Фулерити

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до навігації Перейти до пошуку
Фулерит
Загальні відомості
Статус IMAопублікований без ухвалення CNMNC (N)[d][1]
Хімічна формулаC60
Клас мінералусамородні елементи, група вуглецю
Nickel-Strunz 101.CB.05c
Ідентифікація
Колірчорний, коричневий
Форма кристалівкубічна
Сингоніятетрагональна, псевдокубічна
Твердість3,5 (штучний фулерит >10)
Блисквід склоподібного до металевого
Прозорістьнепрозорий
Колір рисичорна
Густина1,9...2
Розчинністьсірковуглець, толуол, бензол
Інші характеристики
Фазові переходипри 249 K (першого роду)
Подібні мінералиграфіт, алмаз
Радіоактивністьвідсутня
Магнетизмвідсутній
Названо на честьРічард Бакмінстер Фуллер[2],
Фулерени
Особливі характеристикинапівпровідник,

Фулерити — молекулярні кристали, продукти об'ємної полімеризації сферичних вуглецевих молекул фулеренів C60 і C70 при тиску понад 90 тисяч атмосфер і температурі понад 300 °C. Отриманий матеріал повністю зберігає жорстку структуру фулеренів, які при полімеризації з'єднуються між собою міцними алмазоподібними зв'язками. Це призводить до появи просторових каркасів, що мають аномально високу жорсткість і твердість.

Вперше твердий фулерит спостерігали В. Кретчмер і Д. Хаффман в травні 1990 року в одній з лабораторій Інституту ядерної фізики в м. Гейдельберг (Німеччина). Фулерит є третьою формою чистого вуглецю, що принципово відрізняється як від алмазу, так і від графіту.

Є відомості щодо можливості утворення фулеритів у природних умовах[3] (фулерити додано у класифікацію мінералів, до класу самородних елементів групи вуглецю[4],[5]).

Структура фулериту

[ред. | ред. код]
Крупнокристалічний порошок фулериту C60 в растровому електронному мікроскопі
Структура фулериту

Фулерит має високий ступінь кристалічного порядку. Молекули C60 при кімнатній температурі конденсуються в структуру з щільною упаковкою, де кожна молекула має 12 найближчих сусідів. Існують дві щільноупаковані структури — гранецентрована кубічна (ГЦК) і гексагональна ґратка. У кристалічному фулериті молекули фулеренів утворюють ГЦК-ґратку. Оскільки 60-атомна молекула має діаметр 0,71 нм, розміри елементарної комірки ГЦК-ґратки вельми значні: кожна сторона кубу дорівнює 1,42 нм, а відстань між найближчими сусідами становить близько 1 нм. У кристалах, що складаються з атомів і мають ГЦК-ґратку, сторона кубу зазвичай не перевищує 0,4 нм, а відстань між найближчими сусідами — 0,3 нм.

Методом ЯМР доведено, що молекули C60, займаючи певні місця в гранецентрованих ґратках, при кімнатній температурі постійно обертаються навколо положення рівноваги з частотою 10 ТГц. Таке обертання є значною перешкодою, коли потрібно визначити положення атомів вуглецю в самій молекулі C60. Але, в міру пониження температури обертання молекул сповільнюється і при дуже низькій температурі повністю припиняється.

При зниженні температури до 249 К фулерит здійснює фазове перетворення першого роду, при якому ГЦК-ґратки перебудовуються в прості кубічні. При цьому об'єм фулериту збільшується на 1 %.

Властивості фулеритів

[ред. | ред. код]

Твердість фулеритів порівняна з твердістю алмазу: 6-16 тисяч кгс/мм², а у фулеритів ультратвердої модифікації значно вище за неї: 16-30 тисяч кгс/мм². Модуль всебічного стиску фулеритів доходить до 1300 ГПа, істотно перевищуючи цю характеристику алмазу (445 ГПа). Одночасно було виявлено, що швидкість подовжніх акустичних хвиль у фулеритів надзвичайно висока: 19,5-22,3 км/с при відносно невеликій швидкості поперечних хвиль — 7-8,5 км/с (ці значення зазвичай розрізняються не більше ніж удвічі).

Кристал фулериту має густину 1,7…2 г/см³, що значно менше від густини графіту (2,3 г/см³) і тим більше алмазу (3,5 г/см³).

Фулерит не відрізняється високою хімічною активністю. Молекула C60 зберігає стабільність в інертній атмосфері аргону до температур близько 1200 К. Однак у присутності кисню вже при 500 К спостерігається значне окислення з утворенням CO і CO2.

Фулерити достатньо легко розчиняються в неполярних розчинниках. Найвідоміші розчинники утворюють наступний ряд у порядку зменшення розчинності фулеритів: сірковуглець (CS2), толуол (C7H8), бензол (C6H6), тетрахлорметан (CCl4), декан (C10H22), гексан (C6H14), пентан (C5H12).

Твердий фулерит є напівпровідником з шириною забороненої зони 1,5 еВ.

Див. також

[ред. | ред. код]

Примітки

[ред. | ред. код]
  1. Нікель Е. Г., Nichols M. C. IMA/CNMNC List of Mineral Names (March 2009) — 2009.
  2. Ralph J., Nikischer T., Hudson Institute of Mineralogy Mindat.org: The Mineral and Locality Database[Keswick, VA], Coulsdon, Surrey: 2000.
  3. What Are Fullerenes and Fullerites in the Mineral World? / M. I. Novgorodova // Geochemistry International. - Vol. 37, No. 9, 1999. - P. 896. Архів оригіналу за 4 березня 2016. Процитовано 26 липня 2008.
  4. Фулерит у мінералогічній базі даних Webmineral.com
  5. http://www.mindat.org/min-6959.html

Література

[ред. | ред. код]

Посилання

[ред. | ред. код]