Plantează fullerene. Despre apa. Mic, dar precis

Cea mai eficientă metodă de producere a fulerenelor se bazează pe descompunerea termică a grafitului. Când grafitul este încălzit moderat, legătura dintre straturile individuale de grafit este ruptă, dar materialul evaporat nu se descompune în atomi individuali. În acest caz, stratul evaporat este format din fragmente individuale, care sunt o combinație de hexagoane. Din aceste fragmente se formează molecula C60 și alte fulerene. Pentru a descompune grafitul pentru a produce fullerene, se utilizează încălzirea rezistivă și de înaltă frecvență a unui electrod de grafit, arderea hidrocarburilor, iradierea cu laser a suprafeței de grafit și evaporarea grafitului de către un fascicul solar focalizat. Aceste procese sunt efectuate într-un gaz tampon, care este de obicei heliu. Cel mai adesea, o descărcare cu arc cu electrozi de grafit într-o atmosferă de heliu este folosită pentru a produce fullerene. Rolul principal al heliului este asociat cu fragmentele de răcire care au un grad ridicat de excitație vibrațională, ceea ce le împiedică să se combine în structuri stabile. Presiunea optimă de heliu este în intervalul 50-100 Torr.

Baza metodei este simplă: se aprinde un arc electric între doi electrozi de grafit, în care anodul se evaporă. Pe pereții reactorului se depune funingine care conține de la 1 la 40% (în funcție de parametrii geometrici și tehnologici) fulerene. Pentru extracția fulerenelor din funingine care conțin fulerene, se utilizează separarea și purificarea, extracția lichidă și cromatografia pe coloană. În prima etapă, funinginea este tratată cu un solvent nepolar (toluen, xilen, disulfură de carbon). Eficiența extracției este asigurată prin utilizarea unui aparat Soxhlet sau a unui tratament cu ultrasunete. Soluția de fulerene rezultată este separată de precipitat prin filtrare și centrifugare, solventul este distilat sau evaporat. Sedimentul solid conține un amestec de fulerene, solvatate în diferite grade de solvent. Separarea fulerenelor în compuși individuali se realizează folosind cromatografia lichidă pe coloană sau cromatografia lichidă la presiune înaltă. Îndepărtarea completă a reziduului de solvent dintr-o probă solidă de fullerenă se realizează prin menținerea acesteia la o temperatură de 150-250 °C în condiții de vid dinamic timp de câteva ore. Creșteri suplimentare ale purității sunt obținute prin sublimarea probelor purificate

8. Perspective de utilizare practică a fulerenelor și fulleritelor

Descoperirea fulerenelor a dus deja la crearea de noi ramuri ale fizicii și chimiei stării solide (stereochimie). Activitatea biologică a fulerenelor și a derivaților acestora este studiată activ. S-a demonstrat că reprezentanții acestei clase sunt capabili să inhibe diferite enzime, să provoace scindarea specifică a moleculelor de ADN, să promoveze transferul de electroni prin membranele biologice și să participe activ la diferite procese redox din organism. Au început lucrările privind studiul metabolismului fulerenelor, cu o atenție deosebită acordată proprietăților antivirale. S-a demonstrat, în special, că unii derivați de fullerenă sunt capabili să inhibe proteaza virusului SIDA. Ideea creării de medicamente anticancer bazate pe compuși endoedrici solubili în apă ai fulerenelor cu izotopi radioactivi este discutată pe larg. Dar aici vom atinge în principal perspectivele utilizării materialelor fullerene în tehnologie și electronică.

Posibilitatea de a obține materiale superdure și diamante. Se pun mari speranțe în încercările de a utiliza fullerena, care are hibridizare parțială sp^3, ca materie primă pentru a înlocui grafitul în sinteza diamantelor adecvate utilizării tehnice. Cercetătorii japonezi care au studiat efectul presiunii asupra fullerenei în intervalul 8-53 GPa au arătat că tranziția fuleren-diamant începe la o presiune de 16 GPa și o temperatură de 380 K, care este semnificativ mai mică decât

pentru tranziția grafit-diamant. Posibilitatea de a obține

diamante mari (până la 600-800 microni) la temperaturi de 1000 °C și presiuni de până la 2 GPa. Randamentul diamantelor mari a ajuns la 33 de greutate. %. Liniile de împrăștiere Raman la o frecvență de 1331 cm^-1 aveau o lățime de 2 cm^-1, ceea ce indică calitatea înaltă a diamantelor obținute. Se studiază activ și posibilitatea obținerii unor faze de fullerită polimerizată la presiune superdure.

Fulerenele ca precursori pentru creșterea filmelor de diamant și a carburii de siliciu. Filmele de semiconductori cu decalaj larg, cum ar fi diamantul și carbura de siliciu, sunt promițătoare pentru utilizare în electronice și optoelectronice la temperatură înaltă, de mare viteză, inclusiv în domeniul ultraviolet. Costul unor astfel de dispozitive depinde de dezvoltarea metodelor de depunere chimică (CVD) pentru filmele cu spații mari și de compatibilitatea acestor metode cu tehnologia standard de siliciu. Problema principală în creșterea filmelor de diamant este de a direcționa reacția preferabil de-a lungul căii de formare a fazei. sp^3 și Nu sp^2. Pare eficient să se utilizeze fullerene în două moduri: creșterea ratei de formare a centrelor de nucleare a diamantului pe un substrat și utilizarea lor ca „blocuri de construcție” adecvate pentru creșterea diamantelor în faza gazoasă. S-a demonstrat că fragmentarea C60 are loc într-o descărcare de microunde pe C2, care sunt materiale potrivite pentru creșterea cristalelor de diamant. MER Corporation a produs filme de diamant de înaltă calitate, cu o rată de creștere de 0,6 µm/h, folosind fulerene ca precursori de creștere și nucleare. Autorii prevăd că această rată mare de creștere va reduce semnificativ costul diamantelor CVD. Un avantaj semnificativ este că fulerenele facilitează procesul de potrivire a parametrilor rețelei în timpul heteroepitaxiei, ceea ce face posibilă utilizarea materialelor IR ca substrat.

Procesele actuale de producere a carburii de siliciu necesită utilizarea unor temperaturi de până la 1500 °C, ceea ce este slab compatibil cu tehnologia standard de siliciu. Dar folosind fullerene, carbura de siliciu poate fi obținută prin depunerea unui film C60 pe un substrat de siliciu cu recoacere ulterioară la o temperatură care nu depășește 800 - 900 °C cu o rată de creștere de 0,01 nm/s pe substratul de Si.

Fulerenele ca material pentru litografie. Datorită capacității de a polimeriza sub acțiunea unui laser sau fascicul de electroni și de a forma o fază insolubilă în solvenți organici, utilizarea lor ca rezistă pentru litografia submicroană este promițătoare. Filmele fullerene pot rezista la încălzire semnificativă, nu contaminează substratul și permit dezvoltarea uscată.

