Növény fullerének. A vízről. Kicsi, de precíz

A fullerének előállításának leghatékonyabb módja a grafit hőbontásán alapul. A grafit mérsékelten hevítve az egyes grafitrétegek közötti kötés megszakad, de az elpárolgott anyag nem bomlik le egyedi atomokra. Ebben az esetben az elpárolgott réteg egyedi töredékekből áll, amelyek hatszögek kombinációja. Ezekből a fragmentumokból épül fel a C60 molekula és más fullerének. A grafit fullerének előállításához történő lebontásához grafitelektróda rezisztív és nagyfrekvenciás melegítését, szénhidrogének elégetését, a grafitfelület lézeres besugárzását és a grafit fókuszált napsugárral történő elpárologtatását alkalmazzák. Ezeket a folyamatokat puffergázban hajtják végre, amely általában hélium. Leggyakrabban fullerének előállítására ívkisülést használnak grafitelektródákkal hélium atmoszférában. A hélium fő szerepe a hűtési fragmentumokhoz kapcsolódik, amelyek nagy fokú vibrációs gerjesztéssel rendelkeznek, ami megakadályozza, hogy stabil szerkezetekké egyesüljenek. Az optimális héliumnyomás 50-100 Torr.

A módszer alapja egyszerű: két grafitelektróda között elektromos ívet gyújtanak meg, amelyben az anód elpárolog. A reaktor falára 1-40% fulleréneket tartalmazó korom rakódik le (a geometriai és technológiai paraméterektől függően). A fullerének fulleréntartalmú koromból való extrahálásához elválasztást és tisztítást, folyadékextrakciót és oszlopkromatográfiát alkalmaznak. Az első szakaszban a kormot nem poláros oldószerrel (toluol, xilol, szén-diszulfid) kezelik. Az extrakció hatékonyságát Soxhlet készülék vagy ultrahangos kezelés biztosítja. A képződött fullerének oldatot szűréssel és centrifugálással elválasztják a csapadéktól, az oldószert ledesztillálják vagy bepárolják. A szilárd üledék fullerének keverékét tartalmazza, amelyet az oldószer különböző mértékben szolvatál. A fullerének egyedi vegyületekre történő szétválasztását oszlopos folyadékkromatográfiával vagy nagynyomású folyadékkromatográfiával végezzük. A szilárd fullerén mintából az oldószer maradékát úgy távolítjuk el, hogy dinamikus vákuum körülmények között több órán át 150-250 °C hőmérsékleten tartjuk. A tisztaság további növelése a tisztított minták szublimálásával érhető el

8. A fullerének és fulleritek gyakorlati felhasználásának kilátásai

A fullerének felfedezése már a szilárdtestfizika és -kémia (sztereokémia) új ágainak létrejöttéhez vezetett. A fullerének és származékaik biológiai aktivitását aktívan tanulmányozzák. Kimutatták, hogy ennek az osztálynak a képviselői képesek gátolni a különböző enzimeket, a DNS-molekulák specifikus hasítását okozzák, elősegítik az elektronok átvitelét a biológiai membránokon keresztül, és aktívan részt vesznek a szervezet különböző redox folyamataiban. Megkezdődött a fullerének metabolizmusának tanulmányozása, különös tekintettel a vírusellenes tulajdonságokra. Kimutatták, hogy egyes fullerén-származékok képesek gátolni az AIDS-vírus proteázát. Széles körben vitatják a fullerének radioaktív izotópokkal alkotott, vízben oldódó endoédervegyületein alapuló rákellenes gyógyszerek létrehozásának ötletét. De itt elsősorban a fullerén anyagok technológiai és elektronikai felhasználásának kilátásait fogjuk érinteni.

Szuperkemény anyagok és gyémántok beszerzésének lehetősége. Nagy reményeket fűznek ahhoz, hogy a részleges sp^3 hibridizációval rendelkező fullerént nyersanyagként használják fel a grafit helyettesítésére a műszaki felhasználásra alkalmas gyémántok szintézisében. Japán kutatók, akik a nyomásnak a fullerénre gyakorolt ​​hatását vizsgálták 8-53 GPa tartományban, kimutatták, hogy a fullerén-gyémánt átmenet 16 GPa nyomáson és 380 K hőmérsékleten kezdődik, ami lényegesen alacsonyabb, mint a

a grafit-gyémánt átmenethez. Megszerzésének lehetősége

nagy (600-800 mikronos) gyémántok 1000 °C hőmérsékleten és 2 GPa nyomásig. A nagy gyémántok hozama elérte a 33 súlyt. %. Az 1331 cm^-1 frekvenciájú Raman-szórási vonalak szélessége 2 cm^-1 volt, ami a kapott gyémántok kiváló minőségét jelzi. Szuperkemény nyomással polimerizált fullerit fázisok előállításának lehetőségét is aktívan tanulmányozzák.

Fullerének, mint prekurzorok a gyémántfilmek és a szilícium-karbid növekedéséhez. A nagy hézagú félvezetők, például a gyémánt és a szilícium-karbid fóliái ígéretesek a magas hőmérsékletű, nagy sebességű elektronikában és az optoelektronikában, beleértve az ultraibolya tartományt is. Az ilyen eszközök költsége a kémiai leválasztási (CVD) módszerek kidolgozásától függ a széles hézagú fóliák esetében, és ezeknek a módszereknek a szabványos szilíciumtechnológiával való kompatibilitásától. A gyémántfilmek termesztésének fő problémája, hogy a reakciót előnyben részesítsék a fázis kialakulásának útvonalán sp^3, és Nem sp^2. Hatékonynak tűnik a fullerének kétféle felhasználása: növeljük a gyémánt gócképző központok képződési sebességét a szubsztrátumon, és megfelelő „építőköveként” használjuk őket a gázfázisú gyémánttermesztéshez. Kimutatták, hogy a C60 széttöredezése mikrohullámú kisülésben történik a C2-n, amelyek alkalmas anyagok gyémántkristályok növekedésére. A MER Corporation kiváló minőségű gyémántfilmeket állított elő 0,6 µm/h növekedési sebességgel, fullerének felhasználásával növekedési és gócképző prekurzorként. A szerzők azt jósolják, hogy ez a magas növekedési ütem jelentősen csökkenti a CVD-gyémántok költségeit. Jelentős előnye, hogy a fullerének megkönnyítik a rácsparaméterek egyeztetésének folyamatát a heteroepitaxia során, ami lehetővé teszi az IR anyagok szubsztrátként történő felhasználását.

A jelenlegi szilícium-karbid gyártási eljárások 1500 °C-ig terjedő hőmérséklet alkalmazását teszik szükségessé, ami rosszul kompatibilis a szabványos szilícium technológiával. De fullerének használatával szilícium-karbid állítható elő egy C60 film szilícium szubsztrátumra történő felhordásával, további hőkezeléssel 800-900 °C-ot meg nem haladó hőmérsékleten, 0,01 nm/s növekedési sebességgel a Si hordozón.

Fullerének, mint litográfiai anyag. Lézer- vagy elektronsugár hatására polimerizálódnak, és ezáltal szerves oldószerekben oldhatatlan fázist képeznek, szubmikronos litográfiához való rezisztként való felhasználásuk ígéretes. A fullerén fóliák jelentős melegítést bírnak, nem szennyezik az aljzatot, és lehetővé teszik a száraz fejlődést.

