Фуллерен—аллотропная модификация углерода [электронный ресурс]. Учебное пособие с презентацией для самостоятельной работе студентов специальности №280200 факультета прикладной химии и экологии. Спб.: Спгутд

Фуллерен—аллотропная модификация углерода [электронный ресурс]. Учебное пособие с презентацией для самостоятельной работе студентов специальности № 280200 факультета прикладной химии и экологии. СПб.: СПГУТД. – 2006. А. А. Лысенко, О. В. Асташкина, А. А. Петров

В противоположность алмазу, графиту и карбину, фуллерен является новой формой углерода по существу. Общая формула фуллерена C_n, где n = 20, 24, 28, 32, 36, 50, 60, 70, 74, 76, 84, 164, 192, 216 и т.д. Центральное место среди фуллеренов занимает молекула С₆₀, которая характеризуется наиболее высокой симметрией и, как следствие, наибольшей стабильностью. Поверхность этой молекулы, напоминает покрышку футбольного мяча и имеет структуру правильного усеченного икосаэдра, атомы углерода располагаются на сферической поверхности в вершинах 20 правильных шестиугольников и 12 правильных пятиугольников. Так что каждый шестиугольник граничит с тремя шестиугольниками и тремя пятиугольниками, а каждый пятиугольник - с пятью шестиугольниками. Таким образом, каждый атом углерода, в молекуле фуллерена С₆₀, принадлежит, одновременно, двум шестиугольникам и одному пятиугольнику и принципиально не отличим от других атомов углерода. Молекула С₆₀ содержит фрагменты с пятикратной симметрией (пентагоны), которые запрещены природой для неорганических соединений. Поэтому следует признать, что молекула фуллерена является органической молекулой, а кристалл, образованный такими молекулами (фуллерит) – это молекулярный кристалл, являющийся связующим звеном между органическим и неорганическим веществом.

Атомы углерода, образующие сферу, связаны между собой сильной ковалентной связью. Толщина сферической оболочки 0,1 нм, радиус молекулы С₆₀ 0,357 нм. Длина связи С—С в пятиугольнике - 0,143 нм, в шестиугольнике – 0,139 нм.

Структура других молекул фуллеренов получается добавлением, либо исключением шестиугольников в структуру С₆₀. Так, фуллерен С₇₀ получается из С₆₀ путем добавления пояса из десяти шестиугольников. Форма С₇₀ - регбийный мяч. Структура самого низшего фуллерена С₂₀ получается исключением всех двадцати шестиугольников из С₆₀. Структура С₂₀ - правильный додекаэдр, состоящий из двенадцати пятиугольников.



Рис. 4 Структура молекул фуллеренов

Фуллерены с n<60 оказались неустойчивыми, хотя из чисто топологических соображений наименьшим возможным фуллереном является правильный додекаэдр С₂₀.