Углеродные кластеры

Рис.57. Углеродные кластеры, обладающие высокой симметрией, Сби и некоторые высшие фуллерены а) 1 -Сба б) D h- l в) Сп-С С->6, д) ОгСун

Малые углеродные кластеры [c.282]

Рис.6 . Масс-спектры углеродных кластеров, образующихся при лазерном испарении графита

Фуллериты получаются из газовых углеродных кластеров после действия высоких давлений и температур. [c.32]

Синтезировав карбин, ученые полагали, что возможности построения стабильных аллотропных углеродных модификаций исчерпаны, поскольку все три типа химических связей, свойственных углероду, уже реализованы в трех известных формах (рис.56). Фуллерены явились уникальным природным объектом, представляющим собой новую форму углерода, существующую наряду с графитом, алмазом и карбином. Это специфический вид замкнутых углеродных кластеров, обладающих высокой симметрией. В таких молекулах атомы углерода расположены в вершинах правильных пяти- и шестиугольников, которые покрывают поверхность сферы или сфероида (рис.57). Центральное место среди них занимает углеродный кластер С о - самое симметричное в мире образование молекул и кластеров, стабильная замкнутая конфигурация из 60 атомов углерода, напоминающая покрышку футбольного мяча. [c.105]

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]

Можно предположить, что увеличение содержания углерода до 0,006% должно сопровождаться ростом количества фуллеренов, так как меньшее содержание углерода не создает условий для образования цементита. Свыше 0,006% углерода в структуре сплавов начинает образовываться цементит. Это можно объяснить тем, что фрактальные углеродные кластеры имеют предел роста и могут удерживать ограниченное число структурных элементов. Поэтому в доэвтектоидных сталях с увеличением в них углерода происходит уменьшение количества фуллеренов (см. рисунок 10). В заэвтектоидных сталях с повышением содержания углерода количество феррита уменьшается, что сопровождается уменьшением количества фрактальных структур, частично разрушающихся с выделением свободного углерода. Он может диффундировать и участвовать в образовании повышенного количества фуллеренов и цементита на границах зерен феррита. [c.37]

Образованный димер может статистически разрушится или дорасти до размера, определяемого критическим радиусом г и соответствующего (1.3). Для ббльших размеров наблюдается пересыщение и образование кластеров идет очень быстро. На рис. 1.5 представлен источник углеродных кластеров, в котором впервые бьши получены в весомых количествах фуллерены. Кластеры получаются с помощью дугового разряда между двумя угольными электродами в атмосфере гелия. На специальном приемнике собирается сажа, которая затем растворяется в органических растворителях с последующим вьщелением фуллеренов. [c.21]

Предсказанные расчетные стабильности отдельных форм углеродных кластеров и их переходы из цепочечной к кольцевой структуре наблюдались в опытах с использованием фотоэлектронных спектров для отрицательно заряженных кластеров. Это позволяет определять [c.284]

Первые углеродные кластеры были получены в начале 40-х гг. прошлого столетия с помощью разряда между угольными электродами [1]. [c.282]

Форма более крупных углеродных кластеров рассчитывается на основе той или иной квантово-механической модели, например модели Хартри— [c.285]

В п. 8.1. отмечалось, что фрагментация малых углеродных кластеров осуществляется по пути выделения кластера С3. Для фуллеренов фрагментация идет по механизму выделения фрагментов Сг, что является следствием стабильности кнастеров с четным числом атомов углерода. На рис. 8.9 представлены данные по константам скорости фрагментации на 2 для двух исходных продуктов — фафита и полиимида. [c.289]

Собственно химическая история этих структур началась в середине 1980-х годов с весьма далекой (в прямом и переносном смысле слова) проблемы трактовки абсорбционных и эмиссионных спектров межзвездной материи, в которой заподозрили наличие углеродсодержащих частиц неизвестной природы. В попытке разрешить загадку бьши предприняты модельные эксперименты по лазерному испарению графита, поскольку такие условия предполагались более или менее подобными существующим в межзвездном пространстве. Первоначальные эксперименты [12а] показали, что при этом образуется широкий почти случайный набор углеродных кластеров состава Сд в пределах и = 1 — 190, причем в интервале 20 < и < 90 обнаруживались только кластеры с четным и, т. е. состава С2 (10 < /л < 45) (рис. 4.3, кривая С). Эти результаты были интерпретированы как свидетельство образования линейных кластеров (—С=С-) , родственньос ранее обнаруженной новой форме углерода, карбину. Через год, в 1985 г., эти эксперименты повторили, используя несколько модифицированную технику, улучшающую условия образования кластеров из первичных углеродных фрагментов. Результаты были ошеломляющими вместо более или менее случайного распределения кластеров, о чем сообщалось ранее [12а], здесь масс-спектр продуктов свидетельствовал о появлении кластера Сбо> интенсивность пика которого превосходила интенсивность пиков соседних кластеров примерно в 40 раз (рис. 4.3, кривая А) [12Ь]. [c.395]