Fullerének, mint új anyagok a nemlineáris optikához. Fullerén tartalmú anyagok (oldatok, polimerek, erősen nemlineáris optikai tulajdonságokkal rendelkező folyadékok ígéretesek az intenzív lézersugárzás optikai korlátozójaként (csillapítójaként); fotorefraktív közeg dinamikus hologramok rögzítésére; frekvenciaváltó; fáziskonjugációs eszközök).

A legtöbbet vizsgált terület a C60-as és szilárd megoldásokon alapuló optikai teljesítménykorlátozók létrehozása. A nemlineáris átviteli korlátozás hatása körülbelül 0,2-0,5 J/cm^2-nél kezdődik, a telített optikai átvitel szintje 0,1-0,12 J/cm2-nek felel meg. Az oldat koncentrációjának növekedésével az energiasűrűség-korlátozás szintje csökken. Például, ha a mintában az úthossz 10 mm (kollimált nyaláb) és a toluolos C60-oldat koncentrációja 1 * 10^-4, 1,65 * 10^-4 és 3,3 * 10^-4 M, a telített Az optikai limiter áteresztőképessége 320, 165 és 45 mJ/cm 2 -nek bizonyult. Kimutatták, hogy 532 nm hullámhosszon, különböző t impulzusidőtartamoknál (500 fs, 5 ps, 10 ns) a nemlineáris optikai korlát 2, 9 és 60 mJ/cm^2 energiasűrűségnél nyilvánul meg. Nagy bemeneti energiasűrűségeknél (több mint 20 J/cm^2) a gerjesztett szintről való nemlineáris telített abszorpció hatása mellett a mintában a nyaláb defókuszálása figyelhető meg, ami nemlineáris abszorpcióval jár, a a minta hőmérséklete és a törésmutató változása a nyaláb áthaladásának tartományában. Magasabb fullerének esetén az abszorpciós spektrumok határa hosszabb hullámhosszra tolódik el, ami lehetővé teszi, hogy λ = 1,064 μm-nél optikai határértéket kapjunk.

Szilárdtest optikai limiter létrehozásához elengedhetetlen, hogy fulleréneket vigyünk be egy szilárdtest mátrixba, miközben a molekula egészét megőrizzük, és homogén szilárd oldatot képezünk. Szükséges továbbá egy nagy sugárzásállóságú, jó átlátszóságú és jó optikai minőségű mátrix kiválasztása. Szilárdtest-mátrixként polimereket és üveges anyagokat használnak. Beszámoltak a C60 szilárd SiO 2-os oldatának sikeres előállításáról szol-gél technológiával. A minták optikai határa 2-3 mJ/cm^2 volt, a pusztulási küszöbük pedig több mint 1 J/sv^2. Leírnak egy polisztirol mátrixon lévő optikai határolót is, és bemutatják, hogy ebben az esetben az optikai korlátozó hatása 5-ször jobb, mint az oldatban lévő C60 esetében. A fullerének lézerfoszfát üvegekbe való bejuttatása során kimutatták, hogy a poharakban lévő C60 és C70 fullerének nem pusztulnak el, és a fullerénekkel adalékolt üvegek mechanikai szilárdsága nagyobb, mint a tiszta üvegeké.

A nemlineáris optikai sugárzás teljesítménykorlátozásának érdekes alkalmazása a fullerének alkalmazása lézerüregben a tüske mód elnyomására az önmódú zárolás során. A fulleréneket tartalmazó közeg nagyfokú nemlinearitása bistabil elemként használható impulzuskompresszióhoz nanoszekundumos időtartamú tartományban.

Fullerének jelenléte az elektronszerkezetben pi Az -elektronikus rendszerek, mint ismeretes, a nemlineáris szuszceptibilitás nagy értékéhez vezetnek, ami hatékony harmadik optikai harmonikus generátorok létrehozásának lehetőségét sugallja. A nemlineáris szuszceptibilitási tenzor x (3) nullától eltérő összetevőinek jelenléte szükséges feltétele a harmadik harmonikusgenerációs folyamat megvalósításának, de gyakorlati alkalmazásának több tízszázalékos hatékonysággal a fázisillesztés megléte a közeg szükséges. Hatékony generáció

kölcsönható hullámok kvázi szinkronizálásával réteges struktúrákban nyerhető. A fullerént tartalmazó rétegek vastagsága megegyezzen a koherens kölcsönhatás hosszával, az őket gyakorlatilag nulla köbös szuszceptióval elválasztó rétegek pedig olyan vastagságúak legyenek, amely biztosítja a fáziseltolódást. pi az alapfrekvencia és a harmadik harmonikus sugárzás között.

Fullerének, mint új félvezető és nanoszerkezeti anyagok. A fulleriteket, mint félvezetőket körülbelül 2 eV-os sávszélességgel, térhatású tranzisztorok, fotovoltaikus eszközök, napelemek készítésére lehet használni, és erre is van példa. Paraméterekben azonban aligha vehetik fel a versenyt a hagyományos Si- vagy GaAs-alapú fejlett technológiájú készülékekkel. Sokkal ígéretesebb a fullerén molekula kész nanoméretű objektumként való felhasználása nanoelektronikai eszközök és új fizikai elveken alapuló eszközök létrehozására.

Egy fullerén molekula például meghatározott módon elhelyezhető egy szubsztrát felületén pásztázó alagútmikroszkóp (STM) vagy atomerőmikroszkóp (AFM) segítségével, és ez felhasználható információrögzítésre. Az információk olvasásához ugyanazzal a szondával felületi szkennelést alkalmaznak. Ebben az esetben 1 bit információ egy 0,7 nm átmérőjű molekula jelenléte vagy hiánya, amely lehetővé teszi az információrögzítés rekordsűrűségének elérését. Ilyen kísérleteket végeznek Bellnél. A ritkaföldfém elemek, például a terbium, gadolínium és diszprózium endoéder komplexei, amelyek nagy mágneses momentumokkal rendelkeznek, szintén érdekesek az ígéretes memóriaeszközök számára. Az ilyen atomot tartalmazó fullerénnek mágneses dipólus tulajdonságaival kell rendelkeznie, amelynek orientációja külső mágneses térrel szabályozható. Ezek a komplexek (egyrétegű film formájában) akár 10^12 bit/cm^2 rögzítési sűrűségű mágneses adathordozó alapjául is szolgálhatnak (összehasonlításképpen az optikai lemezek 10-es felületi rögzítési sűrűséget tesznek lehetővé ^8 bit/cm^2).

12. ábra . C60 molekulán alapuló egymolekulás tranzisztor sematikus diagramja

Fizikai elveket dolgoztak ki egy tranzisztor analógjának létrehozására egyetlen fullerén molekulán, amely erősítőként szolgálhat a nanoamper tartományban ( rizs. 12). A C60 molekula egyik oldalán kétpontos nanokontaktusok találhatók körülbelül 1-5 nm távolságra. Az egyik elektróda forrás, a másik a lefolyó szerepét tölti be. A harmadik elektróda (rács) egy kis piezoelektromos kristály, és a molekula másik oldalán van der Waals távolságra kerül. A bemeneti jel egy piezoelektromos elemre (csúcsra) kerül, amely deformálja az elektródák - forrás és lefolyó között elhelyezkedő molekulát, és modulálja az intramolekuláris átmenet vezetőképességét. Az áramáramlás molekuláris csatornájának átlátszósága a fém hullámfüggvényeinek elmosódásának mértékétől függ a fullerénmolekula tartományában. Ennek a tranzisztoreffektusnak egy egyszerű modellje egy alagútsorompó, amelynek magasságát a szélességétől függetlenül modulálják, azaz a C60 molekulát természetes alagútgátként használják. Az ilyen elem feltételezett előnyei a kis méretek és az elektronok nagyon rövid repülési ideje alagút üzemmódban a ballisztikus esethez képest, ebből ered az aktív elem nagyobb teljesítménye. Az integráció lehetőségét, vagyis C60-as molekulánként egynél több aktív elem létrehozását fontolgatják.

