Содержание
- 2. ФУЛЛЕРЕН Первоначально данный класс соединений был ограничен лишь структурами, включающими только пяти- и шестиугольные грани. Заметим,
- 3. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ В 1985 году группа исследователей — Роберт Кёрл, Харольд Крото, Ричард Смолли, Хис и
- 4. СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА Молекулярное образование углерода в форме усечённый икосаэдр имеет массу 720 а. е. м. В
- 5. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНОВ Наиболее эффективный способ получения фуллеренов основан на термическом разложении графита- электролитический нагрев графитового
- 6. ФУЛЛЕРИД интеркалированный фуллерит; в более широком смысле — соли (комплексы с переносом заряда), анионами в которых
- 7. ОПИСАНИЕ Вследствие высокого сродства к электрону фуллеренов, их молекулы присутствуют в фуллеридах в виде отрицательных ионов.
- 8. ФУЛЛЕРОИДЫ Обладает ферромагнетизмом; новые классы полупроводников; аналогичные соединения с металлами Pt группы, аналогичные свойства
- 9. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ Цепочки фуллеренов Кристалл из фуллеренов Фуллерены образуют цепочки и кристаллы с ρ~1.3 г/см3
- 10. ФУЛЛЕРИТЫ Т=257 К 4 молекулыС60 в элементарной кубической ячейке Показаны их ориентации, оси и направления вращения
- 11. ЭКЗОЭДРАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ: МnNm
- 12. ЭКЗОЭДРАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ: ФУЛЛЕРИДЫ (допирование, легирование, металлофуллерены)
- 13. Сверхпроводники Легированный графит 0,55 К Nb3Ge рекорд 23 К С60К3 18 К C60Na3 нет Распад С60К+→
- 16. УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ это аллотропная модификация углерода, представляющая собой полую цилиндрическую структуру диаметром от десятых до нескольких
- 17. СТРУКТУРА НАНОТРУБОК Любую однослойную углеродную нанотрубку можно представить в виде выкройки из листа графена (представляющего собой
- 18. По типу торцов углеродные нанотрубки бывают открытые; закрытые (заканчивающиеся полусферой, которая может рассматриваться как половина молекулы
- 19. СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА упругие свойства; дефекты при превышении критической нагрузки: в большинстве случаев представляют собой разрушенную ячейку-гексагон
- 23. Скачать презентацию
Слайд 2ФУЛЛЕРЕН
Первоначально данный класс соединений был ограничен лишь структурами, включающими только пяти- и шестиугольные
ФУЛЛЕРЕН
Первоначально данный класс соединений был ограничен лишь структурами, включающими только пяти- и шестиугольные
является новой аллотропной формой углерода. Молекулы фуллерена состоят из 60,70 атомов, образующих сферу.
Кристаллические фуллерены представляют собой полупроводники.
Разнообразие физико-химических и структурных свойств соединений на основе фуллеренов позволяет говорить о химии фуллеренов как о новом перспективном направлении органической химии.
молекулярное соединение, представляющее собой выпуклые замкнутые многогранники, составленные из чётного числа трёхкоординированных атомов углерода. Своим названием фуллерены обязаны инженеру и архитектору Ричарду Бакминстеру Фуллеру, чьи геодезические конструкции построены по этому принципу.
Структура фуллерена:
1. атом
2. связь
1
2
Слайд 3ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ
В 1985 году группа исследователей — Роберт Кёрл, Харольд Крото, Ричард Смолли,
ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ
В 1985 году группа исследователей — Роберт Кёрл, Харольд Крото, Ричард Смолли,
Следует отметить, что открытие фуллеренов имеет свою предысторию: возможность их существования была предсказана ещё в 1971 году в Японии[3] и теоретически обоснована в 1973 году в СССР[4]. За открытие фуллеренов Крото, Смолли и Кёрлу в 1996 году была присуждена Нобелевская премия по химии. Единственным способом получения фуллеренов в настоящий момент (октябрь 2007) является их искусственный синтез. В течение ряда лет эти соединения интенсивно изучали в лабораториях разных стран, пытаясь установить условия их образования, структуру, свойства и возможные сферы применения. Установлено, в частности, что фуллерены в значительном количестве содержатся в саже, образующейся в дуговом разряде на графитовых электродах — их раньше просто не замечали
Слайд 4СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА
Молекулярное образование углерода в форме усечённый икосаэдр имеет массу 720 а. е.
СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА
Молекулярное образование углерода в форме усечённый икосаэдр имеет массу 720 а. е.
Следующим по распространённости является фуллерен C70, отличающийся от фуллерена C60 вставкой пояса из 10 атомов углерода в экваториальную область C60, в результате чего молекула 34 является вытянутой и напоминает своей формой мяч для игры в регби.
Так называемые высшие фуллерены[en], содержащие большее число атомов углерода (до 400), образуются в значительно меньших количествах и часто имеют довольно сложный изомерный состав. Среди наиболее изученных высших фуллеренов можно выделить Cn, n=74, 76, 78, 80, 82 и 84.
Слайд 5СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНОВ
Наиболее эффективный способ получения фуллеренов основан на термическом разложении графита- электролитический
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУЛЛЕРЕНОВ
Наиболее эффективный способ получения фуллеренов основан на термическом разложении графита- электролитический
Получения фуллеренов:
1. – графитовые электроды;
2. – охлаждаемая медная шина;
3. – медный кожух;
4. – пружины;
Слайд 6ФУЛЛЕРИД
интеркалированный фуллерит; в более широком смысле — соли (комплексы с переносом заряда),
ФУЛЛЕРИД
интеркалированный фуллерит; в более широком смысле — соли (комплексы с переносом заряда),
Известны фуллериды таких металлов как натрий, калий, цезий, магний, кальций, стронций, барий, иттербий, самарий, европий и др. Получение фуллеридов может быть основано на непосредственном взаимодействии фуллерита (или растворов фуллеренов) с щелочными металлами, часто — под давлением, электрохимическом допировании фуллеритов, соосаждении испаряемых металла и фуллерена из газовой фазы и т. п. Затем, для получения равновесных фаз, могут быть применены различные режимы температурной обработки (отжига)[5].
Слайд 7ОПИСАНИЕ
Вследствие высокого сродства к электрону фуллеренов, их молекулы присутствуют в фуллеридах в виде
ОПИСАНИЕ
Вследствие высокого сродства к электрону фуллеренов, их молекулы присутствуют в фуллеридах в виде
Другим интересным классом фуллеридов являются соли фуллеренов с органическими донорами электронов, такими, как тетракис(диметиламино)этилен (ТДАЭ) или металлоцены. Такие соединения являются при температурах до ~20 К мягкими органическими ферромагнетиками[5].
Слайд 8ФУЛЛЕРОИДЫ
Обладает ферромагнетизмом; новые классы полупроводников; аналогичные соединения с металлами Pt группы, аналогичные свойства
ФУЛЛЕРОИДЫ
Обладает ферромагнетизмом; новые классы полупроводников; аналогичные соединения с металлами Pt группы, аналогичные свойства
Слайд 9КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
Цепочки фуллеренов
Кристалл из фуллеренов
Фуллерены образуют цепочки и кристаллы с ρ~1.3 г/см3
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
Цепочки фуллеренов
Кристалл из фуллеренов
Фуллерены образуют цепочки и кристаллы с ρ~1.3 г/см3
Слайд 10ФУЛЛЕРИТЫ
Т=257 К
4 молекулыС60 в элементарной кубической ячейке
Показаны их ориентации, оси и направления вращения
Полупроводники
ФУЛЛЕРИТЫ
Т=257 К
4 молекулыС60 в элементарной кубической ячейке
Показаны их ориентации, оси и направления вращения
Полупроводники
1,5 ─ 1,95 эВдляС60
1,91 эВ дляС70
1,2 эВ дляС84
Взаимодействие между атомами углерода молекулы С60 составляет около 3,5 эВ и существенно превышает взаимодействие Ван-дер-Ваальса между соседними молекулами кристалла, которое при равновесном расстоянии между центрами молекулы порядка 10,10 А0 составляет величину менее 1,6 эВ на кластер. ДиаметрфуллеренаС60 порядка 7,14 А0 = 0,7 мкм = 14 а0 Расстояние между соседними молекулами = 2,9 А0.
