C 70 fulleren

C70 fulleren

Namn
Föredraget IUPAC-namn (C70 - D 5h (6) )[5,6]Fulleren
Andra namn Fulleren-C 70 , rugbyballene
Identifierare
CAS-nummer	115383-22-7   Y
3D-modell ( JSmol )	Interaktiv bild
ChEBI	CHEBI:33195
ChemSpider	17288599
ECHA InfoCard	100.162.223
PubChem CID	16131935
CompTox Dashboard ( EPA )	DTXSID90151050
InChI InChI=1S/C70/c1-2-22-5-6-24-13-14-26-11-9-23-4-3(21(1)51-52(22)54(24)55( 26)53(23)51)33-31(1)61-35-7-8-27-15-16-29-19-20-30-18-17-28-12-10(25(7) 56-57(27)59(29)60(30)58(28)56)37(35)63(33)65-36(4)40(9)67(44(17)42(12)65) 69-46(11)47(14)70(50(20)49(18)69)68-43(13)39(6)66(45(16)48(19)68)64-34(5) 32(2)62(61)38(8)41(15)64 Nyckel: ATLMFJTZZPOKLC-UHFFFAOYSA-N InChI=1/C70/c1-2-22-5-6-24-13-14-26-11-9-23-4-3(21(1)51-52(22)54(24)55( 26)53(23)51)33-31(1)61-35-7-8-27-15-16-29-19-20-30-18-17-28-12-10(25(7) 56-57(27)59(29)60(30)58(28)56)37(35)63(33)65-36(4)40(9)67(44(17)42(12)65) 69-46(11)47(14)70(50(20)49(18)69)68-43(13)39(6)66(45(16)48(19)68)64-34(5) 32(2)62(61)38(8)41(15)64 Nyckel: ATLMFJTZZPOKLC-UHFFFAOYAA
LEDER C12=C3C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%10=C%10C8=C5C1=C%10C1=C%13C5=C8C1=C2C1=C3C2=C3C%10=C% 13C%14=C3C1=C8C1=C3C5=C%12C5=C8C%11=C%11C9=C7C7=C9C6=C4C2=C2C%10=C4C(=C29)C2=C6C(=C8C8=C9C6=C4C% C9C(=C%141)C3=C85)C%11=C27
Egenskaper
Kemisk formel	C 70
Molar massa	840,770 g·mol -1
Utseende	Mörka nålliknande kristaller
Densitet	1,7 g/cm 3
Smältpunkt	sublimeras vid ~850 °C
Vattenlöslighet	olösligt i vatten
Bandgap	1,77 eV
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).   Y ( vad är Y N ?) Infobox referenser

C ₇₀ fulleren är fullerenmolekylen som består av 70 kolatomer . Det är en burliknande sammansmält ringstruktur som liknar en rugbyboll, gjord av 25 hexagoner och 12 pentagoner , med en kolatom vid hörnen av varje polygon och en bindning längs varje polygonkant. En besläktad fullerenmolekyl, benämnd buckminsterfulleren (C ₆₀ fulleren) , består av 60 kolatomer.

Den förbereddes först avsiktligt 1985 av Harold Kroto , James R. Heath , Sean O'Brien, Robert Curl och Richard Smalley vid Rice University . Kroto, Curl och Smalley tilldelades 1996 Nobelpriset i kemi för sina roller i upptäckten av burliknande fullerener. Namnet är en hyllning till Buckminster Fuller , vars geodetiska kupoler dessa molekyler liknar.

Historia

Huvudartikel: Fulleren

Harold Kroto

Teoretiska förutsägelser av buckyball-molekyler dök upp i slutet av 1960-talet till början av 1970-talet, men de gick i stort sett obemärkta. I början av 1970-talet studerades kemin för omättade kolkonfigurationer av en grupp vid University of Sussex , ledd av Harry Kroto och David Walton. På 1980-talet utvecklades en teknik av Richard Smalley och Bob Curl vid Rice University, Texas för att isolera dessa ämnen. De använde laserförångning av ett lämpligt mål för att producera kluster av atomer. Kroto insåg det genom att använda ett grafitmål .

C ₇₀ upptäcktes 1985 av Robert Curl, Harold Kroto och Richard Smalley. Med laseravdunstning av grafit hittade de C _n -kluster (för även n med n > 20) av vilka de vanligaste var C ₆₀ och C ₇₀ . För denna upptäckt belönades de med 1996 års Nobelpris i kemi . Upptäckten av buckyballs var serendipitous, eftersom forskarna siktade på att producera kolplasma för att replikera och karakterisera oidentifierad interstellär materia . Masspektrometrianalys av produkten indikerade bildningen av sfäroidala kolmolekyler.

