Фуллеренді қосылыстардың құрылымы

І. КІРІСПЕ 3

ІІ. НЕГІЗГІ БӨЛІМ

1. Фуллерен

1. 1. Ашылу тарихы 4

1. 2. Фуллеренді қосылыстардың құрылымы 6

2. Фуллерендерді алу жолдары

2. 1. Фуллерендерді алу технологиясы 7

2. 2. Көмірді тазалау әдістері 9

ҚОРЫТЫНДЫ 12

ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 13

КІРІСПЕ

Соңғы уақыттарда композиттік материалдар полимерлі - көміртектік нанотрубкалары ( ПКНТ ) арқылы жасалатын болды . Сондықтан полимерлі - көміртектік нанотрубкалары ( ПКНТ ) синтезделетін нанотүтікшелер мен фуллерендердің физикалық және химиялық қасиеттерін зерттеу өте маңызды болып табылады . Фуллерендердің электрлік, оптикалық, механикалық қасиеттері конденсиялық күйлерінде фуллерендердің қатысымен өтетін құбылыстардың физикалық жағы молдау екенін көрсетеді, сонымен қатар осы материалдардың электроникада, оптоэлектроникада, техниканың басқа салаларында да пайдалануының келешегі мол.

Нанохимияның үлкен жетістігі - фуллерен, бұл жаңалық

көміртектің тағы бір аллотропты модификациясы болып табылатын (алмаздан, графиттен және карбинадан кейін) . Фуллерен өз атауын американдық сәулетші Ричард Фуллердің (1895-1983) атымен аталды. Ол 1967 жылы Монреалда өткен көрмеде АҚШ павильонының күмбезін артикулярлық пентагондар мен алтыбұрыштар түрінде жасаған.

Фуллерендер гекса және пентагональды көміртек ұяшықтардан құралған

(С2n, n≥15), әр ұяшық 60 немесе оданда көп көміртек атомдарынан тұратын

3D күрделі формасын құрайды. Фуллерендер деп аталатын молекулалық

топтан басқада С70, С76, С84 және т. б. үш өлшемді көміртек молекулаларын құрайды. Бұл молекулалардың ішінен ең көп кездесетіні 20 гексагоннан 12 пентагоннан тұратын С60 фуллерені . С60 фуллерен радиусы 0, 367 нм құрайтын сфералық кристалдық молекула, алмаз және графиттен кейінгі көміртегінің үшінші аллотропиялық модификациясы.

Фуллерен қосылыстарының эндофуллерен гетерофуллерен және

экзофуллерен секілді түрлері белгілі.

Фуллереннің ашылуын мамандар органикалық химиядағы төңкерiстің мүмкін болуымен байланыстырады. Көміртек атомдары өзара бірлік немесе қос байланыста болатын фулерендердің молекулалары үш өлшемді аналогтағы хош иісті құрылымдарға жатады. Олар жоғары деңгейде электр терiстiгін қамти отыра, химиялық реакцияларда күштi тотықтырғыштар қатарына жатады. Фуллерен құрылымының бірегейлігі физикалық және химиялық қасиеті практикалық қолданыста жоғары дәрежеге ие.

Фуллерендер қасиеті бойынша графиттерге жақын келгендіктен термотұрақтылығы жоғары, электрофизикалық сипаттамасы және ие. Фуллерен молекуласының спецификалық құрылымы химиялық (биохимиялық) білім саласында із қалдырған гетератомды қосылыстар.

1-бөлім. Фуллерен.

1. 1. Ашылу тарихы.

Көп жылдан бері көміртегі екі кристалдық құрылымдар - алмаз бен графиттен пайда болады деп саналды. Алмаз көміртегі атомы өзара күшті химиялық жазықтықта емес кеңістікте байланыс тудыратын кеңістіктік құрылымы болады. Графиттің құрылымы қатпарлы, әрбір атом бір жазықтықта орналасқан көрші қатпардағы әлсіз жақын атомдармен болады да басқа атомдармен күшті химиялық байланыс жасайды. Сондықтан көрші қатпарларды бөлу әр қатпарды бөлуден оңай болады. Көміртегінің сыртқы құрылымды жасауда көміртегінің жаңа формасында - фуллерен мен нанотруба түрінде үлкен дәрежеде 80 жылдың екінші жартысында ашылды. Бұл материалдың физикалық обьект ретінде және химиялық жүйе ретінде ерекше қасиетін білдіретін көміртегінің тұйықталған үстінгі қабатының құрылымы. 1990 жылы синтездің тиімді технологиясының құрылуы фуллерендерді мыңдаған зерттеушілердің - физика, химия, материалтанушылардың зерттеуіне әкелді. Алғаш рет фуллеренді 1985 жылы ағылшын ғалымы Крото және оның серіктестері анықтаған. Олар оны қатты графит үлгісіне қуатты лазер сәулесінің әсерінен пайда болатын көміртегі плазмасынан тапты . 1985 жылы тамызда Крото экспериментке қатысу үшін Смоллиге келді. Осылайша оның 10 күндік тарихи сапары басталды.