Fulerenele ca noi materiale pentru optica neliniară. Materialele care conțin fuleren (soluții, polimeri, lichide cu proprietăți optice extrem de neliniare sunt promițătoare pentru utilizare ca limitatori optici (atenuatori) ai radiațiilor laser intense; medii fotorefractive pentru înregistrarea hologramelor dinamice; convertoare de frecvență; dispozitive de conjugare a fazelor.

Domeniul cel mai studiat este crearea de limitatoare optice de putere bazate pe soluții C60 și soluții solide. Efectul limitării transmisiei neliniare începe la aproximativ 0,2 - 0,5 J/cm^2, nivelul de transmisie optică saturată corespunde cu 0,1 - 0,12 J/cm2. Pe măsură ce concentrația în soluție crește, nivelul de limitare a densității energetice scade. De exemplu, cu o lungime a drumului în eșantion de 10 mm (fascicul colimat) și concentrațiile unei soluții C60 în toluen de 1 * 10^-4, 1,65 * 10^-4 și 3,3 * 10^-4 M, soluția saturată transmitanța limitatorului optic sa dovedit a fi egală cu 320, 165 și, respectiv, 45 mJ/cm2. Se arată că la o lungime de undă de 532 nm la diferite durate de impuls t (500 fs, 5 ps, 10 ns), limitarea optică neliniară se manifestă la densități de energie de 2, 9 și 60 mJ/cm^2. La densități mari de energie de intrare (mai mult de 20 J/cm^2), pe lângă efectul absorbției saturate neliniare de la nivelul excitat, se observă defocalizarea fasciculului din probă, care este asociată cu absorbția neliniară, o creștere a temperatura probei și o modificare a indicelui de refracție în regiunea de trecere a fasciculului. Pentru fullerene mai mari, granița spectrelor de absorbție se deplasează la lungimi de undă mai mari, ceea ce face posibilă obținerea unei limite optice la λ = 1,064 μm.

Pentru a crea un limitator optic în stare solidă, este esențial să se introducă fulerenele într-o matrice în stare solidă, păstrând în același timp molecula ca întreg și formând o soluție solidă omogenă. De asemenea, este necesar să selectați o matrice cu rezistență ridicată la radiații, transparență bună și calitate optică ridicată. Polimerii și materialele sticloase sunt utilizate ca matrici în stare solidă. Se raportează prepararea cu succes a unei soluții solide de C60 în SiO2 folosind tehnologia sol-gel. Probele au avut o limită optică de 2-3 mJ/cm^2 și un prag de distrugere mai mare de 1 J/sv^2. De asemenea, este descris un limitator optic pe o matrice de polistiren și se arată că în acest caz efectul limitării optice este de 5 ori mai bun decât pentru C60 în soluție. La introducerea fulerenelor în paharele cu fosfat laser, s-a demonstrat că fulerenele C60 și C70 din pahare nu sunt distruse și rezistența mecanică a paharelor dopate cu fulerene se dovedește a fi mai mare decât a celor pure.

O aplicație interesantă a limitării puterii radiației optice neliniare este utilizarea fulerenelor într-o cavitate laser pentru a suprima modul de vârf în timpul blocării în mod automat. Gradul ridicat de neliniaritate al unui mediu cu fulerene poate fi folosit ca element bistabil pentru compresia pulsului în intervalul de durate în nanosecunde.

Prezența fulerenelor în structura electronică pi-sistemele electronice, după cum se știe, conduc la o valoare mare a susceptibilității neliniare, ceea ce sugerează posibilitatea creării unor generatoare de armonice optice a treia efective. Prezența componentelor nenule ale tensorului de susceptibilitate neliniară x (3) este o condiție necesară pentru implementarea procesului de generare a armonicii a treia, dar pentru utilizarea sa practică cu o eficiență de zeci de procente, prezența potrivirii de fază în mediu este necesar. Generare eficientă

pot fi obținute în structuri stratificate cu cvasisincronism al undelor care interacționează. Straturile care conțin fuleren ar trebui să aibă o grosime egală cu lungimea coerentă de interacțiune, iar straturile care le separă cu susceptibilitate cubică practic nulă ar trebui să aibă o grosime care să asigure o schimbare de fază de piîntre frecvența fundamentală și radiația armonică a treia.

Fulerenele ca noi materiale semiconductoare și nanostructurale. Fulleritele ca semiconductori cu o bandgap de aproximativ 2 eV pot fi folosite pentru a crea tranzistori cu efect de câmp, dispozitive fotovoltaice, celule solare și există exemple de astfel de utilizare. Cu toate acestea, cu greu pot concura în parametri cu dispozitivele convenționale cu tehnologie avansată bazată pe Si sau GaAs. Mult mai promițătoare este utilizarea moleculei de fuleren ca obiect gata făcut de dimensiuni nanometrice pentru crearea de dispozitive și dispozitive nanoelectronice bazate pe noi principii fizice.

O moleculă de fullerenă, de exemplu, poate fi plasată pe suprafața unui substrat într-un mod specificat, utilizând un microscop cu scanare tunel (STM) sau un microscop cu forță atomică (AFM), iar acesta poate fi folosit ca o modalitate de a înregistra informații. Pentru a citi informațiile, scanarea suprafeței este utilizată cu aceeași sondă. În acest caz, 1 bit de informație este prezența sau absența unei molecule cu un diametru de 0,7 nm, ceea ce face posibilă realizarea unei densități de înregistrare a informațiilor. Astfel de experimente sunt efectuate la Bell. Complexele endoedrice ale elementelor pământurilor rare, cum ar fi terbiul, gadoliniul și disproziul, care au momente magnetice mari, sunt de asemenea interesante pentru dispozitivele de memorie promițătoare. Fullerena care conține un astfel de atom trebuie să aibă proprietățile unui dipol magnetic, a cărui orientare poate fi controlată de un câmp magnetic extern. Aceste complexe (sub forma unui film submonostrat) pot servi ca bază pentru un mediu de stocare magnetic cu o densitate de înregistrare de până la 10^12 biți/cm^2 (pentru comparație, discurile optice permit realizarea unei densități de înregistrare a suprafeței de 10). ^8 biți/cm^2).

Figura 12 . Diagrama schematică a unui tranzistor cu o singură moleculă bazat pe o moleculă C60

Principiile fizice au fost dezvoltate pentru crearea unui analog al unui tranzistor pe o singură moleculă de fuleren, care poate servi ca amplificator în intervalul de nanoamperi ( orez. 12). Nanocontactele în două puncte sunt situate la o distanță de aproximativ 1-5 nm pe o parte a moleculei C60. Unul dintre electrozi este o sursă, celălalt joacă rolul unui dren. Al treilea electrod (grilă) este un mic cristal piezoelectric și este adus la distanța van der Waals de cealaltă parte a moleculei. Semnalul de intrare este aplicat unui element piezoelectric (vârf), care deformează molecula situată între electrozi - sursă și scurgere și modulează conductivitatea tranziției intramoleculare. Transparența canalului molecular al fluxului de curent depinde de gradul de estompare a funcțiilor de undă ale metalului în regiunea moleculei de fuleren. Un model simplu pentru acest efect de tranzistor este o barieră de tunel a cărei înălțime este modulată independent de lățimea sa, adică molecula C60 este folosită ca o barieră naturală de tunel. Presupusele avantaje ale unui astfel de element sunt dimensiunile sale reduse și timpul foarte scurt de zbor al electronilor în modul tunel în comparație cu cazul balistic, de unde și performanța mai mare a elementului activ. Se are în vedere posibilitatea integrării, adică crearea a mai mult de un element activ per moleculă C60.

