Fulereny , fullereny ? cz?steczki składaj?ce si? z parzystej liczby atomow w?gla ^[1] , tworz?ce zamkni?t?, pust? w ?rodku brył? geometryczn? . Cz?steczki fulerenow zawieraj? od 28 do około 1500 atomow w?gla.

Wła?ciwo?ci chemiczne fulerenow s? zbli?one pod wieloma wzgl?dami do w?glowodorow aromatycznych . Fuleren C
60 , czyli buckminsterfulleren , podobnie jak inne fulereny, jest odmian? alotropow? w?gla.

Etymologia nazwy i historia odkrycia [ edytuj | edytuj kod ]

Za inicjatora tego odkrycia uwa?a si? Harolda Kroto z Uniwersytetu Sussex (w południowej Anglii), ktory ? badaj?c metodami spektroskopowymi w ramach pracy doktorskiej przemiany zwi?zkow w?gla zachodz?ce w okolicach wygasłych gwiazd ? odkrył charakterystyczne w?skie linie spektralne, ktore odpowiadały aromatycznym zwi?zkom w?gla.

Mniej wi?cej w tym samym czasie zespoł naukowy z Uniwersytetu Rice’a w Houston (w Teksasie), w skład ktorego wchodzili James R. Heath  (inne j?zyki) , Sean O’Brien , Robert Curl i Richard Smalley , opracował zestaw do syntezy zwi?zkow organicznych poprzez na?wietlanie promieniem lasera obracaj?cej si? tarczy grafitowej . Otrzymano w tych warunkach szereg bardzo nietypowych zwi?zkow o budowie klatkowej. Wzbudziło to zainteresowanie Harolda Kroto, ktory zauwa?ył, ?e warunki panuj?ce podczas tych syntez s? bardzo podobne do warunkow, jakie panuj? w gwiazdach. Nasun?ło to my?l, by wykorzysta? to urz?dzenie do syntezy pochodnych w?gla.

Harold Kroto doł?czył do tego zespołu w 1985 r. w ramach sta?u podoktorskiego. Wspolnie z Richardem Smalleyem podj?li si? bada? nad otrzymaniem zwi?zkow w?gla o du?ej masie cz?steczkowej. Ju? pierwszego dnia odkryto tajemniczy zwi?zek o masie cz?steczkowej 720 u , ktory wyst?pował w wi?kszym st??eniu ni? inne. Dokładne przemy?lenia doprowadziły ich do struktury ?piłki futbolowej”. Nast?pnie na drodze oblicze? kwantowo-mechanicznych dowiedli, ?e zwi?zek taki powinien generowa? dokładnie jedn? lini? w widmie ¹³ C NMR, ?ci?le odpowiadaj?c? widmu zwi?zku uzyskanego przez Harolda Kroto i zespołu z Uniwersytetu Rice’a.

W zoptymalizowanych warunkach (wolno obracaj?ca si? tarcza grafitowa w strumieniu helu pod ci?nieniem 10 atm, na?wietlana laserem impulsowym 532 nm) powstawał głownie produkt C
60 , ktoremu towarzyczyła niewielka ilo?? C
70 i ?ladowe ilo?ci cz?steczek C
40 ? C
90 ^[2] .

Za odkrycie fulerenow Harold Kroto z Uniwersytetu Sussex w Brighton (Wielka Brytania) oraz zespoł R.E. Smalley i R.F. Curl jr. z Uniwersytetu Rice’a w 1996 r. otrzymali Nagrod? Nobla w dziedzinie chemii . Harold Kroto kontynuował badania nad fulerenami na Uniwersytecie Sussex, m.in. wyodr?bniaj?c je w bardzo ?mudny sposob z sadzy i rozpocz?ł badania ich własno?ci chemicznych. W 1990 niemieccy badacze W. Kratschmar i D. Huffman opublikowali wzgl?dnie tani? i wydajn? metod? syntezy fulerenow poprzez kontrolowane spalanie ^{[ potrzebny przypis ]} w?gla w łuku elektrycznym w atmosferze helu , ktora otworzyła drog? do praktycznego zastosowania tych zwi?zkow, lecz nie zostali uwzgl?dnieni w nagrodzie Nobla.

