BuckensterFlower-ウィキペディア、無料百科事典
Buckminsterfullereno |
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iUPAC名 | ||
(c 60 -私 h )[5,6] Fullereno | ||
全般的 | ||
他の名前 | バッキボラ; Fullereno-C60; [60] Fullereno; Futboleno。 |
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構造式 | jmolの構造 | |
分子式 | c 60 | |
識別子 | ||
ケース番号 | 99685-96-8 [ 初め ] | |
ChEBI | 33128 | |
Chemspider | 110185 | |
Pubchem | 123591 | |
物理的特性 | ||
外観 | 暗い針型結晶 | |
密度 | 1650 kg/m³; 1,65 g/cm³ | |
モルタイム | 720.64 g/mol | |
結晶構造 | 顔CF1924でcoconedされた立方体 | |
化学的特性 | ||
水溶性 | 不溶性 | |
熱化学 | ||
d f h 0 ガス | 2560 kj / times | |
d f h 0 個体 | 2320 kj / times | |
危険 | ||
NFPA 704 | 初め 初め 0 |
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フレーズr | R36/37 | |
フレーズs | S26 S36 | |
リスク | ||
摂取 | 刺激;牛乳や水、医療援助を与えます。 | |
吸入 | 刺激;必要に応じて、人工または酸素呼吸をするために必要に応じて、医療援助を与えます。 | |
毛皮 | 刺激;たくさんの石鹸と水で洗って、汚染された衣服と靴、医療援助を取り除きます。 | |
目 | 刺激;たくさんの水、医療援助で洗う。 | |
詳しくは | 化合物は873 kで昇華します [ 2 ] | |
SIおよび標準条件の値 (25°および1 ATM)、特に明記しない限り。 |
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彼 Buckminsterfullereno 、 バッキボラ o Futboleno 、それは経験的式cを備えた球状のフラーレン分子です 60 。サッカーボールに似た切り捨てられたIcosaedro構成で、ユナイテッドカーボンリングで構成されるケージの形で3次元構造を持っています。 20個の六角形のカーボンリングと12個の五角形リングによって形成され、各ポリゴンの頂点に炭素原子と各エッジにリンクがあります。
彼は、ライス大学で1985年にハロルド・クロト、ジェームズ・R・ヒース、ショーン・オブライエン、ロバート・カール、リチャード・スマリーによって意図的に準備されました。 [ 3 ] CurlとSmalleyは、Buckminsterfullerenesの発見と関連する分子のファミリーであるFullereneの発見における論文に対して、化学のノーベル賞を受賞しました。この名前は、この分子と大きな類似性を持っている測地ドームの発明者エンジニアであるBuckminster Fullerへのオマージュです。 Buckminsterfullereoは、発見された最初のフラーレン分子であり、自然界で最も頻繁に発見されたものであり、少量ですすで見つけることができます。 [ 4 ] [ 5 ]
Buckminsterfulleraは、波粒子の二重性を示した最大の物質の粒子です。 [ 6 ] その発見は、フラーレンの研究を含むまったく新しい化学分野の調査を開始しました。
語源 [ 編集します ]
Buckminterfulreneの名前は、悪名高い発明者であり、未来的なBuckminster Fullerに由来しています。測地測定ドーム構造の彼のデザインの1つは、cと非常に似ています 60 ;その結果、斜面発見者は、新しく発見された分子にその名前を与えました。今日、多くの人々はバックミンスターフルラとより充実したドーム構造をバックキボラと呼んでいます。 [ 7 ]