Фуллерены - совершенно новый класс соединений, химия которых начала развиваться немногим более 10 лет назад, после открытия удобного способа их пол ения сжиганием графитовых электродов в электрической дуге в атмосфере инертного газа . Нетривиальная история предсказания стабильности Сбо и последующего открытия семейства углеродных кластеров, получивших название фуллерены, хорошо известна и не раз описана Каркас молекул, имеющих форму эллипсоида, образован атомами углерода, соединенными с тремя соседними вершинами одна из этих связей обязана быть двойной в силу 4-валентности углерода. Вследствие этого фуллерены являются напряженными поли-алкенами с существенной делокализацией электронов по поверхности эллипсоида. Уникальной структурной особенностью фулле-ренов является наличие внутренней полости достаточно большого размера, чтобы вместить один или несколько атомов. Впервые в химии появилась возможность изучить молекулярные топологические объекты, различающиеся расположением внутри и вне замкнутой поверхности Соответственно, в химии фуллереиов существуют внешние (экзо) и внутренние (эндо) производные. Последние получили название эндоэдральных и специальное обозначе- [c.351]

В Национальной лаборатории возобновимых источников энергии в штате Колорадо научились синтезировать фуллерены, используя энергию солнца. В таких установках графит испаряют с помощью параболических зеркал, концентрирующих энергию на графитовых стержнях. Важно, что выход фуллеренов в солнечных нагревателях выше, чем при обычном методе испарения фафита в элекфической дуге. Это объясняют тем, что сильное ультрафиолетовое излучение дуги разрушает многие из возникших фуллеренов прежде, чем они успевают покинуть место своего рождения, а в солнечных установках этого не происходит. Солнечную энергию можно использовать и для конфолируемого предотвращения других углеродных кластеров, при фанспортировании углеродных паров в затемненную зону. [c.117]

Удивительна история открытия фуллеренов, названных так в честь архитектора Бакминстера Фуллера, прославившегося созданием " купольных конструкций из пяти- и шестиугольников. Фуллерены появились на кончике пера теоретиков Японии и России в конце 60-х годов, и только через 15 лет они впервые были обнаружены экспериментально, а способ их получения в микроскопических количествах был предложен спустя еще пять лет - в 1990 году. Именно с этого момента, когда фуллерены стали доступны широкому кругу исследователей, начался так называемый фуллереновый бум , связанный с изучением уникальных физических и химических свойств фуллеренов, а также их линейных аналогов - нанотрубок - углеродных кластеров с диаметром около десяти ангстрем й длиной, в тысячи раз превышающей их диаметр. Интересно отметить, что и первые работы по нанотрубкам были также выполнены учеными Японии и России. [c.107]

В конце 60-х годов в институте ИНЭОС АН СССР проводились работы по синтезу каркасных углеводородов с целью обнаружения устойчивых углеродных кластеров, имеющих жесткий полиэдрический скелет. Д.Бочвар и Е.Гальпе )н на основании теоретических расчетов по методу Хюккеля пришли к выводу , что карбо-з-икосаэдр (ныне бакминстерфуллерен) должен быть устойчивой молекулой с синглетным основным состоянием. Предполагалось, что данная гипотетическая структура в силу своей диамагнитности и устойчивости обладает целым рядом уникальных свойств. Многие предположения были сделаны, конечно же, нз чисто геометрических соображений, и хотя справедливость их в дальнейшем доказали расчеты, специальных работ по синтезу СвоВ ИНЭОС АН СССР так и не начали. [c.107]

Лазерное испарение графита (подобно процессу в элекфической дуге) приводит к образованию кластеров, размеры которых составляют от двух до нескольких тысяч атомов. По данным работы в этом методе предполагается наличие магнитного поля, необходимого для удержания углеродных кластеров в подвещенном состоянии, и достаточно мощного лазера, чтобы выбивать атомы углерода из решетки. Каждый такой взрыв приближает фуллерен к следующему этапу. Процесс сжатия внезапно заканчивается на образовании Сз2, когда клетка становится слишком хрупкой. При следующем взрыве молекула распадается на линейные фрагменты. [c.116]

Восьмая глава полностью отдана под описание структуры и свойств углеродных кластеров. Количество экспериментальных данных в этой области стремительно увеличивается и, по-видимому, уже может стать предметом отдельной монофафии. В эту главу включено два пункта малые углеродные кластеры с молекулярными весами до 24 и фуллерены с их производными. Приводятся данные по стабильности и магическим числам, фрагментации, реакционной способности и сродства к электрону. Рассматриваются эндоэдральные, экзоэдральные фуллерены и фуллерены замещения. [c.12]