Szén nanorészecskék és nanocsövek

A C60 és C70 fullerének felfedezése után a grafit elektromos ívben vagy erős lézersugárral történő elégetésével nyert termékek tanulmányozása során szénatomokból álló részecskéket fedeztek fel, amelyek megfelelő alakúak és méretűek több tíz és több száz nanométer között. a fullerének mellett kapta a nevet nanorészecskék is .

Felmerül a kérdés: miért tartott olyan sokáig felfedezni a fulleréneket, amelyeket egy olyan általános anyagból, mint a grafit, nyernek? Ennek két fő oka van: egyrészt a szénatomok kovalens kötése nagyon erős: megszakításához 4000 °C feletti hőmérsékletre van szükség; másodszor, detektálásukhoz nagyon összetett berendezésekre – nagy felbontású transzmissziós elektronmikroszkópokra – van szükség. Mint ismeretes, a nanorészecskék a legfurcsább formájúak lehetnek. Különféle szénképződmények ismert formában mutatkoztak be. Gyakorlati szempontból a nanocsövek a legnagyobb érdeklődésre számot tartó nanoelektronika számára, amely ma már felváltja a mikroelektronikát. Ezeket a szénképződményeket S. Ijima japán tudós fedezte fel 1991-ben. A nanocsövek véges grafitsíkok, amelyeket hengerbe hengereltek, és lehetnek nyitott vagy zárt végei. Ezek a képződmények tisztán tudományos szempontból is érdekesek, mint az egydimenziós struktúrák modelljei. Valójában 9 A (0,9 nm) átmérőjű egyfalú nanocsöveket fedeztek fel. Az oldalsó felületen a szénatomok, akárcsak a grafit síkban, hatszögletű csomópontokban helyezkednek el, de a hengereket a végén takaró csészékben ötszögek és háromszögek is létezhetnek. Leggyakrabban a nanocsövek koaxiális hengerek formájában jönnek létre.

A nanocső képződmények tulajdonságainak tanulmányozásának fő nehézsége, hogy jelenleg nem érhetők el makroszkopikus mennyiségben úgy, hogy a csövek axiális tengelyei együtt vannak irányítva. Mint már említettük, a kis átmérőjű nanocsövek kiváló modellként szolgálnak az egydimenziós struktúrák jellemzőinek tanulmányozására. Várható, hogy a nanocsövek, mint a grafit, jól vezetik az elektromosságot, és valószínűleg szupravezetők. Az ilyen irányú kutatások a közeljövő kérdése.

A www.fullwater.com.ua anyagai alapján

"FULLEREN – AZ ÉLET MÁTRIX..."

Tehát a szén jól ismert formáival – gyémánttal és grafittal – ellentétben a fullerén az molekula, szénatomokból áll. A fullerének C60 családjának legfontosabb képviselője 60 szénatomból áll. Valójában nem mondhatjuk, hogy „gyémánt vagy grafit molekula”, ezek csak kristályformák, a szénatomok bizonyos térbeli elrendezésével a rácsban. A fullerén a szén egyetlen molekuláris formája.

A természet sok egymásnak ellentmondó fogalmat egyesített egy tárgyban.

A fullerén összekötő kapocs a szerves és szervetlen anyagok között. Ez egy molekula, egy részecske és egy klaszter. A C60 molekula átmérője 1 nm, ami megfelel az anyagok „valódi” molekuláris és kolloid állapota közötti diszperziós határnak.

Ha belenézünk a fullerénbe, csak egy elektromágneses terekkel átitatott űrt találunk. Más szavakkal, egy körülbelül 0,4 nm átmérőjű üreges teret fogunk látni, amelyben a „ semmi" - vákuum, szénburokba zárva, mint egy tartályféle. Ezen túlmenően ennek a tartálynak a fala nem engedi, hogy anyagrészecskék (ionok, atomok, molekulák) behatoljanak a belsejébe. De maga az üreges tér, mintha a kozmosz része lenne, inkább valami mint semmi sem képes részt venni a külső anyagi környezettel való finom, információs interakciókban. A fullerén molekulát „vákuumbuboréknak” nevezhetjük, amelyre nem alkalmas az a jól ismert tézis, hogy a természet irtózik a vákuumtól. Vákuum és anyag– az univerzum két alapja harmonikusan egyesül egy molekulában.

A fullerének másik figyelemre méltó tulajdonsága a vízzel való kölcsönhatás. Ismeretes, hogy a kristályos forma vízben oldhatatlan. A fullerének vizes oldatainak előállítására tett sok kísérlet kolloid vagy durván diszpergált fullerén-víz rendszerek kialakulásához vezet, amelyekben a részecskék nagyszámú molekulát tartalmaznak kristályos formában. Vizes molekuláris oldatok előállítása lehetetlennek tűnik. És egy ilyen megoldás nagyon fontos, elsősorban a biológiában és az orvostudományban való felhasználásuk miatt. A fullerének felfedezése óta magas biológiai aktivitásukat jósolták. A fullerének hidrofóbságáról kialakult, általánosan elfogadott vélemény azonban sok tudós erőfeszítéseit irányította vízoldható származékok vagy szolubilizált formák létrehozására. Ilyenkor a fullerén molekulához különféle hidrofil gyökök kapcsolódnak, vagy vízben oldódó polimerekkel, felületaktív anyagokkal veszik körül őket, aminek köszönhetően a fullerén molekulák „kénytelenek” a vizes környezetben maradni. Sok tanulmány megállapította a csúcsot biológiai aktivitás. A külső szénhéj bármilyen változása azonban a fullerénmolekula elektronszerkezetének és szimmetriájának megsértéséhez vezet, ami viszont megváltoztatja a környezettel való kölcsönhatásának sajátosságait. Ezért a mesterségesen átalakított fullerénmolekulák biológiai hatása nagymértékben függ a kapcsolódó gyökök természetétől és a benne lévő oldódást elősegítő anyagoktól és szennyeződésektől. A fullerénmolekulák a legszembetűnőbb egyéniséget módosítatlan formájukban, és különösen vízben oldott molekuláris oldataikban mutatják.

Az így kapott fullerének vizes oldatai időben (több mint 2 évig) stabilak, fizikai-kémiai tulajdonságaik változatlanok és összetételük állandó. Ezek az oldatok nem tartalmaznak mérgező szennyeződéseket. Ideális esetben csak víz és fullerén. Ezenkívül a fullerén beépül a víz természetes többrétegű szerkezetébe, ahol az első vízréteg szilárdan kapcsolódik a fullerén felületéhez a víz oxigénje és a fullerén felszínén lévő akceptor központok közötti donor-akceptor kölcsönhatások miatt. .

Egy ilyen nagy molekula vízzel alkotott komplexe jelentős pufferkapacitással is rendelkezik. Felülete közelében 7,2-7,6 pH-értéket tartanak fenn, ugyanez a pH-érték a szervezet egészséges sejtjeinek nagy részének membránjainak felszínén. Számos sejtes „betegség” folyamat kíséri a pH-érték változását a membrán felszíne közelében. Ugyanakkor egy beteg sejt nemcsak kényelmetlen körülményeket teremt magának, hanem negatívan befolyásolja szomszédait. A hidratált fullerén a sejt felszínéhez közel lévén képes megőrizni egészséges pH-értékét. Így kedvező feltételek jönnek létre ahhoz, hogy a sejt megbirkózzon betegségével.