1985年の3番目の同種型の炭素の偶然の発見は、閉じた炭素ケージの根本的に異なる構造を発表しました。これはフラーレンとして知られるようになりました。非炭素「化合物」のこの新しいファミリーは、短期間で科学コミュニティ内で大きな関心を生み出し、1990年代にフラーレンと材料に基づいて数千の記事が掲載されています。
発見 [ 編集します ]
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フラーレン分子の存在の最初の理論的予測は、1960年代後半から1970年代初頭に登場しました [ 8 ] しかし、彼らは知られていないことなく長い間残っていました。 1970年代初頭、不飽和炭素化合物の構成の化学は、ハリー・クロトとデビッド・ウォルトンが率いるサセックス大学のグループによって研究されました。 1980年代、ライス大学のリチャード・スモリーとボブ・カールは、これらの物質を隔離する技術を開発しました。このために、彼らはレーザーを使用して、適切な化合物を蒸発させて原子基を取得しました。 Krotoは、グラファイトターゲットをレーザーのターゲットとして使用して、同じ手法を使用しました。 [ 9 ]
c 60 グラファイトサンプルのレーザー蒸発技術を使用して、1985年にロバートカール、ハロルドクロト、リチャードスマーリーによって発見されました。質量分析を通じて、彼らは型C原子基の証拠を見つけました n (ここでn> 20)、そして最も豊富な存在もcのものでした 60 y c 70 。この発見によって、彼らは1996年の化学のノーベル賞を受賞しました。バックキボラの発見は偶然でしたが、科学者は炭素原子を使用してプラズマを生成して星間物質の未知の化合物を特徴づけて特徴づけて、得られた生成物の質量分析分析は、四葉炭素分子の形成を示唆しました。 [ 8 ]
720単位の原子質量への強いピークである実験的証拠は、分子が60の炭素原子で形成されたが、構造情報をほとんど提供していないことを示した。さまざまな化学反応性実験の後、研究グループは、最も可能性の高い構造は球状分子の構造であると結論付けました。このアイデアは、特定の分子対称性イクサゼを持つケージの形の分子構造の基礎として、すぐに合理化されました。クロトは、注目すべきエンジニア、建築家、発明家、未来科学者のバックミンスター・フラーの測地的なドームとの類似性に言及し、最終的にバックミンスターフルレンの名前につながりました。 [ 8 ]
その後の調査 [ 編集します ]
フラーレン分子の汎用性は、研究グループからの特性を探求するための大規模な合意をもたらしました。潜在的に有用な特性は、これらの炭素分子の内部空間のケージの形状の大きな能力であり、異なる要素の原子を導入してパッケージ化されたバージョンを生成できます。 [ 十 ]
1985年から1990年の間に開発された連続実験は、このC分子の安定性のより大きな証拠を提示しました 60 、そして、ケージの形で構造理論のより強力なサポートフレームを提供し、そのような分子によって形成された材料が持つべき集中的な特性のいくつかを予測しさえしました。これらの日付の周りで、グループの激しい研究が分子Cを予測しました 60 スフェロイドは、その象徴的な対称性の結果として、赤外線スペクトルに4つのアクティブな振動バンドのみを備えている必要があります。 [ 11 ]
1989年、物理学者のWolfgangKrätschmerとDonald Huffmanが率いるHeidelberg/Tuscon Groupのメンバーは、グラファイトバー間の電気弧によって生成された薄いカーボンシートの異常な光学吸収を観察しました。他の機能に加えて、観察された赤外線スペクトルは、Cの提案と密接に一致して4つの離散吸収帯を示しました。 60 。これらの結果に続いて、グループは1990年に研究作業を発表し、そこで電気弧によって加工されたグラファイトからの可溶性材料のベンゼン抽出を詳述しました。抽出物を結晶化し、X溶融結晶学分析により、Cの分子構造の一貫性が示されました。 60 直径約0.7ナノメートルの小さな球体の形状。 [ 11 ]
1990年、W。KrätchmerとD. R. Huffmanは、フラーレンの調査を促進した量のガイド、さらにはキログラムでさえガイドを作成するためのシンプルで効率的な方法を開発しました。この手法では、石炭吸着は、不活性雰囲気(ヘリウムガス)でそれらの間のアーク放電を点火することにより、2つの高純度グラファイト電極から生成されます。あるいは、すすは、グラファイトのレーザーアブレーションまたは芳香族炭化水素の熱分解によって生成されます。フルレノスは、複数の段階手順を使用してすすから抽出されます。まず、すすは適切な有機溶媒に溶解します。このステップは、Cの75%以上を含むソリューションにつながります 60 、他のフラーレンと同様に。これらの画分は、クロマトグラフィーを使用して分離されています。 [ 12番目 ]