Импульсным лазерным испарением фафита в потоке гелия получены углеродные кластеры разных размеров и формы. Исследования подвижности ионизированных кластеров, состоящих из 34-64 атомов, в дрейфовой трубке показали, что отжиг кластеров дает два изомера фуллерен и нефуллереновый изомер, идентифицируемый как большое моноциклическое колы1о. Результаты свидетельствуют, что моноциклическое кольцо является довольно устойчивой формой углеродных кластеров и объединение таких колец с последующим отжигом может служить возможным механизмом газофазного синтеза фуллеренов. [c.125]

Детальный механизм образования эндоэдральных комплексов фуллеренов неизвестен. Имеются лишь соображения относительно роста углеродных кластеров по мере последовательного присоединения углеродных частиц, преобладающих в парах в момент испарения лантана и [c.145]

Авторы работы" предварительно обработали исходную поверхность фуллеренами С п и С70. На поверхность субстратов (Si, Мо, SIO2) нанесли тонкий слой этих углеродных кластеров в виде непрерывного покрытия диаметром 200 мкм и толщиной 50-200 нм. Эксперименты проводили в микроволновом плазменном реакторе при частоте 2,45 ГГц, температуре 900°С и газовой атмосфере метан-водородной смеси, используемой для предварительной активации нанесенного слоя кластеров. Оказалось, что такая обработка поверхности на редкость удачна - на ней хорошо образуются зародыши, растут алмазы и получаются плотные поликристаллические пленки. [c.154]

Исследователи из Калифорнийского университета наблюдали фотоиндуцированный перенос элекфонов от проводящего полимера к бакиболу Сбо - этот кластер способен быть акцептором шести элекфонов. А исследователи из Рокфеллеровского университета экспериментально показали ", что встроенные в биомембраны бакиболы С70 могут транспортировать электроны через липидный бислой. При освещении связанных с мембраной донорных молекул элекфоны переходят на углеродные кластеры. Пока не выяснено, идет ли затем диффузия бакиболов внутри мембраны или электроны последовательно перескакивают с одного кластера на другой. Эти свойства бакиболов (а возможно и углеродных нанометрических трубок) можно использовать в оптико-молекулярной электронике -светочувствительных диодах, солнечных батареях и т.п. [c.155]

Именно этот аспект фуллереновой проблемы, возможно, вызовет в скором будушем формирование нового направления в теории пространственно-структурной изомерии углеродных кластеров и, следовательно, необходимость изучения вызванных этим феноменом новых физико-химических свойств эндоэдральных соединений. А пока образование фуллеридов СбоМе" при испарении графита в присутствии солей металлов наводит на тревожную мысль. Такие углеродные соединения с включениями урана могли возникнуть в момент аварии на Чернобыльской АЭС, когда горел графит реактора. [c.160]

Если внутрь фуллереновой сферы попали долгоживущие радиоактивные изотопы, то это может привести со временем к дополнительным ужасным экологическим, не существующим ранее в природе и во многом чуждым человеческому организму, последствиям. Ведь углеродные кластеры легко проходят через биологические мембраны внутрь живых клеток. Поэтому кроме непосредственного воздействия радиоактивного излучения возможно дополнительное поствременное поражение тканей живых клеток, зависящее от времени разрушения фуллеренового сосуда и выхода наружу атома урана. [c.160]

Оказалось, что в этом ряду можно поставить во взаимно-однозначное соответствие ряд углеродных кластеров С о, С28, С ), Сто, Ст так, что число фаней (О) в Сфуктуре нз бора равно числу вершин (V) в фуллерене, а число фаней в фуллерене равно числу вершин в бораие. Из формулы Эйлера следует, что количество ребер (К) у каждой пары полиэдров одинаково. Ученые считают, что бороводородные аналоги бакиболов тоже будут обладать полезными свойствами и следует попытаться их синтезировать, испаряя лазером соединения бора с металлами в присутствии водорода. [c.167]

Впервые углеродные кластеры новой структуры были обнаружены среди продуктов возгонки графита. Оказалось, что его сублимат не является однородным по составу. В сублимате были найдены частицы различной массы. Сначала предположили, что эти частицы по структуре не отличаются от частиц графита. Однако английские химики Г. Крото и Р. Смайли установили неожиданно большое содержание в сублимате частиц С д. Этот факт не имел объяснения при предположении, что все частицы сублимата должны иметь структуру графита. Первые результаты были подтверждены в повторных экспериментах частицы С д преобладали среди других. [c.407]

В фуппу изолированных и слабо взаимодействующих нанокластеров включены молекулярные кластеры, газовые беанигандные кластеры (кластеры щелочных металлов, алюминия и ртути, кластеры переходных металлов, углеродные кластеры и фуллерены, вандерваальсовы кластеры), коллоидные кластеры. [c.16]

Первые больщие углеродные кластеры-фуллерены были обнаружены в 1985 г. Крото, Смолли и Керлом. Инициатором поиска был Крото, который вначале занимался изучением лазерного испарения и масс- [c.286]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология