ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Малые углеродные кластеры из "Физико-химия нанокластеров наноструктур и наноматериалов" Кластеры углерода относятся у категории кластеров с сильной атомной связью. Атомы углерода формируют кластеры легче, чем какой-либо элемент периодической системы, что подтверждается, например, повсеместным образованием сажи. Кроме широкого применения в процессах горения, углерод один из наиболее распространенных во вселенной элементов после водорода, гелия и кислорода. Кроме того, это первый стабильный элемент, который возникает в процессе термоядерного синтеза, вовлекающего водород и гелий после большого взрыва , положившего начало Вселенной. Известно, что звезды красные гиганты испускают в межзвездное пространство офомное количество углерода и, вероятно, звездная пыль состоит из углеродных кластеров. Однако кроме технологических аспектов и звездных аспектов углеродные кластеры представляют собой широкое поле деятельности в области физики и химии. Кластеры углерода в лабораторных условиях получаются лазерным или дуговым испарением и разделяются по массам с помощью масс-спектрометра. Получающий при этом масс-спектр носит бимодальный характер с числом атомов п 14 — малые углеродные кластеры и п 24 — фуллерены. Эта глава также включает два раздела малые углеродные кластеры и фуллерены. [c.282] Первые углеродные кластеры были получены в начале 40-х гг. прошлого столетия с помощью разряда между угольными электродами [1]. [c.282] На рис. 8.1а представлены относительные интенсивности положительно заряженных ионов в эксперименте [2]. [c.282] В результате кольцевая форма характерна для более крупных кластеров. Такой переход от цепочки к кольцу должен происходить для п = 10, хотя кластеры с четным числом атомов имеют тенденцию образовывать кольца при низких температурах. Простое рассмотрение на основе атомных связей и молекулярных орбиталей позволяет дать оценочные выражения для числа атомов углерода, образующих стабильные кластеры в цепочечной и кольцевой структуре [6]. [c.284] Стабильность, а следовательно, и большая интенсивность в масс-спектрах для цепочечных кластеров с нечетным числом атомов связана с числом (п — 1) 7-связей и (2п — 2) электронами и 2(п — 1) электронами на тг-связях я--орбитали дважды вырождены и могут быть заняты 4 электронами и, следовательно, кластеры с полностью заполненными высшими молекулярными орбиталями будут наиболее стабильны. Этому соответствуют кластеры с нечетным числом атомов углерода. [c.284] Для кольцеобразных структур имеется 2п т-электронов 2п тг-элек-тронов, что дает полностью заполненные высшие молекулярные орбитали для п = 4А -Ь 2, где — целое число. [c.284] Здесь цепочечные кластеры с п = 3, 5,7,9 обладают замкнутой электронной оболочкой, что соответствует минимальному сродству к электрону, а кластеры с четным числом атомов и незаполненной электронной оболочкой имеют большие энергии сродства к электрону Для кластеров с кольцевой формой и с четным числом атомов п = Ак- -2 наблюдаются низкие значения энергии сродства к электрону при сохранении чередования максимумов и минимумов. [c.284] Энергии ионизации кластеров также определяются построением электронной оболочки и находятся в соответствии с появлением магических чисел для положительно заряженных кластеров с кольцевой структурой (рис. 8.1). Прежде всего, энергия ионизации нейтральных кластеров с п = 4к + 3 (п = 11, 15,19, 23) будет меньше, чем энергия ионизации, соответствующая нейтральным магическим числам с п = 10,14 и т.д. с заполненной электронной оболочкой, поскольку лишняя пара тг-электронов, соответствующая нечетным числам атомов, занимает разрыхляющую орбиталь. Далее фотофрагментация кластеров с четным числом атомов углерода за счет испускания кластеров Сз приводит к возникновению кластеров с нечетным числом атомов п = Лк + 3. Оба эффекта приводят к возникновению магических чисел для положительно заряженных кластеров углерода с кольцевой структурой (рис. 8.1). [c.285] Кластеры Сз находят в спектрах комет, кластеры Сз и С5 в околозвездном пространстве углеродных звезд, причем данные колебательной спектроскопии подтверждают цепочечную форму таких кластеров. [c.285] Фока или модели плотности состояний [8]. [c.285] Еще одна стабильная структура для кластера as представлена на рис. 8.4. [c.286] Вернуться к основной статье