Syntes

År 1990 utvecklade K. Fostiropoulos, W. Krätchmer och D. R. Huffman en enkel och effektiv metod för att producera fullerener i gram och till och med kilogram, vilket ökade fullerenforskningen. I denna teknik produceras kolsot från två högren grafitelektroder genom att antända en ljusbågsurladdning mellan dem i en inert atmosfär (heliumgas). Alternativt produceras sot genom laserablation av grafit eller pyrolys av aromatiska kolväten . Fullerener extraheras från sotet med hjälp av en flerstegsprocedur. Först löses sotet i lämpliga organiska lösningsmedel. Detta steg ger en lösning innehållande upp till 70 % C60 _och 15 % C70, _såväl som andra fullerener. Dessa fraktioner separeras med hjälp av kromatografi .

Egenskaper

Molekyl

C ₇₀ -molekylen har en D _5h- symmetri och innehåller 37 ytor (25 hexagoner och 12 pentagoner) med en kolatom vid hörnen av varje polygon och en bindning längs varje polygonkant. Dess struktur liknar den för C ₆₀ -molekylen (20 hexagoner och 12 pentagoner), men har ett bälte med 5 hexagoner införda vid ekvatorn. Molekylen har åtta bindningslängder som sträcker sig mellan 0,137 och 0,146 nm. Varje kolatom i strukturen är bunden kovalent med 3 andra.

Strukturen för C70 _- molekylen. Röda atomer indikerar fem hexagoner utöver C60- _molekylen .

C ₇₀ kan genomgå sex reversibla enelektronreduktioner till C
⁶⁻ ₇₀ , medan oxidation är irreversibel. Den första reduktionen kräver cirka 1,0 V ( Fc / Fc ⁺
), vilket indikerar att C ₇₀ är en elektronacceptor.

Lösning

Mättad löslighet av C ₇₀ ( S , mg/ml)

Lösningsmedel	S (mg/ml)
1,2-diklorbensen	36.2
koldisulfid	9,875
xylen	3,985
toluen	1,406
bensen	1.3
koltetraklorid	0,121
n - hexan	0,013
cyklohexan	0,08
pentan	0,002
oktan	0,042
dekan	0,053
dodekan	0,098
heptan	0,047
isopropanol	0,0021
mesitylene	1,472
diklormetan	0,080

Fullerener är svårlösliga i många aromatiska lösningsmedel som toluen och andra som koldisulfid , men inte i vatten. Lösningar av C70 _är rödbruna. Millimeterstora kristaller av C70 _kan odlas från lösning.

Fast

Fast C ₇₀ kristalliseras i monokliniska , hexagonala, romboedriska och ansiktscentrerade kubiska (fcc) polymorfer vid rumstemperatur. Fcc-fasen är mer stabil vid temperaturer över 70 °C. Närvaron av dessa faser rationaliseras enligt följande. I ett fast ämne bildar C70- _molekyler ett fcc-arrangemang där den övergripande symmetrin beror på deras relativa orienteringar. Den lågsymmetriska monokliniska formen observeras när molekylär rotation låses av temperatur eller spänning. Partiell rotation längs en av molekylens symmetriaxlar resulterar i de högre hexagonala eller romboedriska symmetrierna, som förvandlas till en kubisk struktur när molekylerna börjar rotera fritt.

Alla faser av C70 _bildar brunaktiga kristaller med ett bandgap på 1,77 eV; de är halvledare av n-typ där konduktiviteten tillskrivs syrediffusion till det fasta materialet från atmosfären. Enhetscellen i fcc C ₇₀ fast innehåller tomrum vid 4 oktaedriska och 12 tetraedriska ställen. De är tillräckligt stora för att rymma föroreningsatomer. När elektrondonerande element, såsom alkalimetaller, dopas in i dessa tomrum, omvandlas C ₇₀ till en ledare med konduktivitet upp till cirka 2 S /cm.

Några av de fasta C ₇₀ faserna

Symmetri	Rymdgrupp	Nej	Pearson symbol	a (nm)	b (nm)	c (nm)	Z	Densitet (g/cm 3 )
Monoklinisk	P21 / m	11	mP560	1,996	1,851	1,996	8
Hexagonal	P6 3 /mmc	194	hP140	1,011	1,011	1,858	2	1,70
Kubisk	Fm 3 m	225	cF280	1,496	1,496	1,496	4	1,67

Bibliografi

•   Katz, EA (2006). "Fulleren tunna filmer som fotovoltaiskt material" . I Sōga, Tetsuo (red.). Nanostrukturerade material för solenergiomvandling . Elsevier. s. 361–443. ISBN 978-0-444-52844-5 .