Nanoparticule și nanotuburi de carbon

În urma descoperirii fulerenelor C60 și C70, la studierea produselor obținute prin arderea grafitului într-un arc electric sau un fascicul laser puternic, au fost descoperite particule formate din atomi de carbon, având forma și dimensiunea corectă de la zeci la sute de nanometri și, prin urmare, a primit numele pe lângă fullerene de asemenea nanoparticule .

Se pune întrebarea: de ce a durat atât de mult pentru a descoperi fullerene obținute dintr-un material atât de comun precum grafitul? Există două motive principale: în primul rând, legătura covalentă a atomilor de carbon este foarte puternică: pentru a o rupe, sunt necesare temperaturi de peste 4000 ° C; în al doilea rând, detectarea lor necesită echipamente foarte complexe - microscoape electronice cu transmisie de înaltă rezoluție. După cum se știe acum, nanoparticulele pot avea cele mai bizare forme. Au fost prezentate diferite formațiuni de carbon în forme cunoscute. Din punct de vedere practic, nanotuburile prezintă cel mai mare interes pentru nanoelectronica, care înlocuiește acum microelectronica. Aceste formațiuni de carbon au fost descoperite în 1991 de omul de știință japonez S. Ijima. Nanotuburile sunt planuri finite de grafit laminate într-un cilindru și pot avea capete deschise sau capete închise. Aceste formațiuni sunt interesante și din punct de vedere pur științific, ca model de structuri unidimensionale. Într-adevăr, acum au fost descoperite nanotuburi cu un singur perete cu un diametru de 9 A (0,9 nm). Pe suprafața laterală, atomii de carbon, ca și în planul grafitului, sunt situați în noduri hexagonale, dar în cupele care acoperă cilindrii de la capete pot exista pentagoane și triunghiuri. Cel mai adesea, nanotuburile sunt formate sub formă de cilindri coaxiali.

Principala dificultate în studierea proprietăților formațiunilor de nanotuburi este că în prezent nu pot fi obținute în cantități macroscopice, astfel încât axele axiale ale tuburilor sunt co-dirijate. După cum sa menționat deja, nanotuburile cu diametru mic servesc ca un model excelent pentru studierea caracteristicilor structurilor unidimensionale. Se poate aștepta ca nanotuburile, precum grafitul, să conducă bine electricitatea și să fie posibil supraconductori. Cercetarea în aceste direcții este o chestiune de viitor apropiat.

Pe baza materialelor de pe www.fullwater.com.ua

"FULLEREN - MATRIZA VIEȚII..."

Deci, spre deosebire de formele binecunoscute de carbon - diamant și grafit, fullerena este moleculă, format din atomi de carbon. Cel mai important reprezentant al familiei C60 de fulerene, este format din 60 de atomi de carbon. Într-adevăr, nu putem spune „moleculă de diamant sau grafit”, acestea sunt doar forme cristaline cu o anumită aranjare spațială a atomilor de carbon în rețea. Fulerenul este singura formă moleculară de carbon.

Natura a unit multe concepte contradictorii într-un singur obiect.

Fullerene este o verigă de legătură între materia organică și cea anorganică. Aceasta este o moleculă, o particulă și un cluster. Diametrul moleculei C60 este de 1 nm, ceea ce corespunde limitei de dispersie situată între stările moleculare „adevărate” și coloidale ale substanțelor.

Dacă ne uităm în interiorul fullerenei, vom găsi doar un gol pătruns de câmpuri electromagnetice. Cu alte cuvinte, vom vedea un fel de spațiu gol, cu un diametru de aproximativ 0,4 nm, care conține „ nimic" - vid, închis într-o carcasă de carbon, ca într-un fel de recipient. Mai mult, pereții acestui recipient nu permit pătrunderea în interior a nici unei particule materiale (ioni, atomi, molecule). Dar spațiul gol în sine, ca și cum ar fi parte din cosmos, este mai degrabă ceva decât nimic nu este capabil să participe la interacțiuni subtile, informaționale, cu mediul material extern. Molecula de fullerenă poate fi numită „bulă de vid”, pentru care binecunoscuta teză că natura detestă vidul nu este potrivită. Vacuum și materie– cele două fundații ale universului sunt unite armonios într-o singură moleculă.

O altă proprietate remarcabilă a fulerenelor este interacțiunea cu apa. Se știe că forma cristalină este insolubilă în apă. Multe încercări de a obține soluții apoase de fulerene duc la formarea de sisteme fuleren-apă coloidale sau dispersate grosier, în care particulele conțin un număr mare de molecule sub formă cristalină. Prepararea soluțiilor moleculare apoase pare imposibilă. Și a avea o astfel de soluție este foarte important, în primul rând pentru utilizarea lor în biologie și medicină. De la descoperirea fulerenelor, a fost prezisă activitatea sa biologică ridicată. Cu toate acestea, opinia general acceptată despre hidrofobicitatea fulerenelor a direcționat eforturile multor oameni de știință de a crea derivați solubili în apă sau forme solubilizate. În acest caz, diverși radicali hidrofili sunt atașați la molecula de fuleren sau înconjurati de polimeri și agenți tensioactivi solubili în apă, datorită cărora moleculele de fuleren sunt „forțate” să rămână în mediul apos. Multe studii și-au găsit nivelul ridicat activitate biologică. Cu toate acestea, orice modificare a învelișului exterior de carbon duce la o încălcare a structurii electronice și a simetriei moleculei de fuleren, care, la rândul său, schimbă specificul interacțiunii sale cu mediul. Prin urmare, efectul biologic al moleculelor de fullerenă transformate artificial depinde în mare măsură de natura radicalilor atașați și de solubilizanții și impuritățile conținute. Moleculele de fullerenă prezintă cea mai izbitoare individualitate în forma lor nemodificată și, în special, în soluțiile lor moleculare în apă.

Soluțiile apoase de fulerene rezultate sunt stabile în timp (mai mult de 2 ani), au proprietăți fizico-chimice neschimbate și o compoziție constantă. Aceste soluții nu conțin impurități toxice. În mod ideal, este doar apă și fullerenă. În plus, fulerenul este încorporat în structura naturală multistrat a apei, unde primul strat de apă este ferm conectat la suprafața fullerenei datorită interacțiunilor donor-acceptor dintre oxigenul apei și centrii acceptori de pe suprafața fullerenei. .