A hidratált fullerén legfigyelemreméltóbb tulajdonsága pedig az képes semlegesíteni az aktív gyököket. A fullerén antioxidáns hatása 100-1000-szer nagyobb, mint az ismert antioxidánsoké (például E-vitamin, dibunol, b-karotin). Ezenkívül a hidratált fullerén nem csökkenti a szabad gyökök természetes szintjét a szervezetben, és csak akkor válik aktívvá, ha növeli koncentrációjukat. És minél több szabad gyök képződik a szervezetben, a hidratált fullerén annál aktívabban semlegesíti azokat. A fullerén antioxidáns hatásának mechanizmusa alapvetően eltér a gyakorlatban használt ismert antioxidánsok hatásától. Így egy gyök közömbösítéséhez egy hagyományos antioxidáns molekulára van szükség. Egy hidratált fullerén molekula pedig korlátlan számú aktív gyököt képes semlegesíteni. Ez egyfajta antioxidáns katalizátor. Ráadásul maga a fullerénmolekula nem vesz részt a reakcióban, csak a vízklaszter szerkezetformáló eleme. ...

A múlt század elején Vernadsky akadémikus észrevette, hogy az élő anyagot nagy szimmetria jellemzi. A szervetlen világgal ellentétben sok élőlénynek ötödrendű szimmetriatengelye van. A Fullerene C60-nak 6 ötödrendű tengelye van; ez az egyetlen molekula a természetben ilyen egyedi szimmetriával. Már a fullerének felfedezése előtt is ismert volt, hogy egyes fehérjék molekuláris szerkezete fullerén alakú; egyes vírusok és más létfontosságú biológiai struktúrák (például) hasonló szerkezetűek. Érdekes összefüggés a fullerén molekula és minimális klasztere között a DNS másodlagos szerkezete. Tehát a C60 molekula mérete megfelel a DNS-ben található három pár komplementer bázis távolságának, az ún. kodon amely a szintetizált fehérje egy aminosavának kialakulásához szükséges információkat adja meg. A DNS-spirál menetei közötti távolság 3,4 nm, az első gömb alakú C60-klaszter, amely 13 fullerénmolekulából áll, azonos méretű.

Ismeretes, hogy a szén, különösen a grafit és az amorf szén képes adszorbeálni a felületükön lévő legegyszerűbb molekulákat, beleértve azokat is, amelyek az élet alapjainak kialakítása során összetettebb biológiailag fontos molekulák képződésének anyagai lehetnek. ügy. A fullerén akceptor tulajdonságainak köszönhetően képes szelektív kölcsönhatásba lépni más molekulákkal, és vizes környezetben ezeket a tulajdonságokat a felszínétől jelentős távolságra lévő rendezett vízrétegekbe adja át.

Számos elmélet létezik az élet szervetlen anyagból való eredetéről, és ezek fő feltételei olyan tényezők, mint pl

1. Egyszerű molekulák (CO, NO, NH3, HCN, H2O stb.) koncentrálódása olyan aktív centrumok közelében, ahol külső energiaforrások részvételével reakciók mennek végbe.
2. A kialakult szerves molekulák komplikációja polimerrel és elsődleges rendezett struktúrákkal.
3. Magasrendű struktúrák kialakítása.
4. Önreprodukáló rendszerek kialakulása.

Kísérletileg a prebiológiai időszakban a Földön fennálló feltételek megteremtésekor az első tényező megfigyelésének lehetősége igazolódott. Ilyen körülmények között létfontosságú és jelentéktelen aminosavak és néhány nukleinbázis képződése teljesen lehetséges. Az élet létrejöttéhez szükséges összes feltétel teljesülésének valószínűsége azonban gyakorlatilag nulla. Ez azt jelenti, hogy léteznie kell valamilyen más feltételnek, amely lehetővé teszi az egyszerű elemek összeállítási mechanizmusának céltudatos megvalósítását, a komplexitást és a keletkező szerves vegyületek rendezését az élő anyag megjelenésének szintjére. És ez a feltétel véleményünk szerint egy mátrix jelenléte. Ennek a mátrixnak állandó összetételűnek kell lennie, nagy szimmetriájúnak kell lennie, kölcsönhatásba kell lépnie (de nem erősen) a vízzel, jelentős távolságra más molekulák szimmetrikus környezetét kell létrehoznia maga körül, amely képes az aktív gyököket a felülete közelében koncentrálni, és a képződéssel elősegíteni semlegesítésüket. Az összetett szerves molekulák egyidejűleg védik a semleges formákat az aktív gyökök támadásaitól, hasonló szerkezeteket és hasonló szerkezeteket képeznek a vízi környezetben. És ami a legfontosabb, a szénélet mátrixának szénnek kell lennie. Mindezeket a követelményeket pedig a fullerén hidratált állapotában kielégíti. És valószínűleg a C60 fullerének család fő és legstabilabb képviselője. Lehetséges, hogy az élet keletkezése nem elsődleges aktus, hanem ez a folyamat folyamatosan megy végbe, és valamilyen módon befolyásolja az élet fejlődését, a meglévő élet próbáját és új formáinak kialakulását.

A fullerének mindenhol léteznek a természetben, ahol szén van és nagy az energia. Széncsillagok közelében, csillagközi térben, villámcsapáskor vagy vulkánkráterek közelében léteznek, még akkor is, ha a gázt otthoni gáztűzhelyben égetik el. A fullerének olyan helyeken is megtalálhatók, ahol a szénkőzetek felhalmozódnak. Különleges hely itt a karéliai shungit kőzetek. Ezek a kőzetek, amelyek akár 90%-ban tiszta szenet tartalmaznak, körülbelül 2 milliárd évesek. Eredetük természete még mindig nem tisztázott. Az egyik feltételezés egy nagy szénmeteorit lezuhanása. BAN BEN shungit A természetes fulleréneket először fedezték fel. Sikerült a fullerén C60 kinyerése és azonosítása shungitban is.

I. Péter kora óta van gyógyforrás Karéliában. Márciális vizek" Hosszú évekig senki sem tudta határozottan megmagyarázni ennek a forrásnak a gyógyító tulajdonságait. Feltételezték, hogy az egészségjavító hatás oka a megnövekedett vastartalom. A földön azonban sok vastartalmú forrás található, de általában nincs gyógyító hatása. Csak miután felfedezték a fulleréneket a shungit kőzetekben, amelyeken keresztül a forrás átfolyik, felmerült az a feltételezés, hogy a fullerének a harci vizek terápiás hatásának kvintesszenciája. Ennek a víznek a gyógyító tulajdonságai azonban, mint az olvadékvíz, nem tartanak sokáig. Nem palackozható és szükség szerint felhasználható. Már másnap elveszti tulajdonságait. A fulleréneket és fullerénszerű struktúrákat tartalmazó kőzeten áthaladó marciális víz csak a kőzet által adott szerkezettel „telítődik”. A tárolás során pedig ezek az éltető fürtök szétesnek. A fullerén nem kerül spontán módon a vízbe, ezért nincs olyan szerkezetképző elem, amely hosszú ideig képes lenne fenntartani a rendezett vízcsoportokat, és ennek következtében az ilyen víz gyorsan elnyeri a közönséges víz tulajdonságait. Ráadásul a benne jelenlévő ionok maguk is átrendezik a víz természetes szerkezetét, saját hidratációs klasztereket hozva létre.