プロパティ [ 編集します ]
分子 [ 編集します ]
Buckminterfulreneの構造は、60の頂点と32の顔(20六角形と五角形の頂点を共有しない12のヘキサゴンと12ペンタゴン)を備えた切り捨てられたicosahedronであり、各ポリゴンの頂点とポリゴンの各エッジに沿ったリンクに炭素原子を備えています。ファンデルワールスのC分子の直径 60 それは約1.01ナノメートル(nm)です。 C分子のコア直径 60 約0.71 nmです。 C分子 60 リンクの長さは2つあります。リング6:6リンク(2つの六角形の間)は「二重結合」と見なされ、6:5の結合(六角形と五角形の間)よりも短いです。その平均リンク長は0.14 nmです。構造内の各炭素原子は、別の3と共有結合されています。 [ 13 ]
分子c 60 それは非常に安定しており、高温や圧力に抵抗することができます。構造の露出された表面は、球状の形状を維持しながら他の種と反応することができます。 [ 14 ] 中空の構造は、フラーレン分子とは反応しない原子と小さな分子を捕まえることもできます。
c 60 cまで6つの可逆的モノエレクトロニクス削減に苦しむことができます 60 6- 、酸化は不可逆的です。最初の削減には〜1.0 V(FC/FCが必要です + )、c 60 それは電子受容体です。 c 60 五角形のリング内に貧弱な電子移転を生成する二重リンクがないことを避ける傾向があり、実際にはCがCが 60 「克服」ではありません。 c 60 それは貧弱な電子アルケンとして多くの振る舞いをし、電子が豊富な種と簡単に反応します。 [ 11 ]
M分子の炭素原子 60 cを取得する窒素またはホウ素原子に置き換えることができます 59 n o c 59 それぞれ。 [ 15 ]
ソリューション [ 編集します ]
男たちは、トルエンなどの多くの芳香族溶媒や、ジスルフィド炭素などの他のアポーラでも少し溶けていますが、水ではありません。 Cソリューション 60 純粋な紫色の紫色の色は、溶媒の一部を蒸発させることで茶色に変わります。この色の変化の理由は、Cの個々の分子のスペクトルの緑色の領域での吸収の原因となる分子レベルの相対エネルギーの狭さです 60 。これにより、分子が凝集体を形成していないソリューションが、紫色と赤色の光を伝えることができ、紫色の色になります。溶媒を蒸発させることにより、分子相互作用によりエネルギー帯の重複と拡大が生じ、青色光の伝達が排除され、紫色が茶色に向かって紫色になります。 [ 19 ]
cの溶解度 60 一部の溶媒では、溶媒和相の存在による異常な挙動を示します(結晶水和物に類似)。たとえば、cの溶解度 60 ベンゼンでは、最大313 Kになります。この最大値までの温度でベンゼンの溶液からの結晶化により、4つのベンゼン分子cで溶媒溶媒中のトリシクリング固体の形成が発生します。 60 ・4c 6 h 6 空中では非常に不安定です。溶液から除去されると、この構造は、顔を中心とした典型的な立方体結晶構造を形成する分解します( CF )c 60 数分で。最大溶解度を超える温度では、ソルバートは安定しておらず、飽和溶液に水没さえされず、溶融してCを形成します 60 CF 。最大溶解度を超える温度での結晶化は、常にCの純粋な結晶の形成を引き起こします 60 CF 。このメカニズムでは、結晶はソルバトスと純粋なフラーレンの両方の溶液から成長することができます。 [ 20 ] [ 21 ]
それらの固体形態では、バックミンターフレン分子は通常、ファンデルワールスの力を介して互いに接着します。ただし、光または酸素への曝露は、その二量体化または重合を引き起こす可能性があります。低温では、それらは単純な立方体配置で注文され、そこで回転が妨げられます。温度を上げると、それらは-20°Cの周りで回転し始め、面に焦点を当てた立方体構造への位相遷移を引き起こします。 [ 22 ]
c 60 グラファイトのように柔らかく固体ですが、その体積の70%未満に圧縮されると、ダイヤモンドの超硬化型になります(ダイヤモンドナノバラの集合体を参照)。 Cフィルムとソリューション 60 彼らは強い非線形の光学特性を持っています。特に、光の強度(飽和吸光度)とともに光学吸光度が増加します。