Complexul unei molecule atât de mari cu apă are și o capacitate tampon semnificativă. În apropierea suprafeței sale, se menține o valoare a pH-ului de 7,2–7,6; aceeași valoare a pH-ului se găsește lângă suprafața membranelor părții principale a celulelor sănătoase din organism. Multe procese de „boală” celulară sunt însoțite de modificări ale valorii pH-ului lângă suprafața membranei sale. În același timp, o celulă bolnavă nu numai că își creează condiții incomode, dar își afectează negativ vecinii. Fullerenul hidratat, fiind aproape de suprafața celulei, este capabil să-și mențină valoarea sănătoasă a pH-ului. Astfel, se creează condiții favorabile pentru ca celula să facă față bolii sale.

Și cea mai remarcabilă proprietate a fullerenei hidratate este sa capacitatea de a neutraliza radicalii activi. Activitatea antioxidantă a fullerenei este de 100-1000 de ori mai mare decât efectul antioxidanților cunoscuți (de exemplu, vitamina E, dibunol, b-caroten). Mai mult, fullerena hidratată nu suprimă nivelul natural al radicalilor liberi din organism și devine activ doar în condițiile creșterii concentrației acestora. Și cu cât se formează mai mulți radicali liberi în organism, cu atât fullerena hidratată îi neutralizează mai activ. Mecanismul acțiunii antioxidante a fullerenei este fundamental diferit de acțiunea antioxidanților cunoscuți utilizați în practică. Astfel, pentru a neutraliza un radical, este nevoie de o moleculă de antioxidant tradițional. Și o moleculă de fullerenă hidratată este capabilă să neutralizeze un număr nelimitat de radicali activi. Este un fel de catalizator antioxidant. În plus, molecula de fuleren în sine nu participă la reacție, ci este doar un element care formează structura grupului de apă. ...

La începutul secolului trecut, academicianul Vernadsky a observat că materia vie se caracterizează printr-o simetrie ridicată. Spre deosebire de lumea anorganică, multe organisme au o axă de simetrie de ordinul al cincilea. Fullerene C60 are 6 axe de ordinul cinci; este singura moleculă din natură cu o astfel de simetrie unică. Chiar și înainte de descoperirea fulerenelor, structurile moleculare ale unor proteine ​​erau cunoscute ca fiind în formă de fulerene; unii viruși și alte structuri biologice vitale (de exemplu) au structuri similare. Interesantă corespondență între molecula de fuleren și clusterul său minim structura secundară a ADN-ului. Deci dimensiunea moleculei C60 corespunde distanței dintre trei perechi de baze complementare din ADN, așa-numitele. codon care precizează informaţia pentru formarea unui aminoacid al proteinei sintetizate. Distanța dintre spirele helixului ADN este de 3,4 nm; primul cluster sferic C60, format din 13 molecule de fuleren, are aceeași dimensiune.

Se știe că carbonul, și în special grafitul și carbonul amorf, au capacitatea de a adsorbi cele mai simple molecule de pe suprafața lor, inclusiv cele care ar putea constitui materialul pentru formarea unor molecule mai complexe importante din punct de vedere biologic în procesul de formare a bazelor vieții. materie. Fullerene, datorită proprietăților sale acceptoare, este capabil să interacționeze selectiv cu alte molecule și, într-un mediu apos, să transfere aceste proprietăți în straturi ordonate de apă la o distanță considerabilă de suprafața sa.

Există multe teorii despre originea vieții din materia anorganică și principalele lor condiții sunt factori precum

1. Concentrarea moleculelor simple (CO, NO, NH3, HCN, H2O etc.) în apropierea centrelor active în care au loc reacții cu participarea surselor externe de energie.
2. Complicarea moleculelor organice formate la polimer și structuri ordonate primar.
3. Formarea structurilor de ordin înalt.
4. Formarea sistemelor de auto-reproducere.

Experimental, la crearea condițiilor care existau pe pământ în perioada prebiologică, s-a dovedit posibilitatea observării primului factor. Formarea aminoacizilor vitali și neimportanti și a unor baze nucleice în aceste condiții este destul de posibilă. Cu toate acestea, probabilitatea de a îndeplini toate condițiile pentru apariția vieții este practic zero. Aceasta înseamnă că trebuie să existe o altă condiție care să permită implementarea intenționată a mecanismului de asamblare a elementelor simple, complexitatea și ordonarea compușilor organici rezultați la nivelul aspectului materiei vii. Și această condiție, în opinia noastră, este prezența unei matrice. Această matrice trebuie să aibă o compoziție constantă, să aibă simetrie mare, să interacționeze (dar nu puternic) cu apa, să creeze în jurul ei un mediu simetric al altor molecule la o distanță considerabilă, capabile să concentreze radicalii activi în apropierea suprafeței sale și să faciliteze neutralizarea acestora odată cu formarea. de molecule organice complexe, în același timp, protejează formele neutre de atacurile radicalilor activi, formează structuri similare și structuri similare ale mediului acvatic. Și cel mai important, matricea vieții carbonului trebuie să fie carbon. Și toate aceste cerințe sunt satisfăcute de fullerene în stare hidratată. Și, cel mai probabil, reprezentantul principal și cel mai stabil al familiei C60 de fullerene. Este foarte posibil ca apariția vieții să nu fie un act primar, ci ca acest proces să aibă loc continuu și să afecteze cumva dezvoltarea vieții, testarea vieții existente și formarea noilor ei forme.

Fulerenele există în natură oriunde există carbon și energii înalte. Ele există în apropierea stelelor de carbon, în spațiul interstelar, în loviturile de fulgere sau în apropierea craterelor vulcanilor, chiar și atunci când gazul este ars într-o sobă cu gaz de acasă. Fulerenele se găsesc și în locurile unde se acumulează roci de carbon. Un loc special aici aparține rocilor shungite din Karelia. Aceste roci, care conțin până la 90% carbon pur, au o vechime de aproximativ 2 miliarde de ani. Natura originii lor nu este încă clară. Una dintre ipoteze este căderea unui meteorit mare de carbon. ÎN shungit fulerenele naturale au fost descoperite pentru prima dată. De asemenea, am reușit să extragem și să identificăm fullerena C60 în shungit.

De pe vremea lui Petru I, a existat un izvor de vindecare în Karelia " apele marciale" Timp de mulți ani, nimeni nu a putut explica definitiv motivul proprietăților vindecătoare ale acestei surse. S-a presupus că conținutul crescut de fier este cauza efectului de îmbunătățire a sănătății. Cu toate acestea, există multe surse care conțin fier pe pământ, dar, de regulă, nu există nici un efect de vindecare. Abia după descoperirea fulerenelor în rocile shungite prin care curge izvorul a apărut presupunerea că fulerenele sunt chintesența efectului terapeutic al apelor marțiale. Cu toate acestea, proprietățile curative ale acestei ape, cum ar fi apa topită, nu durează mult. Nu poate fi îmbuteliat și folosit după cum este necesar. Chiar a doua zi își pierde proprietățile. Apa marcială, care a trecut prin rocă care conține fullerene și structuri asemănătoare fullerene, este doar „saturată” cu structura pe care i-o dă roca. Și în timpul depozitării, aceste grupuri dătătoare de viață se dezintegrează. Fulerenul nu intră spontan în apă și, prin urmare, nu există un element care formează o structură capabil să mențină grupuri ordonate de apă pentru o lungă perioadă de timp și, în consecință, o astfel de apă dobândește rapid proprietățile apei obișnuite. În plus, ionii prezenți în ea înșiși rearanjează structura nativă a apei, creându-și propriile grupuri de hidratare.