Miután megkaptuk a fullerének molekuláris kolloid oldatát vízben, megpróbáltuk laboratóriumban reprodukálni a martivizek esszenciáját. Ehhez azonban nagy tisztaságú vizet vettek, és homeopátiás adagban fullerének vizes oldatát adták hozzá. Ezt követően elkezdtek biológiai teszteket végezni különböző modelleken. Az eredmények elképesztőek voltak. A patológia szinte minden modelljében pozitív biológiai hatást találunk. A kísérletek több mint 10 éve folynak. Egy jól lefolytatott kísérlettel az élő szervezetben bekövetkező kóros elváltozások szinte mindig megpróbálnak normalizálódni. De ez nem egy célzott gyógyszer vagy egy idegen kémiai vegyület, hanem egyszerűen egy vízben oldott széngömb. Ezenkívül az a benyomásunk támad, hogy a hidratált fullerén hajlamos a " normál állapot"Minden változás a testben, azokban a struktúrákban, amelyeket mátrixként hozott létre az élet keletkezésének folyamatában.

Fullerének ennek a fogalomnak a legáltalánosabb értelmében nevezhetünk kísérleti úton előállított és hipotetikus molekulákat, amelyek kizárólag szénatomokból állnak, és konvex poliéder alakúak. A szénatomok csúcsaikban helyezkednek el, és C-C kötések futnak az élek mentén.

A fullerén a szén molekuláris formája. Általános meghatározás az fullerének, amelyek szilárd állapotban vannak, általában ún fulleriták. A fullerit kristályszerkezete fullerénmolekulák periodikus rácsa, a kristályos fulleritben pedig a fullerénmolekulák fcc rácsot alkotnak.

A kilencvenes évek eleje óta a fullerén érdekelt a csillagászat, a fizika, a biológia, a kémia, a geológia és más tudományok számára. A fullerénnek fantasztikus gyógyászati ​​tulajdonságait tulajdonítják: például a fullerént állítólag már elkezdték használni a kozmetikumokban, mint öregedésgátló szert a kozmetológiában. A fullerén segítségével a rák, a HIV és más veszélyes betegségek ellen küzdenek. Ugyanakkor ezen adatok újszerűsége, ismerethiánya és a modern információs tér sajátosságai még nem teszik lehetővé a fullerénnel kapcsolatos ilyen jellegű információk iránti száz százalékos bizalmat.

ICM (www.site)

Egy széles körben leegyszerűsített nézőpont az, hogy a fullerén felfedezése előtt a szénnek két polimorf módosulata volt - grafit és gyémánt, majd 1990 után a szén egy másik allotróp formáját adták hozzájuk. Valójában ez nem így van, mert a szén létezési formái meglepően sokfélék (lásd a cikket).

A fullerének felfedezésének története

A szerzőkből álló csapat L.N. Sidorov „Fullerének” című monográfiájában nagyszámú, bár nem mindegyiket foglalt össze erről a témáról: mire a könyv megjelent, a fulleréneknek szentelt kiadványok száma elérte a 15 ezret. A szerzők szerint fullerének felfedezése- a szén – bolygónkon az egyik legelterjedtebb elem – létezésének új formáját a 20. század tudományának egyik legfontosabb felfedezéseként ismerik el. Annak ellenére, hogy a szénatomok régóta ismert egyedülálló képessége, hogy bonyolult elágazó és terjedelmes molekulaszerkezetekké kötődjenek, amely minden szerves kémia alapját képezi, az a lehetőség, hogy egyetlen szénatomból stabil vázmolekulákat képezzenek, még mindig váratlannak bizonyult. Az adatok szerint 1985-ben kísérleti igazolást kaptak arra vonatkozóan, hogy a természetben természetesen előforduló folyamatok során ilyen típusú, 60 vagy annál több atomból álló molekulák keletkezhetnek, de jóval azelőtt már feltételezték a zárt széngömbbel rendelkező molekulák stabilitását.

Fullerének kimutatása közvetlenül kapcsolódik a szén szublimációs és kondenzációs folyamatainak vizsgálatához.

Új szakasz fullerének tanulmányozása 1990-ben jött létre, amikor kifejlesztettek egy módszert új vegyületek grammos mennyiségben történő előállítására, és leírtak egy módszert a fullerének tiszta formában történő izolálására. Ezt követően megállapították a fullerén C60 legfontosabb szerkezeti és fizikai-kémiai jellemzőit. A C60 izomer (buckminsterfullerén) a legkönnyebben képződő vegyület az ismert fullerének közül. A C60 fullerén nevét Richard Buckminster Fuller futurista építész tiszteletére kapta, aki olyan szerkezeteket hozott létre, amelyek kupolás kerete ötszögekből és hatszögekből állt. Ugyanakkor a kutatás során felmerült az igény egy általános névre fullerének zárt felületű (karbonvázas) volumetrikus szerkezetekhez, sokféleségük miatt.

Azt is érdemes megjegyezni, hogy a szénanyagok egy egész sorát nevezték el Buckminster Fullerről: a c60 fullerént (buckminster fullerén) buckyballnak is nevezik (Buckminster Fullernek nem tetszett a „Buckminster” név, és inkább a rövidített „Bucky” nevet választotta). Ezenkívül ugyanazzal az előtaggal néha szén nanocsöveknek - buckytubes -nak, tojás alakú fulleréneknek - buckyegg (buckyball tojás) stb.

ICM (www.site)

A fullerének tulajdonságai. Fullerit

A fullerének tulajdonságai objektív okok miatt nem vizsgálták kellőképpen: viszonylag kis számú laboratóriumnak van lehetősége e tulajdonságok tanulmányozására. Ám a folyóiratokban és a tudományos ismeretterjesztő sajtóban annyi figyelmet szentelnek a fulleréneknek és tulajdonságaiknak... A fullerének csodálatos tulajdonságairól gyakran elképesztő sebességgel és hatalmas léptékben terjednek a nem ellenőrzött információk, ennek eredményeként a fullerének gyenge hangja cáfolata hallatlan marad. Például a tudósok egyik csoportjának állítását, miszerint fullerének vannak a shungitban, többször is tesztelték, de nem erősítették meg (lásd a témát). Mindazonáltal a shungitet ma „természetes nanotechnológiai fullerén tartalmú anyagnak” tartják – ez a kijelentés véleményem szerint eddig inkább marketingfogásnak tűnik.

Egyes kutatók a fullerének olyan riasztó tulajdonságáról számolnak be, mint a toxicitás.

Általános szabály, hogy amikor arról beszélünk fullerének tulajdonságai Ezek kristályos formájukat jelentik - fulleriteket.

Jelentős különbség fullerén kristályok sok más szerves anyag molekuláris kristályaiból, mivel nem figyelhetők meg folyékony fázis. Talán ez annak a ténynek köszönhető, hogy a hőmérséklet 1200 K A folyékony állapotba való átmenet, amelyet a fullerit C 60-nak tulajdonítanak, már meghaladja annak értékét, amelynél maguk a fullerénmolekulák szénvázának észrevehető pusztulása következik be.

