Fulereno

Fulerenoj estas speciala grupo de makromolekuloj, kiuj konstruiĝas senescepte (nur) el karbonatomoj kaj kiuj montras la formulon de $C_{2n}$. Ili prezentas la trian elementan modifaĵon de karbono (krom diamanto kaj grafito). La unua publikaĵo pri fulerenoj aperis la 14-an de novembro en 1985 en la gazeto Nature. La malkovristo estis Robert F. Curl juna (Usono), Sir Harold W. Kroto (Anglio) kaj Richard E. Smalley (Usono), kiuj ricevis pro tio en 1996 Nobel-premion pri kemio. La plej konataj kaj stabilaj reprezentantoj havas la kemian formulon $C_{60}$, $C_{70}$, $C_{76}$, $C_{80}$, $C_{82}$, $C_{84}$, $C_{86}$, $C_{90}$, $C_{94}$. La plej forte esplorita fulereno estas $C_{60}$, kiun oni nomis post arkitekto Buckminster Fuller Buckminster-fulereno (Bakminster-fulereno) , ĉar ĝi similas al la de li konstruita geodezia kupolo. Ĝi konsistas el 12 kvinanguloj kaj 20 sesanguloj. Ĉar futbalpilko havas similan strukturon, oni ofte nomas ĝin futbala molekulo.

bildo 1: strukturo de C₆₀

bildo 2: futbalpilko kiel modelo por C₆₀-fulerena molekulo

Produkto

Oni vaporigas grafiton sub protekta gaso, per rezista hejtado aŭ per lumarko. Tiel estiĝas karbonmolekuloj kiel $C_2$, $C_4$ kaj $C_6$ kiuj ĉe malvarmiĝo kuniĝas al pli granda unuo. En la fulgo, kiu postrestas la malvarmiĝon, troviĝas fulerenoj kaj eĉ karbonaj nanotuboj. Oni povas apartigi la fulerenojn per kromatografio.

Ecoj

La fulerenoj estas brun-nigraj pulvoroj kun metala brileto. Ili solviĝas en organikaj solvenzoj kun karakteriza koloriĝo. La fulereno disfalas en aero malrapide al grafito.

Strukturo kaj stabileco

Ĉiu konata fulereno konsistas el 12 kvinanguloj, kiuj diferenciĝas unu de la alia je nombro de la sesanguloj.

$C_{60}$ havas ikozoederan simetrion. La fulerenoj kun pli ol 60 C-atomoj perdas pli kaj pli la kugloformon kaj ekz. $C_{70}$ formas jam elipsoidon.

La stabileco de fulereno estas la plej granda, se

• la kvinanguloj ne najbaras unu la alian, sed ilin ĉirkaŭas nur sesanguloj (kvinangula regulo),
• la aromata karaktero estas grava (aromateco),

Reakcioj de $C_{60}$

Per aldonaj reakcioj, kelkaj C-atomoj povas anstataŭiĝi per aliaj atomoj (ekz. $C_{59}N$) aŭ la fremdaj atomoj penetras la fulerenon (X@$C_n$, kie X signifas la internan atomon).

$C_{60}$ havas kavon kun diametro de 700 pm, en kiu povas situi metalaj aŭ nemetalaj atomoj (ekz. He@$C_{60}$, kiu estiĝas se oni forvaporigas la grafiton en He-atmosfero).

Aliaj tipoj:

• $C_{60}{F}_{60}$
• $M{C}_{60}$, $M_2{C}_{60}$ kaj $M_3{C}_{60}$ (M = Na, K)
• $K{C}_{60}$ kristaliĝas en natrioklorida krado
• en $K_3{C}_{60}$ troviĝas $C_{60}{}^{3-}$-anjono kaj formas kuban kradon; $K^{+}$ estas enkostruita ĉe la tetraedraj kaj oktaedraj truoj. $K_3{C}_{60}$ estas alt-temperatura suprakondukanto.

Vidu ankaŭ

• Pluredro