Odată obținute soluții moleculare coloidale de fulerene în apă, am încercat să reproducem în laborator esența apelor marțiale. Dar pentru a face acest lucru, au luat apă foarte purificată și au adăugat o soluție apoasă de fulerene în doză homeopată. După care au început să efectueze teste biologice pe diferite modele. Rezultatele au fost uimitoare. În aproape orice model de patologie, găsim un efect biologic pozitiv. Experimentele sunt în desfășurare de mai bine de 10 ani. Cu un experiment bine condus, orice modificări patologice într-un organism viu încearcă aproape întotdeauna să revină la normal. Dar acesta nu este un medicament vizat sau un compus chimic străin, ci pur și simplu o minge de carbon dizolvată în apă. Mai mult, se are impresia că fullerena hidratată tinde să ducă la „ stare normală„toate schimbările din organism, ale acelor structuri pe care le-a dat naștere ca matrice în procesul originii vieții.

Fulereneîn sensul cel mai general al acestui concept putem numi molecule obţinute experimental şi ipotetice constituite exclusiv din atomi de carbon şi având forma unor poliedre convexe. Atomii de carbon sunt localizați la vârfurile lor, iar legăturile C-C se desfășoară de-a lungul marginilor.

Fullerena este o formă moleculară de carbon. O definiție comună este aceea fulerene, care sunt în stare solidă, sunt de obicei numite fullerite. Structura cristalină a fulleritei este o rețea periodică de molecule de fuleren, iar în fullerita cristalin moleculele de fullerenă formează o rețea fcc.

De la începutul anilor '90, fullerene a fost de interes pentru astronomie, fizică, biologie, chimie, geologie și alte științe. Fullerene este creditat cu proprietăți medicale fantastice: de exemplu, fullerene a început deja să fie folosit în cosmetică ca agent anti-îmbătrânire în cosmetologie. Cu ajutorul fullerenei, ei vor lupta împotriva cancerului, HIV și a altor boli periculoase. În același timp, noutatea acestor date, lipsa lor de cunoaștere și specificul spațiului informațional modern nu permit încă încredere sută la sută în astfel de informații despre fullerene.

ICM (www.site)

Un punct de vedere larg simplificat este că înainte de descoperirea fullerenei, au existat două modificări polimorfe ale carbonului - grafit și diamant, iar după 1990 li s-a adăugat o altă formă alotropică de carbon. De fapt, nu este așa, deoarece formele de existență ale carbonului sunt surprinzător de diverse (vezi articolul).

Istoria descoperirii fulerenelor

O echipă de autori condusă de L.N. Sidorov a rezumat în monografia sa „Fulerene” un număr mare de lucrări pe această temă, deși nu toate: până la data publicării cărții, numărul total de publicații dedicate fullerene a ajuns la aproximativ 15 mii. Potrivit autorilor, descoperirea fulerenelor- o nouă formă de existență a carbonului - unul dintre cele mai comune elemente de pe planeta noastră - este recunoscută drept una dintre cele mai importante descoperiri în știință ale secolului XX. În ciuda capacității unice cunoscute de mult timp a atomilor de carbon de a se lega în structuri moleculare complexe ramificate și voluminoase, care formează baza întregii chimie organice, posibilitatea de a forma molecule cadru stabile dintr-un singur carbon s-a dovedit a fi încă neașteptată. Conform datelor, confirmarea experimentală că moleculele de acest tip de 60 sau mai mulți atomi pot apărea în timpul proceselor naturale în natură a fost obținută în 1985, dar cu mult înainte ca stabilitatea moleculelor cu o sferă de carbon închisă fusese deja presupusă.

Detectarea fulerenelor este direct legată de studiul proceselor de sublimare și condensare a carbonului.

Etapă nouă în studiind fullerene a venit în 1990, când a fost dezvoltată o metodă pentru obținerea de noi compuși în cantități de grame și a fost descrisă o metodă de izolare a fulerenelor în forma lor pură. După aceasta, au fost stabilite cele mai importante caracteristici structurale și fizico-chimice ale fullerenei C60. Izomerul C60 (buckminsterfullerene) este compusul cel mai ușor format dintre fullerenele cunoscute. Fullerene C60 și-a primit numele în onoarea arhitectului futurist Richard Buckminster Fuller, care a creat structuri al căror cadru bombat era format din pentagoane și hexagoane. În același timp, în timpul procesului de cercetare, a apărut necesitatea unei denumiri generale fulerene pentru structuri volumetrice cu suprafata inchisa (cadru de carbon), datorita diversitatii lor.

De asemenea, merită remarcat faptul că o întreagă linie de materiale din carbon poartă numele lui Buckminster Fuller: c60 fullerene (buckminster fullerene) se mai numește și buckyball (Buckminster Fuller nu i-a plăcut numele „Buckminster” și a preferat numele prescurtat „Bucky”). În plus, cu același prefix se numesc uneori: nanotuburi de carbon - buckytubes, fullerene în formă de ou - buckyegg (buckyball egg), etc.

ICM (www.site)

Proprietățile fulerenelor. Fullerită

Proprietățile fulerenelor nu au fost suficient studiate din motive obiective: un număr relativ mic de laboratoare au posibilitatea de a studia aceste proprietăți. Dar în presa periodică și de popularitate științifică, atât de multă atenție este dedicată fulerenelor și proprietăților lor... Adesea, informațiile neverificate despre proprietățile miraculoase ale fulerenelor se răspândesc cu o viteză uimitoare și la scară uriașă, ca urmare, vocea slabă a refutările rămân neauzite. De exemplu, afirmația unui grup de oameni de știință conform căreia fulerenele sunt prezente în shungit a fost testată în mod repetat, dar nu a fost confirmată (vezi discuția despre). Cu toate acestea, shungitul astăzi este considerat un „material natural care conține fullerene nanotehnologice” - o declarație care, în opinia mea, până acum arată mai mult ca un strat de marketing.

Unii cercetători raportează o proprietate atât de alarmantă a fulerenelor ca fiind toxicitate.

De regulă, când vorbim despre proprietățile fulerenelor Ele înseamnă forma lor cristalină - fullerite.

Diferenta semnificativa cristale de fullerenă din cristale moleculare ale multor alte substanțe organice prin faptul că nu pot fi observate fază lichidă. Poate că acest lucru se datorează faptului că temperatura este de 1200 K tranziția la starea lichidă, care este atribuită fulleritei C 60, depășește deja valoarea sa la care are loc o distrugere vizibilă a cadrului de carbon al moleculelor de fullerenă în sine.

Conform datelor, la proprietățile fulerenelor se referă la o stabilitate anormal de mare, care este evidențiată de rezultatele studiilor proceselor care implică fulerene. În special, autorul notează că fullerenă cristalină există ca substanță stabilă până la temperaturi de 1000 – 1200 K, ceea ce se explică prin stabilitatea sa cinetică. Adevărat, aceasta se referă la stabilitatea moleculei de fullerenă C60 într-o atmosferă inertă de argon, iar în prezența oxigenului, oxidarea semnificativă este observată deja la 500 K cu formarea de CO și CO2.