Az adatok szerint, hogy fullerének tulajdonságai a rendellenesen magas stabilitásra utal, amit a fulleréneket érintő folyamatok vizsgálati eredményei is bizonyítanak. A szerző különösen azt jegyzi meg kristályos fullerén 1000-1200 K hőmérsékletig stabil anyagként létezik, ami kinetikai stabilitásával magyarázható. Igaz, ez a C60 fullerénmolekula stabilitására vonatkozik inert argonatmoszférában, és oxigén jelenlétében már 500 K-en jelentős oxidáció figyelhető meg CO és CO 2 képződésével.

A munka a C60 és C70 fulleritek elektrofizikai és termodinamikai tulajdonságainak átfogó tanulmányozására irányul extrém sokkterhelés mellett.

Mindenesetre, amikor a fullerének tulajdonságait tárgyaljuk, meg kell határozni, hogy melyik vegyületre gondolunk - C20, C60, C70 vagy más; természetesen ezeknek a fulleréneknek a tulajdonságai teljesen eltérőek lesznek.

Jelenleg fullerének C60, C70és fullerén tartalmú termékeket különféle külföldi és hazai vállalkozások gyártanak és kínálnak eladásra, ezért fulleréneket vásárolniés elfoglalt fullerének tulajdonságainak tanulmányozása elméletileg bárki meg tudja csinálni. A Fullerenes C60 és C70 grammonként 15 és 210 dollár közötti áron kapható, a típustól, tisztasági foktól, mennyiségtől és egyéb tényezőktől függően. Fullerének gyártása és értékesítése »

Fullerének öntöttvasban és acélban

Feltételezve a létezést fullerének és fullerén szerkezetek vas-szén ötvözetekben, akkor jelentősen befolyásolniuk kell az acélok és öntöttvasak fizikai és mechanikai tulajdonságait, részt vesznek a szerkezeti és fázisátalakításokban.

ICM (www.site)

A vas-szén ötvözetek kristályosodásának mechanizmusai régóta nagy figyelmet kaptak ezen folyamatok kutatóitól. A cikk tárgyalja a gömbgrafit nagy szilárdságú öntöttvasban való képződésének lehetséges mechanizmusait és szerkezetének jellemzőit, figyelembe véve vas-szén ötvözetek fullerén jellege. A szerző azt írja, hogy „a fullerének és a fulleréneken alapuló szerkezetek felfedezésével számos munka megkísérelte megmagyarázni a gömbgrafit e szerkezeteken alapuló képződésének mechanizmusát”.

A munka a fullerénkémia területén elért eredményeket vizsgálja, és összefoglalja „a vas-szén olvadékok szerkezetére vonatkozó új ötleteket”. A szerző megállapítja, hogy a szén molekuláris formája az C60 fullerének- klasszikus kohászati ​​módszerekkel olvasztott vas-szén ötvözetekben azonosította, és három lehetséges megjelenési mechanizmust is feltár. fullerének az acélok és öntöttvasak szerkezetében:

fullerének átmenete az olvadékba fulleréntartalmú töltetből ötvözetek előállítására szolgáló kohászati ​​eljárások során;

fullerének képződése az elsődleges kristályosítás során;

termikus hatások hatására bekövetkező szerkezeti és fázisátalakítások eredményeként.

Egy időben, 5 évvel ezelőtt választottuk fullerén valamint egy hatszög a www.site weboldal logójaként, a vas-szén olvadékok kutatása terén elért legújabb eredmények szimbólumaként, a Fe-C olvadék módosításával kapcsolatos új fejlesztések és felfedezések szimbólumaként - egy a modern öntöde és a kisüzemi kohászat szerves állomása.

Megvilágított.:

1. Sidorov L.N., Yurovskaya M.A. és mások Fullerének: Tankönyv. M.: "Exam" kiadó, 2005. - 688 p. ("Tankönyv egyetemeknek" sorozat) UDC 544(075.8) BBK 24.2я73 ISBN 5-472-00294-Х [ Absztrakt ]
2. Levitsky M.M., Lemenovsky D.A. Fullerén // Érdekes tények a kémia történetéből [Elektronikus forrás], 2005-2012. - Hozzáférési mód: http://www.xenoid.ruu, ingyenes. - Cap. a képernyőről.
3. Davydov S.V. Gömbgrafit kristályosítása nagyszilárdságú öntöttvas olvadékában // M.: Beszerzési gyártás a gépészetben, 2008, 3. sz. - Val vel. 3-8.
4. Dunaev A., Shaporev A., felügyelete alatt Avdeeva A.A. Szénanyagok gazdag családja // Nanotechnológiai közösség Nanométer [elektronikus forrás], 2008 - Hozzáférési mód: http://www.nanometer.ru, ingyenes. - Cap. a képernyőről.
5. Zakirnichnaya M.M. Fullerének képződése szénacélokban és öntöttvasakban kristályosodás és hőhatások során: Dis... doc. azok. tudományok; 02/05/01. - Ufa: USNTU. - 2001.
6. Eletsky A.V., Smirnov V.M. Fullerének // UFN, 1993. - 2. sz. - P.33-58.
7. Avdonin V.V. A C60 és C70 fulleritek elektrofizikai és termodinamikai tulajdonságai nagy lökéskompressziós nyomáson: Szerzői absztrakt. disz... cand. azok. tudományok; 04/01/17. - Csernogolovka: Kémiai Fizikai Probléma Intézet RAS. - 2008.
8. Zolotukhin I.V. Fullerit – a szén új formája // Kémia. - 1996.
9. Paliy N.A. Fullerén. Ezüst évforduló // Nanotechnológiai közösség Nanometer [Elektronikus forrás], 2010. - Hozzáférési mód: http://www.nanometer.ru, ingyenes. - Cap. a képernyőről.
10. Godovsky D.A. Fullerének képződése az öntöttvas kristályosítása során: Téziskivonat. disz... cand. azok. tudományok; 02/05/01. - UFA. - 2000.
11. A. Isakovic. Az érintetlen és hidroxilált fullerén megkülönböztető citotoxikus mechanizmusai / A. Isacovic, Z. Markovic, B. Todorovic, N. Nikolic, S. Vranjes-Djuric, M. Mirkovic, M. Dramicanin, L. Harhaji, N. Raicevic, Z. Nikolic , V. Trajkovic // Toxikológiai Tudományok 91(1), 173–183 (2006)
12. Borscsevszkij A.Ya. Fullerenes / Borshchevsky A.Ya., Ioffe I.N., Sidorov L.N., Troyanov S.I., Yurovskaya M.A. // Nanotechnológiai közösség Nanometer [Elektronikus forrás], 2007. - Hozzáférési mód: http://www.nanometer.ru, ingyenes. - Cap. a képernyőről.

A fullerén egy molekuláris vegyület, amely a szén allotróp formáinak osztályába tartozik, és egy konvex zárt poliéder, amely páros számú trikoordinált szénatomból áll. A fullerének egyedi szerkezete meghatározza egyedi fizikai és kémiai tulajdonságaikat.

A szén egyéb formái: grafén, karbin, gyémánt, fullerén, szén nanocsövek, „bajusz”.

A fullerén leírása és szerkezete:

A fullerén, a buckyball vagy a buckyball egy molekuláris vegyület, amely az allotróp formák osztályába tartozik szénés konvex zárt poliédereket képvisel, amelyek páros számú trikoordinált szénatomból állnak.