Слайд 11ЭКЗОЭДРАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ: МnNm
ЭКЗОЭДРАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ: МnNm
Слайд 12ЭКЗОЭДРАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ: ФУЛЛЕРИДЫ
(допирование, легирование, металлофуллерены)
ЭКЗОЭДРАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ: ФУЛЛЕРИДЫ
(допирование, легирование, металлофуллерены)
Слайд 13Сверхпроводники
Легированный графит 0,55 К
Nb3Ge рекорд 23 К
С60К3 18 К
C60Na3 нет
Распад
С60К+→ … →С44К+
С60Cs+→ … →С48Cs+
Углеродные
Сверхпроводники
Легированный графит 0,55 К
Nb3Ge рекорд 23 К
С60К3 18 К
C60Na3 нет
Распад
С60К+→ … →С44К+
С60Cs+→ … →С48Cs+
Углеродные
Слайд 16УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ
это аллотропная модификация углерода, представляющая собой полую цилиндрическую структуру диаметром от десятых
УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ
это аллотропная модификация углерода, представляющая собой полую цилиндрическую структуру диаметром от десятых
Волокна со структурой концентрических графитовых слоев.
Получали с конца 1940-хгодов; к 1960 могли получать трубы с диаметром 5 мкм; наблюдали нанотрубки с 1980-хгодов; производят в макроскопических количествах с 1991 года.
Растут пучком, связкой, спиралью.
Получают однослойные, многослойные, интеркалированные.
Слайд 17СТРУКТУРА НАНОТРУБОК
Любую однослойную углеродную нанотрубку можно представить в виде выкройки из листа графена
СТРУКТУРА НАНОТРУБОК
Любую однослойную углеродную нанотрубку можно представить в виде выкройки из листа графена
Диаметр нанотрубки рассчитывается по диаметру цилиндра, длина окружности которого равна длине вектора R и выражается через индексы хиральности (n, m) как:
где d0 = 0,142 нм — расстояние между соседними атомами углерода в графитовой плоскости.
Другой способ обозначения хиральности состоит в указании угла α между направлением сворачивания нанотрубки и направлением, в котором соседние шестиугольники имеют общую сторону. При этом выбирается наименьший угол, такой что 0° ≤ α ≤ 30°. Однако в этом случае для полного описания геометрии нанотрубки необходимо указать её диаметр[9].
Связь между индексами хиральности (n, m) и углом α даётся соотношением:
Слайд 18По типу торцов углеродные нанотрубки бывают
открытые;
закрытые (заканчивающиеся полусферой, которая может рассматриваться как половина
По типу торцов углеродные нанотрубки бывают
открытые;
закрытые (заканчивающиеся полусферой, которая может рассматриваться как половина
По количеству слоев нанотрубки бывают
однослойные (одностенные);
многослойные (многостенные).
По электронным свойствам
металлические ( n - m делится на 3)[10][11]
полупроводниковые (прочие n и m)
На основе индексов хиральности одностенные нанотрубки разделяют на 3 типа:
n = m - «кресло» или «зубчатые» (armchair), α = 30°
n = 0 - «зигзагообразные» (zigzag), α = 0°
n ≠ m - хиральные
В русскоязычной литературе встречается ошибочное приписывание зубчатым нанотрубкам α = 0° и зигзагообразным трубкам α = 30° (2n, n), распространившееся из обзорной статьи А.В. Елецкого [12].
Слайд 19СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА
упругие свойства; дефекты при превышении критической нагрузки:
в большинстве случаев представляют собой разрушенную
СТРУКТУРНЫЕ СВОЙСТВА
упругие свойства; дефекты при превышении критической нагрузки:
в большинстве случаев представляют собой разрушенную
открытые и закрытые нанотрубки