Lucrarea este dedicată unui studiu cuprinzător al proprietăților electrofizice și termodinamice ale fulleritelor C60 și C70 în condiții de încărcare extremă de șoc.

În orice caz, atunci când discutăm despre proprietățile fulerenelor, este necesar să se precizeze ce compus se referă - C20, C60, C70 sau altul; în mod natural, proprietățile acestor fulerene vor fi complet diferite.

În prezent fulerenele C60, C70și produsele care conțin fulerene sunt produse și oferite spre vânzare de diverse întreprinderi străine și interne, prin urmare cumpara fullereneși fii ocupat studiind proprietățile fulerenelor teoretic oricine o poate face. Fullerenes C60 și C70 sunt oferite la prețuri de la 15 USD la 210 USD pe gram și mai mult, în funcție de tip, gradul de puritate, cantitate și alți factori. Producția și vânzarea de fulerene »

Fulerene în fonte și oțeluri

Asumând existența fullerene și structuri fullerene în aliaje fier-carbon, atunci acestea ar trebui să influențeze semnificativ proprietățile fizice și mecanice ale oțelurilor și fontelor, participând la transformările structurale și de fază.

ICM (www.site)

Mecanismele de cristalizare a aliajelor fier-carbon au primit mult timp o atenție deosebită din partea cercetătorilor acestor procese. Articolul discută posibilele mecanisme de formare a grafitului sferoidal în fontă de înaltă rezistență și caracteristicile structurii sale ținând cont natura fullerenă a aliajelor fier-carbon. Autorul scrie că „odată cu descoperirea fulerenelor și a structurilor bazate pe fulerene, o serie de lucrări au încercat să explice mecanismul de formare a grafitului sferic pe baza acestor structuri”.

Lucrarea examinează progresele din domeniul chimiei fulerenelor și rezumă „noi idei despre structura topiturii fier-carbon”. Autorul afirmă că forma moleculară a carbonului este C60 fulerene- identificat de el în aliaje fier-carbon topite prin metode clasice de metalurgie și, de asemenea, relevă trei posibile mecanisme de apariție a fulerenele din structura otelurilor si fontelor:

trecerea fulerenelor în topitură dintr-o încărcătură care conține fulerenă în timpul proceselor metalurgice de producere a aliajelor;

formarea fulerenelor în timpul cristalizării primare;

ca urmare a transformărilor structurale și de fază care apar sub influențe termice.

La un moment dat, acum 5 ani, am ales fullereneși un hexagon ca sigla site-ului www.site, ca simbol al ultimelor realizări în domeniul cercetării topiturii fier-carbon, ca simbol al noilor dezvoltări și descoperiri legate de modificarea topiturii Fe-C - un etapa integrală a turnătoriei moderne și a metalurgiei la scară mică.

Lit.:

1. Sidorov L.N., Yurovskaya M.A. şi altele.Fulerenes: Manual. M.: Editura „Examen”, 2005. - 688 p. (Seria „Manual pentru universități”) UDC 544(075.8) BBK 24.2я73 ISBN 5-472-00294-Х [ Rezumat ]
2. Levitsky M.M., Lemenovsky D.A. Fullerene // Fapte curioase din istoria chimiei [Resursa electronica], 2005-2012. - Mod de acces: http://www.xenoid.ruu, gratuit. - Cap. de pe ecran.
3. Davydov S.V. Cristalizarea grafitului sferoidal în topitura fontei de înaltă rezistență // M.: Producția de achiziții în inginerie mecanică, 2008, nr. 3. - Cu. 3-8.
4. Dunaev A., Shaporev A., sub supravegherea lui Avdeeva A.A. O familie bogată de materiale carbonice // Comunitate nanotehnologică Nanometru [Resursă electronică], 2008 - Mod de acces: http://www.nanometer.ru, gratuit. - Cap. de pe ecran.
5. Zakirnichnaya M.M. Formarea fulerenelor în oțelurile carbon și fonte în timpul cristalizării și efectelor termice: Dis... doc. acestea. științe; 02/05/01. - Ufa: USNTU. - 2001.
6. Eletsky A.V., Smirnov V.M. Fullerenes // UFN, 1993. - Nr. 2. - P.33-58.
7. Avdonin V.V. Proprietățile electrofizice și termodinamice ale fulleritelor C60 și C70 la presiuni mari de compresie de șoc: rezumatul autorului. dis... cand. acestea. științe; 04/01/17. - Cernogolovka: Institutul de Probleme de Fizică Chimică RAS. - 2008.
8. Zolotukhin I.V. Fullerita - o nouă formă de carbon // Chimie. - 1996.
9. Paliy N.A. Fullerene. Aniversare de argint // Comunitatea nanotehnologică Nanometer [Resursa electronică], 2010. - Mod de acces: http://www.nanometer.ru, gratuit. - Cap. de pe ecran.
10. Godovsky D.A. Formarea fulerenelor în timpul cristalizării fontei: Rezumat al tezei. dis... cand. acestea. științe; 02/05/01. - UFA. - 2000.
11. A. Isakovic. Distinct Cytotoxic Mechanisms of Pristine versus Hydroxylated Fullerene / A. Isacovic, Z. Markovic, B. Todorovic, N. Nikolic, S. Vranjes-Djuric, M. Mirkovic, M. Dramicanin, L. Harhaji, N. Raicevic, Z. Nikolic , V. Trajkovic // Toxicological Sciences 91(1), 173–183 (2006)
12. Borșcevski A.Ya. Fullerenes / Borshchevsky A.Ya., Ioffe I.N., Sidorov L.N., Troyanov S.I., Yurovskaya M.A. // Comunitatea nanotehnologică Nanometru [Resursa electronică], 2007. - Mod de acces: http://www.nanometer.ru, gratuit. - Cap. de pe ecran.

Fulerenul este un compus molecular care aparține clasei formelor alotrope de carbon și este un poliedru închis convex compus dintr-un număr par de atomi de carbon tricoordonați. Structura unică a fulerenelor determină proprietățile lor fizice și chimice unice.

Alte forme de carbon: grafen, carbyne, diamant, fullerene, nanotuburi de carbon, „muștați”.

Descrierea și structura fullerenei:

Fullerene, buckyball sau buckyball este un compus molecular aparținând clasei formelor alotrope carbonși reprezentând poliedre închise convexe, compuse dintr-un număr par de atomi de carbon tricoordonați.

Fulerenele sunt numite după inginerul și arhitectul Richard Buckminster Fuller, care a dezvoltat și construit structura spațială a unui „dom geodezic”, care este o emisferă asamblată din tetraedre. Acest design a adus recunoașterea și faima internațională Fuller. Astăzi, pe baza dezvoltărilor sale, se dezvoltă și se construiesc case cu cupolă. Fullerene în structura și forma sa seamănă cu modelele indicate de Richard Buckminster Fuller.