A fullerének nevét Richard Buckminster Fuller mérnökről és építészről kapta, aki kifejlesztette és megépítette egy „geodéziai kupola” térszerkezetét, amely egy tetraéderekből összeállított félgömb. Ez a design Fullernek nemzetközi elismerést és hírnevet hozott. Ma fejlesztései alapján kupolás házakat fejlesztenek, építenek. A fullerén szerkezetében és alakjában Richard Buckminster Fuller jelzett terveihez hasonlít.

A fullerének egyedi szerkezete meghatározza egyedi fizikai és kémiai tulajdonságaikat. Más anyagokkal kombinálva alapvetően új tulajdonságokkal rendelkező anyagok előállítását teszik lehetővé.

Fullerén molekulákban, atomokban szén a gömb vagy ellipszoid felületét alkotó hatszögek és ötszögek csúcsaiban találhatók. A fulleréncsalád legszimmetrikusabb és legteljesebben tanulmányozott képviselője a fullerén (C 60), amelyben a szénatomok 20-ból álló csonka ikozaédert alkotnak. hatszögekés 12 ötszögű, és futballlabdára emlékeztet (mint egy ideális forma, rendkívül ritka a természetben).

A következő leggyakoribb a C 70 fullerén, amely a C 60 fulleréntől egy 10 atomos öv beiktatásával különbözik. szén a C 60 egyenlítői régiójába, aminek következtében a C 60 fullerén molekula megnyúlik és alakjában egy rögbi labdára hasonlít.

A nagyobb számú (legfeljebb 400-at) szénatomot tartalmazó, úgynevezett magasabb fullerének sokkal kisebb mennyiségben képződnek, és gyakran meglehetősen összetett izomer összetételűek. A legtöbbet vizsgált magasabb fullerének közül kiemelhetjük a C n, Ahol n= 74, 76, 78, 80, 82 és 84.

A fullerén csúcsai, élei és lapjai közötti kapcsolat egy matematikai képlettel fejezhető ki az Euler-tétel poliéderekre vonatkozóan:

B - P + G = 2,

ahol B egy konvex poliéder csúcsainak száma, P az éleinek száma és Г a lapjainak száma.

A konvex poliéder Euler-tétele szerinti létezésének (és ennek megfelelően egy bizonyos szerkezetű és alakú fullerén létezésének) szükséges feltétele pontosan 12 ötszögletű lap és B. /2 — 10 arcok.

A fullerének létezésének lehetőségét japán tudósok 1971-ben jósolták meg, elméleti indoklást pedig szovjet tudósok 1973-ban. A fullerént először 1985-ben szintetizálták az Egyesült Államokban.

Szinte az összes fullerént mesterségesen nyerik. A természetben nagyon kis mennyiségben fordul elő. Földgáz égése és villámkisülés során keletkezik, és nagyon kis mennyiségben előfordul shungitokban, fulguritokban, meteoritokban és fenéküledékekben is, amelyek életkora eléri a 65 millió évet.

Fullerén vegyületek:

A fullerén könnyen kombinálható más kémiai elemekkel. Jelenleg már több mint 3 ezer új és származékos vegyületet szintetizáltak fullerének alapján.

Ha egy fullerénmolekula összetétele a szénatomokon kívül más kémiai elemek atomjait is tartalmazza, akkor ha más kémiai elemek atomjai a szénkereten belül helyezkednek el, az ilyen fulleréneket endoédernek, ha kívülről - exoédernek nevezzük.

A fullerén előnyei és tulajdonságai:

– a fulleréneket tartalmazó anyagok szilárdsága, kopásállósága, termikus és kémiai stabilitása megnövekedett, és kopásállósága csökken,

– a fullerének mechanikai tulajdonságai lehetővé teszik, hogy rendkívül hatékony súrlódásgátló szilárd kenőanyagként használják őket. Az ellentestek felületén több tíz és több száz nanométer vastag fullerén-polimer védőréteget képeznek, amely véd a termikus és oxidatív pusztulástól, 3-8-szorosára növeli a súrlódó egységek élettartamát vészhelyzetben, növeli a kenőanyagok hőstabilitását. 400-500 °C-ra és a teherbíró képességű súrlódó egységek 2-3-szorosára, 1,5-2-szeresére bővíti a súrlódó egységek üzemi nyomástartományát, csökkenti az ellentestek bejáratási idejét,

- fullerének képesek polimerizálni és vékony filmeket képezni,

– fullerén oldat átlátszóságának éles csökkenése, ha az optikai sugárzás intenzitása meghalad egy bizonyos kritikus értéket a nemlineáris optikai tulajdonságok miatt,

– fullerének felhasználásának lehetősége az optikai eszközök intenzív optikai sugárzás elleni védelmére használt nemlineáris optikai kapukhoz,

– a fullerének képesek antioxidáns vagy oxidálószer tulajdonságait felmutatni. Mint antioxidánsok 100-1000-szeresen haladják meg az összes ismert antioxidáns hatását. Kísérleteket végeztek patkányokon, amelyek olívaolajban fulleréneket etettek. Ugyanakkor a patkányok kétszer annyi ideig éltek, mint máskor, ráadásul fokozott ellenállást mutattak a toxikus tényezők hatásaival szemben.

– ~1,5 eV sávszélességű félvezetőés tulajdonságai sok tekintetben hasonlóak más félvezetőkéhez,

– A ligandumként működő C60 fullerének kölcsönhatásba lépnek lúgokkal és néhány más fémmel. Ebben az esetben Me 3 C60 összetételű komplex vegyületek képződnek, amelyek szupravezető tulajdonságokkal rendelkeznek.

A fullerén molekula* tulajdonságai:

* a C60 fullerénhez képest.

Fullerének előállítása:

A fullerének előállításának fő módjai a következők:

— grafitelektródák elégetése elektromos ívben hélium atmoszférában alacsony nyomáson,

- gyógyszerek és gyógyszerek,

– súrlódásos geomodifikátorok,

- kozmetikumok,

– adalékanyagként szintetikus gyémántok nagynyomású módszer. A gyémánthozam 30%-kal nő

Automata rendszer tehenek gépi fejéséhez "Style...

Kvantum számítógép

Elektromos busz dinamikus töltéssel...

Robusztus laptop Elbrus-1C+ processzorral...

Rugalmas kő

A szén molekuláris formája vagy allotróp módosulata, a fullerén C n (n > 20) atomklaszterek hosszú sorozata, amelyek konvex, zárt poliéderek, szénatomokból épülnek fel, és öt- vagy hatszögletű felülettel rendelkeznek (itt nagyon ritka kivételek vannak). ). A szubsztituálatlan fullerének szénatomjai általában 3-as koordinációs számmal sp 2 hibrid állapotban vannak. Ily módon gömb alakú konjugált telítetlen rendszer jön létre a vegyértékkötések elmélete szerint.

Általános leírása

Normál körülmények között a szén termodinamikailag legstabilabb formája a grafit, amely úgy néz ki, mint egy halom grafénlapok, amelyek alig kapcsolódnak egymáshoz: lapos rácsok, amelyek hatszögletű cellákból állnak, amelyek tetején szénatomok találhatók. Mindegyik három szomszédos atomhoz kapcsolódik, és a negyedik vegyértékelektron pi-rendszert alkot. Ez azt jelenti, hogy a fullerén éppen egy ilyen molekulaforma, vagyis nyilvánvaló az sp 2 hibrid állapot képe. Ha geometriai hibákat viszünk be egy grafénlapba, akkor elkerülhetetlenül zárt szerkezet alakul ki. Ilyen hibák például az öttagú ciklusok (ötszögletű lapok), amelyek ugyanolyan gyakoriak a szénkémiában, mint a hatszögletűek.