c 60 それは、約1.6 eVの光吸収障壁を備えた係留固体を形成します。 [ 23 ] タイプNの半導体で、0.1-0.3 eV程度の活性化エネルギーが低いです。この導電率は、ガラスの固有の欠陥または酸素への暴露によって引き起こされる欠陥に起因します。 [ 24 ] cの単位セル 60 4八面体の位置と12四面体の位置に穴があります。これらの穴は、さまざまなタイプの原子に対応するのに十分な大きさです。これらの空間が、アルカリ金属の原子や他の種類の金属などの電子の原子で占有されている場合、半導体からドライバー、または超伝導体に変換できます。 [ 22 ] [ 25 ]
バンド構造と超伝導 [ 編集します ]
EN 1991、ハドン et al。 [ 26 ] 彼らは、cのアルカリ金属原子のインターカレーションがあることを発見しました 60 固体は金属の動作につながります。1991年には、cが公開されました 60 カリウムドーピングは18 kまでの超伝導体になります。 [ 28 ] これは、分子超伝導体の遷移温度が最も高かった。それ以来、他のいくつかのアルカリ金属とのガイドラインでは、超伝導が報告されています。 [ 29 ] [ 30 ] アルカリ金属を使用したガイドラインの超伝導遷移温度は、ユニットセルの体積とともに増加することが示されています。 [ 最初に30 ] [ 32 ] セシオは最大のアルカリイオンを形成するため、セシオでドップされたフラーレノはこのファミリーの重要な材料です。最近、CSで38 Kの超伝導が報告されています 3 c 60 大量に、 [ 33 ] ただし、圧力適用下でのみ。 CSについては、周囲圧力で33 Kの最高の超伝導遷移温度が報告されています 2 RBC 60 。 [ 34 ]
単位セルの体積による遷移温度の上昇は、CのC超伝導率のBCSメカニズムの証拠として考えられています。 60 cの内部分離のために固体 60 フェルミレベルでの状態密度の増加に関連する可能性があります。 f )。したがって、フラーレン内での分離を増やすための多くの努力がありました。 3 c 60 バレンシア・デルCの間に、インターフルランの間隔を上げるには 60 それは変わらないままです。しかし、この補償技術は、フラーレン意図の化合物の新しい側面を明らかにしました:モットの遷移とC分子の方向/軌道秩序との相関 60 および磁気構造。 [ 35 ]
C分子 60 それらは、弱いリンクされた分子の固体を形成します。したがって、「フラーリトス」は分子固体であり、分子特性が維持されます。分子の離散レベルc 60 自由は固体で弱く拡張されているだけであり、これは本質的に幅が約0.5 eVの幅が約0.5 eVである一連のバンドにつながります。 60 ドーパールなしの固体、バンドh の 5プレートのホモレベル、およびBバンド 1U 3プレートのものは空のLumoレベルであり、このシステムはバンド絶縁体です。しかし、c 60 固体は金属原子を備えたドーパで、金属原子はT帯に電子を与えます 1U または、3プレーンtの上部に 1g 。 [ 36 ] バンド電子のこの部分的な占有は、金属の挙動につながる可能性があります。ただし、に 4 c 60 バンドtは絶縁体です 1U それは部分的にしか満たされておらず、バンド理論によると金属であるべきです。 [ 37 ] この非予測行動は、高対称分子の自発的変形が縮退レベルの展開を誘導して電子エネルギーを獲得するヤーンテラー効果によって説明できます。 Jahn-Teller Type Electron-Phonon相互作用は、C固体で十分に強いです 60 プライベートバレンシア州のバンドのイメージを破壊する。 [ 35 ]
狭い帯域または強く相関した電子システムと縮退した基底状態は、固体フラーレンの超伝導性を理解するための重要なポイントです。電子間反発がバンドの幅よりも大きい場合、単純なモットハバードモデルにある電子絶縁状態が生成されます。これは、C固体に環境圧力超伝導がないことを説明しています 60 セシオとドパドス。 [ 33 ] Tの電子相関による場所 1U 臨界値を超えて、モット絶縁体につながります。高圧塗布は、フルレレン間空間を減少させるため、cの固体が減少します 60 セシオを備えたドパドスは金属および超伝導体になります。