КСРО-да 1971 жылы алғаш рет фуллереннің тұрақтылығы мен электронды құрылымын кванттық-химиялық есептеу жүргізілген. Ол кезде Ресей Ғылым академиясының (INEOS РҒА) органоэлементтер қосындылары институтының директоры КСРО Ғылым академиясының академигі А. Н. Несмеянов, ол кванттық химия зертханасының меңгерушісі Д. А. Бохвару металл атомдарын орналастыруға болатын қуысты көміртекті жабық құрылымдарды зерттейді және сол арқылы оларды қоршаған орта әсерінен оқшаулайды. 1990 жылы Кретчмер мен Хоффман және серіктестері C60 қатты фуллеренін алды . Олар оны екі көміртекті электрод арасындағы электр доғасындағы көміртекті атомизациялау нәтижесінде пайда болған күйеден бөліп алды.

/1 сурет. Фуллереннің алғашқы суреті.

Фуллереннің ашылу тарихын Кротоның Нобельдік дәрісіндегі сөздерімен аяқтауға болады: «C60-тің ашылу тарихын осы молекула формасының сұлулығын ескермей дұрыс бағалау мүмкін емес, бұл оның керемет симметриялы болуы. Осы молекуланың айналасында аура тудыратын тағы бір маңызды факт оның атауымен байланысты - Бакминстерфуллерен. Мұның бәрі біздің талғампаз молекуламызға харизма береді, ол ғалымдарды сүйсіндірді, қарапайым адамдарды қуантты, жастардың ғылымға деген көзқарасына деген ынта-жігерін қосты, әсіресе химияның жаңа тынысын берді ».

1. 2. Фуллеренді қосылыстардың құрылымы.

Ұнтақ және қабықша фуллерендердің кристалдық құрылымдарын зерттей отырып, төмен температурада С60 кристаллы келесідей фазаларға ие: ҚОК (границентерленген кубтың) қарапайым ұяшық параметрі а=14, 26 Å, ГТҚ - (гексаональді тығыз қапталған) параметрлермен а=10, 03 Å және с=7, 62 Å; кубтың параметрі а=12, 08 Å. ҚОК - торлары бастапқы кристаллизациялар үшін, термоөңдеу (800 ОС қыздыру) ГТҚ - фазасының пайда болуына әкеледі. С70 кристалдық фуллерен келесідей модификациямен кездеседі: ҚОК - параметрі 4, 89 Å және ГТҚ - параметрі а=10, 53 Å және с=17, 24 Å.

Көміртектің барлық атомдары кристаллографиялық эквиваленттер жағдайында орналасқан - бір бесбұрыштық және екі алтыбұрыштың ұшында. С60 молекуласының диаметрі 0, 71 нм, жоғары бөлігінің диаметрі 0, 5нм, бесбұрыштағы С-С байланысының ұзындығы -0, 1434 нм, алтыбұрыштыда - 0, 1386 нм және 0, 1434 нм.

С70 фуллерені С60 қарағанда электродоға әдісі 5-6 есе аз түзіледі. Пішіні элйпсоидқа жақын келеді, ось размері 0, 788нм және 0, 682 нм құрайды. С70 фуллеренінде көміртек атомының бес типі кездеседі. С-С байланысы 0, 138- 0, 46 нм құрайды. С70 фуллерені С60 қарағанда өте төмен симметрияға ие. Бөлме температурасында С70 фуллерені гексагональді құрылым түзеді, фуллерен молекулалары 1012 жиілікпен айналады. Төмен температурада тор ҚОК қарапайым кубтық торға өтеді (20) .

Фуллерен қосылыстарының эндофуллерен гетерофуллерен және экзофуллерен секілді түрлері белгілі.