Természet és technológia

A fullerének kinyerése tiszta formában mesterséges szintézissel lehetséges. Ezeket a vegyületeket továbbra is intenzíven tanulmányozzák a különböző országokban, meghatározva képződésük körülményeit, és mérlegelik a fullerének szerkezetét és tulajdonságait is. Alkalmazási körük egyre jobban bővül. Kiderült, hogy jelentős mennyiségű fullerént tartalmaz a korom, amely ívkisülés során grafitelektródákon képződik. Ezt a tényt korábban senki sem látta.

Amikor fulleréneket kaptak a laboratóriumban, szénmolekulákat kezdtek találni a természetben. Karéliában shungit mintákban, Indiában és az USA-ban furulgitokban találták meg. Szénmolekulák is bővelkednek és gyakoriak az alján található meteoritokban és üledékekben, amelyek legalább hatvanötmillió évesek. A Földön tiszta fullerének képződhetnek villámkisülés és a földgáz égése során. 2011-ben vizsgálták a Földközi-tengeren átvett mintákat, és kiderült, hogy a fullerén minden mintában jelen volt - Isztambultól Barcelonáig. Ennek az anyagnak a fizikai tulajdonságai spontán képződést okoznak. Emellett hatalmas mennyiséget fedeztek fel belőle az űrben – mind gáz-, mind szilárd halmazállapotban.

Szintézis

Az első kísérletek fullerének izolálására kondenzált grafitgőzökön keresztül történtek, amelyeket szilárd grafitminták lézeres besugárzásával nyertek. Fullerénekből csak nyomokban lehetett beszerezni. Huffman, Lamb és Kretschmer vegyészek csak 1990-ben dolgoztak ki egy új módszert a fullerének grammos mennyiségben történő extrahálására. Hélium atmoszférában és alacsony nyomáson elektromos ívvel égetett grafitelektródákból állt. Az anód erodálódott, fulleréneket tartalmazó korom jelent meg a kamra falán.

Ezután a kormot toluolban vagy benzolban feloldottuk, és a kapott oldatban gramm tiszta C70 és C60 molekulák szabadultak fel. Arány - 1:3. Ezenkívül az oldat két százalékban magasabb rendű nehéz fulleréneket tartalmazott. Most már csak az optimális párolgási paraméterek kiválasztása volt hátra – légköri összetétel, nyomás, elektródátmérő, áramerősség stb., hogy a fullerének legmagasabb hozamát érjük el. Magának az anódanyagnak körülbelül tizenkét százalékát tették ki. Ezért olyan drágák a fullerének.

Termelés

A tudományos kísérletezők kezdetben minden próbálkozása hiábavaló volt: nem találtak produktív és olcsó módszereket fullerének előállítására. Sem a szénhidrogének lángban való elégetése, sem a kémiai szintézis nem vezetett sikerre. Az elektromos íves módszer továbbra is a legtermékenyebb maradt, és óránként körülbelül egy gramm fullerének előállítását tette lehetővé. A Mitsubishi bevezette az ipari termelést szénhidrogének elégetésével, de fullerénjeik nem tiszták – oxigénmolekulákat tartalmaznak. Maga ennek az anyagnak a keletkezési mechanizmusa pedig továbbra is tisztázatlan, mert az ívégési folyamatok termodinamikai szempontból rendkívül instabilok, és ez nagyban hátráltatja az elmélet megfontolását. Az egyetlen cáfolhatatlan tény, hogy a fullerén egyes szénatomokat, azaz C 2 fragmentumokat gyűjt össze. Ennek az anyagnak a képződéséről azonban nem alakult ki egyértelmű kép.

A fullerének magas költségét nem csak az égés közbeni alacsony hozam határozza meg. Különböző tömegű fullerének izolálása, tisztítása, elválasztása a koromtól - mindezek a folyamatok meglehetősen összetettek. Ez különösen igaz a keverék külön molekulafrakciókra történő szétválasztására, amelyet oszlopon és nagy nyomáson végzett folyadékkromatográfiával végeznek. Az utolsó lépésben a maradék oldószert eltávolítják a már szilárd fullerénből. Ehhez a mintát dinamikus vákuumkörülmények között tartják, legfeljebb kétszázötven fokos hőmérsékleten. De a plusz az, hogy a fullerén C 60 fejlesztése és makromennyiségben történő előállítása során a szerves kémia önálló ágat szerzett - a fullerének kémiáját, amely hihetetlenül népszerűvé vált.

Haszon

A fullerén származékokat a technológia különböző területein használják. A fullerén filmek és kristályok olyan félvezetők, amelyek fényvezető képességet mutatnak optikai besugárzás hatására. A C60 kristályok, ha alkálifém atomokkal vannak adalékolva, szupravezető állapotba kerülnek. A fullerén oldatok nemlineáris optikai tulajdonságokkal rendelkeznek, ezért felhasználhatók optikai redőnyök alapjául, amelyek az intenzív sugárzás elleni védelemhez szükségesek. A fullerént gyémántok szintézisének katalizátoraként is használják. A fulleréneket széles körben használják a biológiában és az orvostudományban. Ezeknek a molekuláknak három tulajdonságuk van: lipofilitás, amely meghatározza a membranotropicitást, elektronhiány, amely képes kölcsönhatásba lépni a szabad gyökökkel, valamint az a képesség, hogy saját gerjesztett állapotukat átadják a közönséges oxigénmolekulának, és ezt az oxigént átalakítják szingulett.

Az anyag ilyen aktív formái megtámadják a biomolekulákat: nukleinsavakat, fehérjéket, lipideket. A reaktív oxigénfajtákat a fotodinamikus terápiában használják a rák kezelésére. Fényérzékenyítő anyagokat vezetnek be a páciens vérébe, reaktív oxigénfajtákat hozva létre - magukat fulleréneket vagy származékaikat. A daganatban gyengébb a véráramlás, mint az egészséges szövetekben, ezért fényérzékenyítő anyagok halmozódnak fel benne, és célzott besugárzás után a molekulák gerjesztődnek, így reaktív oxigénfajták keletkeznek. a rákos sejtek apoptózison mennek keresztül, és a daganat elpusztul. Ezenkívül a fullerének antioxidáns tulajdonságokkal rendelkeznek, és megkötik a reaktív oxigénfajokat.

A fullerén csökkenti a HIV-integráz aktivitását, amely fehérje felelős a vírus DNS-be történő integrálásáért, kölcsönhatásba lép vele, megváltoztatja konformációját és megfosztja fő káros funkciójától. A fullerén-származékok egy része közvetlenül kölcsönhatásba lép a DNS-sel, és megzavarja a restiktázok működését.

Bővebben az orvostudományról

2007-ben kezdték el használni a vízben oldódó fulleréneket allergiaellenes szerként. A fullerén-származékoknak – C60(NEt)x és C60(OH)x – exponált emberi sejteken és véren végeztek vizsgálatokat. Az élő szervezeteken - egereken - végzett kísérletek eredményei pozitívak voltak.

Ezt az anyagot már most is gyógyszerszállító vektorként használják, mivel a fulleréneket tartalmazó víz (emlékezzünk a C 60 hidrofóbságára) nagyon könnyen áthatol a sejtmembránon. Például a közvetlenül a vérbe juttatott eritropoetin jelentős mennyiségben lebomlik, fullerénekkel együtt alkalmazva pedig több mint kétszeresére nő a koncentrációja, így bejut a sejtbe.