Structura unică a fulerenelor determină proprietățile lor fizice și chimice unice. În combinație cu alte substanțe, ele fac posibilă obținerea de materiale cu proprietăți fundamental noi.

În molecule de fullerenă, atomi carbon situate la vârfurile hexagoanelor și pentagoanelor care alcătuiesc suprafața sferei sau elipsoidului. Cel mai simetric și mai pe deplin studiat reprezentant al familiei fullerene este fullerene (C 60), în care atomii de carbon formează un icosaedru trunchiat format din 20 hexagoaneși 12 pentagoane și seamănă cu o minge de fotbal (ca o formă ideală, extrem de rară în natură).

Următoarea cea mai comună este fulerenul C 70, care diferă de fulerenul C 60 prin inserarea unei centuri de 10 atomi. carbonîn regiunea ecuatorială a lui C 60, ca urmare a căreia molecula de fullerenă C 60 este alungită și seamănă cu o minge de rugby în formă.

Așa-numitele fulerene superioare, care conțin un număr mai mare de atomi de carbon (până la 400 sau mai mult), se formează în cantități mult mai mici și au adesea o compoziție izomeră destul de complexă. Printre cele mai studiate fullerene superioare putem evidenția C n, Unde n= 74, 76, 78, 80, 82 și 84.

Legătura dintre vârfurile, muchiile și fețele unui fuleren poate fi exprimată printr-o formulă matematică conform teoremei lui Euler pentru poliedre:

B - P + G = 2,

unde B este numărul de vârfuri ale unui poliedru convex, P este numărul muchiilor sale și Г este numărul de fețe.

O condiție necesară pentru existența unui poliedru convex conform teoremei lui Euler (și, în consecință, existența unui fuleren cu o anumită structură și formă) este prezența a exact 12 fețe pentagonale și B. /2 — 10 chipuri.

Posibilitatea existenței fulerenelor a fost prezisă de oamenii de știință japonezi în 1971, iar o justificare teoretică a fost făcută de oamenii de știință sovietici în 1973. Fullerene a fost sintetizat pentru prima dată în 1985 în SUA.

Aproape toată fullerena este obținută artificial. În natură se găsește în cantități foarte mici. Se formează în timpul arderii gazelor naturale și a descărcării fulgerelor și se găsește și în cantități foarte mici în shungite, fulgurite, meteoriți și sedimente de fund, a căror vârstă ajunge la 65 de milioane de ani.

Compuși de fuleren:

Fullerene se combină cu ușurință cu alte elemente chimice. În prezent, mai mult de 3 mii de compuși noi și derivați au fost deja sintetizați pe baza fulerenelor.

Dacă compoziția unei molecule de fuleren, pe lângă atomii de carbon, include atomi ai altor elemente chimice, atunci dacă atomii altor elemente chimice sunt localizați în interiorul cadrului de carbon, astfel de fulerene se numesc endoedrice, dacă în exterior - exoedrice.

Avantajele și proprietățile fullerenei:

– materialele care utilizează fulerene au rezistență crescută, rezistență la uzură, stabilitate termică și chimică și abraziune redusă;

– proprietățile mecanice ale fulerenelor le permit să fie utilizate ca lubrifiant solid anti-fricțiune foarte eficient. Pe suprafețele contracorpilor formează o peliculă de protecție fullerenă-polimer de zeci și sute de nanometri grosime, care protejează împotriva distrugerii termice și oxidative, crește durata de viață a unităților de frecare în situații de urgență de 3-8 ori, crește stabilitatea termică a lubrifianților la 400-500 °C și unitățile de frecare cu capacitate portantă de 2-3 ori, extinde domeniul de presiune de lucru al unităților de frecare de 1,5-2 ori, reduce timpul de rulare al corpurilor de contra,

– fulerenele sunt capabile să polimerizeze și să formeze pelicule subțiri,

– o scădere bruscă a transparenței unei soluții de fuleren atunci când intensitatea radiației optice depășește o anumită valoare critică datorită proprietăților optice neliniare;

– posibilitatea utilizării fulerenelor ca bază pentru porțile optice neliniare utilizate pentru a proteja dispozitivele optice de iradierea optică intensă;

– fulerenele au capacitatea de a prezenta proprietățile unui agent antioxidant sau oxidant. La fel de antioxidanti depășesc de 100 - 1000 de ori efectul tuturor antioxidanților cunoscuți. Experimentele au fost efectuate pe șobolani care au fost hrăniți cu fulerene în ulei de măsline. În același timp, șobolanii au trăit de două ori mai mult decât de obicei și, în plus, au demonstrat o rezistență crescută la efectele factorilor toxici,

– este un semiconductor cu o bandă interzisă de ~1,5 eV iar proprietățile sale sunt în multe privințe similare cu cele ale altor semiconductori,

– Fulerenele C60, acționând ca un ligand, interacționează cu alcaline și cu alte metale. În acest caz, se formează compuși complecși din compoziția Me 3 C60, care au proprietățile supraconductoarelor.

Proprietățile moleculei de fuleren*:

* în raport cu fulerenul C60.

Prepararea fulerenelor:

Principalele metode de obținere a fulerenelor sunt:

— arderea electrozilor de grafit într-un arc electric într-o atmosferă de heliu la presiuni scăzute;

– medicamente și produse farmaceutice,

– geomodificatoare de frecare,

- produse cosmetice,

– ca aditiv de obtinut diamante sintetice metoda de înaltă presiune. Randamentul diamantelor crește cu 30%,

Sistem automat de muls la mașină a vacilor „Style...

Calculator cuantic

Autobuz electric cu incarcare dinamica...

Laptop robust bazat pe procesor Elbrus-1C+...

Piatra flexibila

Forma moleculară a carbonului sau modificarea sa alotropică, fulerenul, este o serie lungă de clustere atomice C n (n > 20), care sunt poliedre închise convexe, construite din atomi de carbon și având fețe pentagonale sau hexagonale (există excepții foarte rare aici). ). Atomii de carbon din fulerenele nesubstituite tind să fie într-o stare hibridă sp 2 cu un număr de coordonare de 3. În acest fel, se formează un sistem nesaturat sferic conjugat conform teoriei legăturilor de valență.

descriere generala

Cea mai stabilă formă termodinamică de carbon în condiții normale este grafitul, care arată ca un teanc de foi de grafen abia conectate între ele: rețele plate formate din celule hexagonale cu atomi de carbon în vârf. Fiecare dintre ei este legat de trei atomi vecini, iar al patrulea electron de valență formează un sistem pi. Aceasta înseamnă că fullerena este doar o astfel de formă moleculară, adică imaginea stării hibride sp 2 este evidentă. Dacă defectele geometrice sunt introduse într-o foaie de grafen, se va forma inevitabil o structură închisă. De exemplu, astfel de defecte sunt cicluri cu cinci membri (fețe pentagonale), care sunt la fel de comune împreună cu cele hexagonale în chimia carbonului.