С60 фуллерен электрондарға акцептор ретінде зарядтарды тасымалдайтын жоғары электртерістік қасиетке ие. Акцептор ретінде қолданылатын фуллерен негізіндегі диодтар фотоактивті донормен ковалентті байланысып, сәуле әсерінен электронды фотоиндуцирлеуге өтеді. Сәуле жұтылудың жоғары дәрежесі және зарядтарды бөлу, күн сәуле батареялары жұмысының негізі болып табылады. Болашақта фуллерендердің бұл қасиеті энергияның фотоөңделуі, фотоөткізгіш құру мақсатында қолданылуы мүмкін. Барлық тұжырымдар экономикалық тұрғыдан қарағанда іске асырылуы мүмкін деген шешімге келіп отыр.

2-бөлім. Фуллерендерді алу жолдары.

2. 1. Фуллерендерді алу технологиясы.

Қазіргі таңда фуллерендерді алу әдісінің екі түрі белгілі: көміртектерді пиролиздеу және графитті сублимациялау. Фуллерендерді алудың тиімді әдісі ретінде графиттің термиялық ыдырауы болып табылады. Сонымен қатар, графитті буландырумен бірге бензол немесе басқа органикалық заттардың жануы кезінде, полимерлердің абляциясы кезінде, көміртек қосылыстары мен күйеден, кластерлерді буландыру кезінде фуллернедер түзіледі. Фуллерен өндірісінде алғаш рет патент 1997 ж. В. Кретчллерге беріліп фуллерендік доға деп аталды. Фуллерендерді алу қондырғысы қарапайым келеді және 3. 19-суретте көрсетілген.

10-20 В қуатты, 100-200 А күш, 60 Гц жиелік тоқты графит электроды арқылы өткенде графит ұнтақталады. Пружинаны реттеу арқылы қысым графитке емес доғаға өтетінін байқауға болады. 100-150 мм. сын. бағ. қысыммен гелийді камераға толтырады. Бұл қондырғыда графиттің булану тиімділігі 10 г/В жетеді. Сонымен қатар сумен салқындатылған мыс корпусы күйемен толығады. Алынған ұнтақты бірнеше уақыт қайнатылған толуолда ұстаса қара-қоңыр сұйықтыққа айналады. Сұйықтықты буландырғанда аз дисперсті ұнтақ түзеді. Ұнтақ массасының 10% графитті күйені құрайды. Ұнтақтың 10% фуллерендер, соның ішінде С60 фуллерені 90 % жуық, С70 10% құрайды.

Фуллерен синтезі көміртекті сұйық кластердің түзілуінің бастапқы сатысы. Кристалданған фуллерендер бос атомдар мен микрокластерлер түзеді. Сонымен қатар, фуллерендерді түзілу әдісінің бірі көміртекті кластерлерді жандыру болып табылады.

1-графитті электродтар; 2- суытылған мыс; 3- мысты корпус; 4- серпіндер

3. 19-сурет. Фуллерендерді алуға арналған қондырғы сұлбасы

Көрсетілген фуллерендерді алу әдістерінде гелий буфер газының қызметін атқарады. Сонымен қатар, гелий атомы көміртек атомдарының қосылу кезінде энергияны өзіне сіңіреді. Гелийдің оптималды қысымы 100 мм. сын. бағ. құрайды.

Таза С60 фуллерен алу үшін электр доғаны разрядтты қондырғы қолдансада жеткілікті. Фуллерендерді синтездеу үшін сұйық хромотография негізіндегі қиын және бағалы экстракция процесін талап етеді. Соның нәтижесінде тек бөліп алмай, сонымен бірге аз кездесетін С70, С84, С90 және С94 фуллерендері С60 қатар бірге өсіріп алу мүмкіндігі бар.

Мысал ретінде электрлік доға көмегімен графитті электродты термиялық буландыру кезіндегі көмір конденсатын қарастыруға болады. Таза С60фуллерен 95:5 қатынастағы гексан және толуол қоспасымен шайылады. Ерітіндідегі толуолды 50% дейін көбейту таза С70 фуллерен алуға мүмкіндік туғызады. Толуолдың концентрациясын көбейту нәтижесінде сары түсті таза С76, С84, С90 және С94 фуллерендер түзілгенін көруге болады. Бірінші фракцияны 95:5 қатынастағы гексан мен толуол қоспасы С70 молекуласының еруіне әкеледі. Қалған сары түсті конденсат С76 молекуласынан тұрады. Ерімеген қалған 100-250 көміртек атомынан тұратын фуллерендерді 1, 2, 4- трихлорбензол көмегімен өңдейді. Аталған әдістер 200 гр/с дейін фуллерндерді алуға мүмкіншілік береді.