Cの固体の超伝導性に関する完全に開発された理論 60 それはまだ必要ですが、Jahn-Tellelerの強力な電子相関と電子とフォノンの結合が広く受け入れられています [ 38 ] それらは、絶縁金属遷移の近くで高い遷移温度を示す局所電子を生成します。 [ 39 ]
機能化 [ 編集します ]
水分補給fulline(hyfn) [ 編集します ]
潤いのあるフラーレノc 60 Hyfnは、フラーレン分子によって形成される安定した高油原性分子複合体です 60 水分子のシェルまたはシェルにロックされています。このシェルは最初の水和層に対応し、24の水分子で構成されています。 60 @(h 2 o) 24 。この水分補給層は、水分子の孤独な酸素ペアとフラーレン分子の表面の中心を受け入れる電子の間のドナーと受容体の種類の相互作用の結果です。さらに、この最初の層を形成する水分子は、水素橋の3次元ネットワークによって相互接続されています。 cのサイズ 60 Hyfnは約1.6〜1,8 nmです。 2010年に達成された最大濃度は、сの水溶液のために達成されました 60 cの形で 60 hyfn es de 4 mg/ml。 [ 40 ] [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ]
技術アプリケーション [ 編集します ]
cの分子 60 構造を変更せずに、多数の水素原子(各炭素原子に複数の炭素原子に複数)をリンクできます。このプロパティは、c 60 これは、金属水素(現在この目的のための最良の材料として認識されている)よりも水素の貯蔵手段であり、新しいバッテリーの開発の重要な要因になり、より軽い燃料電池によって推進され、古典的な酸鉛バッテリーよりも効率的ではない車の非発電車でさえあります。 [ 十 ]
cの光吸収特性 60 彼らは、Cに基づいてFILの開発を支持する太陽スペクトルと一致します 60 太陽光発電アプリケーション用。一部のフラーレンポリマー細胞では、5.7%を超える変換効率が報告されています。 [ 44 ]
いくつかの実験は、c 60 アルカリの金属が追加されたものには、プラチナの触媒特性と同様の触媒特性があります。 [ 十 ]
医療アプリケーション [ 編集します ]
C分子 60 それらは、原子を人体内の他の分子(放射性マーカーなど)にケージおよび輸送することができます。たとえば、Lantano Carburo(lac 2 )水蒸気と酸素と激しく反応し、環境空気に急速にさらされる分解は、C分子内でロックされることで成功裏に保護されています 60 、6か月以上安定しています。 [ 十 ] ヘリウム(小文字の量で検出できる)などのいくつかの元素は、含浸されたバンカボラスの化学マーカーとして使用できます。
Buckminterfulreneは、エイズウイルスを阻害する可能性もあります。 C分子 60 どうやら、HIV-1プロテアーゼとして知られるウイルスの複製のために、重要な酵素の活性部位をブロックできるようになるようです。これにより、ウイルスの免疫系への複製が妨げられます。 [ 必要な予約 ]
C60オイルとリスク [ 編集します ]
2011年から2012年の実験により、げっ歯類にCの溶液が供給されました 60 オリーブオイルでは、彼らの人生がもっと続くことを達成しました。 [ 45 ] それ以来、c 60 それらは人間の消費のための抗酸化物質として販売されていますが、後の実験では、光への曝露がそれらのオイルを毒化し、毒性を発揮し、癌(腫瘍)に「大幅に」「大幅に」増加させることが示されました。 [ 46 ] [ 47 ]
このリスクを回避するために、cでオイル 60 それらは非常に暗い環境で生産され、可能な限り最大の不透明度の容器で瓶詰めされ、暗闇に保存され、それらを貧弱な明るい場所で消費するのにも便利であり、それらの製品に光がある危険のラベルを通して警告する必要があります。 [ 46 ] [ 48 ]
一部の企業はなんとか解散しましたc 60 可能性のある油の問題を避けるために水の中で、原則としてCを保護しない 60 光のため、同じ予防策を講じる必要があります。 [ 48 ]
一方、c 60 体、特に肝臓から完全に追い出されるには、より多くの蓄積をする傾向があります。 [ 49 ]
参照してください [ 編集します ]
参照 [ 編集します ]
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