Natură și tehnologie

Obținerea fulerenelor în forma lor pură este posibilă prin sinteză artificială. Acești compuși continuă să fie studiați intens în diferite țări, stabilindu-se condițiile în care are loc formarea lor, iar structura fulerenelor și proprietățile lor sunt, de asemenea, luate în considerare. Domeniul de aplicare al acestora se extinde din ce în ce mai mult. S-a dovedit că o cantitate semnificativă de fulerene este conținută în funingine, care se formează pe electrozii de grafit într-o descărcare cu arc. Nimeni nu mai văzuse acest fapt înainte.

Când în laborator au fost obținute fulerene, în natură au început să se găsească molecule de carbon. În Karelia au fost găsite în mostre de shungite, în India și SUA - în furulgiți. Moleculele de carbon sunt, de asemenea, abundente și comune în meteoriți și sedimentele de la fund, care au cel puțin șaizeci și cinci de milioane de ani. Pe Pământ, fullerene pure se pot forma în timpul unei descărcări de fulgere și în timpul arderii gazelor naturale. prelevate peste Marea Mediterană au fost studiate în 2011 și s-a dovedit că fullerena a fost prezentă în toate probele prelevate - de la Istanbul la Barcelona. Proprietățile fizice ale acestei substanțe determină formarea spontană. De asemenea, cantități uriașe din acesta au fost descoperite în spațiu - atât în ​​formă gazoasă, cât și în formă solidă.

Sinteză

Primele experimente în izolarea fulerenelor au avut loc prin vapori de grafit condensați, care au fost obținuți prin iradierea cu laser a probelor de grafit solid. S-au putut obține doar urme de fulerene. Abia în 1990, chimiștii Huffman, Lamb și Kretschmer au dezvoltat o nouă metodă de extracție a fulerenelor în cantități de grame. A constat în arderea electrozilor de grafit cu arc electric în atmosferă de heliu și la presiune scăzută. Anodul a fost erodat, iar pe pereții camerei a apărut funingine care conținea fulerene.

Apoi, funinginea a fost dizolvată în toluen sau benzen și grame de molecule pure C70 și C60 au fost eliberate în soluția rezultată. Raport - 1:3. În plus, soluția conținea două procente de fulerene grele de ordin superior. Acum tot ce a mai rămas de făcut era să selectăm parametrii optimi pentru evaporare - compoziția atmosferică, presiunea, diametrul electrodului, curentul și așa mai departe, pentru a obține cel mai mare randament de fulerene. Ele reprezentau aproximativ douăsprezece la sută din materialul anodului în sine. Acesta este motivul pentru care fulerenele sunt atât de scumpe.

Productie

Toate încercările experimentatorilor științifici au fost la început în zadar: nu s-au găsit metode productive și ieftine de producere a fulerenelor. Nici arderea hidrocarburilor în flacără, nici sinteza chimică nu au condus la succes. Metoda arcului electric a rămas cea mai productivă, făcând posibilă obținerea de aproximativ un gram de fullerene pe oră. Mitsubishi a stabilit producția industrială prin arderea hidrocarburilor, dar fulerenele lor nu sunt pure - conțin molecule de oxigen. Și mecanismul de formare al acestei substanțe în sine rămâne încă neclar, deoarece procesele de ardere cu arc sunt extrem de instabile din punct de vedere termodinamic, iar acest lucru împiedică foarte mult luarea în considerare a teoriei. Singurele fapte de necontestat sunt că fulerenul colectează atomi de carbon individuali, adică fragmente C2. Cu toate acestea, nu s-a format o imagine clară a formării acestei substanțe.

Costul ridicat al fulerenelor este determinat nu numai de randamentul scăzut în timpul arderii. Izolarea, purificarea, separarea fulerenelor de diferite mase de funingine - toate aceste procese sunt destul de complexe. Acest lucru este valabil mai ales pentru separarea amestecului în fracții moleculare separate, care se realizează folosind cromatografie lichidă pe coloane și presiune înaltă. În ultima etapă, solventul rămas este îndepărtat din fullerena deja solidă. Pentru a face acest lucru, proba este păstrată în condiții de vid dinamic la temperaturi de până la două sute cincizeci de grade. Dar plusul este că în timpul dezvoltării fullerenei C 60 și producției sale în cantități macro, chimia organică a dobândit o ramură independentă - chimia fulerenelor, care a devenit incredibil de populară.

Beneficiu

Derivații de fulerenă sunt utilizați în diferite domenii ale tehnologiei. Filmele și cristalele fullerene sunt semiconductori care prezintă fotoconductivitate sub iradiere optică. Cristalele C60, dacă sunt dotate cu atomi de metale alcaline, intră într-o stare de supraconductivitate. Soluțiile fullerene au proprietăți optice neliniare și, prin urmare, pot fi folosite ca bază pentru obturatoarele optice, care sunt necesare pentru protecția împotriva radiațiilor intense. Fullerene este, de asemenea, folosit ca catalizator pentru sinteza diamantelor. Fulerenele sunt utilizate pe scară largă în biologie și medicină. Există trei proprietăți ale acestor molecule la lucru: lipofilitatea, care determină membranotropicitatea, deficiența de electroni, care conferă capacitatea de a interacționa cu radicalii liberi, precum și capacitatea de a-și transfera propria stare de excitare către molecula obișnuită de oxigen și de a transforma acest oxigen în singlet.

Astfel de forme active ale substanței atacă biomoleculele: acizi nucleici, proteine, lipide. Speciile reactive de oxigen sunt folosite în terapia fotodinamică pentru tratarea cancerului. Fotosensibilizatorii sunt introduși în sângele pacientului, generând specii reactive de oxigen - fulerenele în sine sau derivații acestora. Fluxul sanguin în tumoră este mai slab decât în ​​țesuturile sănătoase și, prin urmare, fotosensibilizatorii se acumulează în ea, iar după iradierea țintită, moleculele sunt excitate, generând specii reactive de oxigen. celulele canceroase suferă apoptoză și tumora este distrusă. În plus, fulerenele au proprietăți antioxidante și captează specii reactive de oxigen.

Fullerene reduce activitatea integrazei HIV, o proteină care este responsabilă de integrarea virusului în ADN, interacțiunea cu acesta, modificarea conformației și privarea acesteia de principala sa funcție dăunătoare. Unii dintre derivații de fullerenă interacționează direct cu ADN-ul și interferează cu acțiunea restictazelor.

Mai multe despre medicină

În 2007, fulerenele solubile în apă au început să fie utilizate ca agenți antialergici. Au fost efectuate studii pe celule umane și sânge care au fost expuse la derivați de fullerenă - C60(NEt)x și C60(OH)x. În experimentele pe organisme vii - șoareci - rezultatele au fost pozitive.

Deja acum, această substanță este folosită ca vector de livrare a medicamentelor, deoarece apa cu fulerene (amintiți-vă de hidrofobicitatea C 60) pătrunde foarte ușor în membrana celulară. De exemplu, eritropoietina, introdusă direct în sânge, se degradează în cantități semnificative, iar dacă este folosită împreună cu fulerene, concentrația se dublează și, prin urmare, intră în celulă.