有芳香性,溶於苯呈醬紅色。可用電阻加熱石墨棒或電弧法使石墨蒸發等方法製得。C60有潤滑性,可能成為超級潤滑劑。金屬摻雜的C60有超導性,是有發展前途的超導材料。C60還可能在半導體、催化劑、蓄電池材料和藥物等許多領域得到應用。C60分子可以和金屬結合,也可以和非金屬負離子結合。當鹼金屬原子和C60結合時,電子從金屬原子轉到C60分子上,可形成具有超導性能的MxC60,其中M為K,Rb,Cs;x為摻進鹼金屬原子的數目。K3C60在18K以下是超導體,在18K以上是導體,摻進原子數可達6個,K6C60是絶緣體。C60是既有科學價值又有應用前景的化合物,在生命科學、醫學、天體物理等領域也有定的意義。富勒烯的成員還有C78、C82、C84、C90、C96等也有管狀等其他形狀。