2. 2. Көмірді тазалау әдістері

Фуллерендер қалыптасуы және өнімді детективциялау туралы нақты ақпараттар спектралды талдаудың негізі ретінде пайдаланылады. Ол сонымен қатар фуллерендерді салыстыру әдісіне де жатады. Мысалы, Ceo молекуласын жұтатын инфрақызыл спектріне кедей осы молекуланың симметриясының жоғарылығының тікелей белгісі, ақырында оның құрылымының айқын дәлелі. Ceo молекуласын жұтатын ИК-спектрінде төрт мықты жұту сызықтары бөлінеді энергия орталығымен 1429, 1183, 577 и 528 см-1 және диапазонда 3-10 см"1 өзгертілетін көлденеңінің ұзындығымен. Егерде фуллерен молекуласы атмосферада шамалы көлемде болса, олардың барлығы осы жұтатын жолдармен қабылданады. Нақты осы факті фуллерендер өндірісінде бүгінгі күннің жаңа технологиясын шығаруда басты рольді атқарды, себебі авторлар шаңды жұту спектрінде екі өркешті құрылымды байқап, оны күшейтуге тырысқан. Егерде фуллерен 13С изотопынан тұратын болса, жұту жолдары қызыл салаға қарай жылжиды. Ceo фуллереннің ИК-жұту спектрінде көрсетілген ауыстыру энергиясы, Ceo құрылымы мотақ икосаэдр болады деген жобамен орындалған есептеріне сәйкес.

Жоғары симметриялы С60 молекуласы жұту спектріне кедей, бірақта комбинациялы шашырау спектіріне бай. Ceo және С70 молекулаларының комбинациялық спектрінің толық зерттелуі жұмыста орындалған. Онда спектрлік шешу 9 см-1 құрастырады. Вольфрам фольгасына жағылған көмір шаңының комбинациялық шашырауының типті спектрі жұмыста алынған. Жиіліктері 1568, 1232, 1185, 1062 және 260 см"1 жолдар С70 молекуласына жатады, ал жиіліктері 1469, 497 және 172 см-1 жолдар Ceo молекуласына жатады. Мұны зерттелетін С70 фуллереннің құрылымын өзгерту арқылы жетілдіреді.

Сонымен комбинациялы шашырату спектрі фуллерендерді талдаудың өте қолайлы әдісі болып саналады. 2-ші таблицада салыстырмалы интенсивті жиіліктер және күйенің комбинациялық шашырау жолдарының иденсификациясы көрсетілген. Күштілеу жолдарына шашырайтын сәуленің деполяризация деңгейі р = 1±/1\\ көрсетілген. Мұнда, 7j_, /ц - шығатын шағылыстың поляризацияға перпендикулярлы және қатарлы интенсивті поляризациясымен шашырайтын сәулесі.

Таблица 1. Интенсивтікке салыстырмалы комбинациялық жиіліктер және фуллерені бар көмір күйесінің комбинациялық шашырауының сызықтарының деполяризациялық коэффициенті

.

---

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.

• Іс жүргізу
• Автоматтандыру, Техника
• Алғашқы әскери дайындық
• Астрономия
• Ауыл шаруашылығы
• Банк ісі
• Бизнесті бағалау
• Биология
• Бухгалтерлік іс
• Валеология
• Ветеринария
• География
• Геология, Геофизика, Геодезия
• Дін
• Ет, сүт, шарап өнімдері
• Жалпы тарих
• Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
• Журналистика
• Информатика
• Кеден ісі
• Маркетинг
• Математика, Геометрия
• Медицина
• Мемлекеттік басқару
• Менеджмент
• Мұнай, Газ
• Мұрағат ісі
• Мәдениеттану
• ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
• Педагогика
• Полиграфия
• Психология
• Салық
• Саясаттану
• Сақтандыру
• Сертификаттау, стандарттау
• Социология, Демография
• Спорт
• Статистика
• Тілтану, Филология
• Тарихи тұлғалар
• Тау-кен ісі
• Транспорт
• Туризм
• Физика
• Философия
• Халықаралық қатынастар
• Химия
• Экология, Қоршаған ортаны қорғау
• Экономика
• Экономикалық география
• Электротехника
• Қазақстан тарихы
• Қаржы
• Құрылыс
• Құқық, Криминалистика
• Әдебиет
• Өнер, музыка
• Өнеркәсіп, Өндіріс