Zgodnie z opowie?ciami Harolda Kroto, widok kopuły geodezyjnej skonstruowanej z pi?cio- i sze?ciok?tow, ktor? widział podczas ?wiatowej Wystawy '67 w Montrealu, zainspirował ich obu do wspolnego skonstruowania pierwszego modelu fulerenu C
60 . Model taki dla klasterow w?glowych zaproponował ju? w 1970 r. Eiji Osawa  (inne j?zyki) ^[3] . Inni członkowie zespołu Smalleya zacz?li konstruowa? podobne modele kolejnych fulerenow sferycznych, a tak?e zauwa?yli, ?e mo?na na ich bazie konstruowa? rurki.

Nazwa ?fuleren” pochodzi od nazwiska ameryka?skiego architekta, Buckminstera Fullera , ktory wymy?lił pokrycia hal w postaci tak zwanych kopuł geodezyjnych , opartych o kratownice pokryte płytami w kształcie wielok?tow foremnych . Na tej konstrukcji oparty był rownie?, zatwierdzony przez FIFA i u?ywany przez 36 lat (1970?2006), wzor piłki no?nej (Buckminster Ball).

Na cze?? konstruktora kopuły w Dallas, zacz?li oni mi?dzy sob? nazywa? w ?artach tego rodzaju zwi?zki ?Bucky balls” (czyli w wolnym tłumaczeniu ?jaja Buckiego” lub ?piłki Buckiego”), co zostało w pierwszej publikacji przerobione na bardziej powa?nie brzmi?c? nazw? ?Buckminsterfulleren”Kroto, z ktorej to nazwy wywiedziona została nazwa dla całej klasy tego rodzaju zwi?zkow.

Budowa fulerenow [ edytuj | edytuj kod ]

Powierzchnia fulerenow składa si? z układu sprz??onych pier?cieni składaj?cych si? z pi?ciu i sze?ciu atomow w?gla. Najpopularniejszy fuleren, zawieraj?cy 60 atomow w?gla (tzw. C
60 ), ma kształt dwudziesto?cianu ?ci?tego . Natomiast C
70 zawiera dodatkowy pier?cie? atomow w?gla.

Szczegolnymi izomerami strukturalnymi fulerenow s? nanorurki , b?d?ce długimi walcami uzyskanymi ze zwini?cia pojedynczej płaszczyzny grafitowej, domkni?te z obu stron połowkami fulerenow odpowiedniej wielko?ci. Najkrotsz? nanorurk?, z formalnego punktu widzenia, jest C
70 , najdłu?sze za? (w 2008) maj? ponad dwa centymetry długo?ci.

Do rodziny fulerenow zalicza si?:

• fulereny wła?ciwe ( C
  60 , C
  70 );
• nanocebulki (fulereny wielowarstwowe);
• fulereny olbrzymie (powy?ej 500 atomow);
• nanorurki (walce z warstw grafenowych ).

Wła?ciwo?ci [ edytuj | edytuj kod ]

Fulereny s? czarnymi ciałami stałymi o metalicznym połysku. Maj? własno?ci nadprzewodz?ce i połprzewodnikowe . Ich własno?ci chemiczne s? zbli?one do sprz??onych w?glowodorow aromatycznych, cho? reakcje z ich udziałem wymagaj? zwykle drastyczniejszych warunkow. Ulegaj?, mi?dzy innymi, reakcji Friedela-Craftsa ( addycji ). G?sto?? wynosi 1,65 g/cm³

Fulereny nale?? do zwi?zkow słabo rozpuszczalnych. Nie rozpuszczaj? si? w polarnych rozpuszczalnikach praktycznie wcale. Najlepiej (cho? te? nie za dobrze) rozpuszczaj? si? w rozpuszczalnikach aromatycznych ( benzen , toluen ) oraz w czterochlorku w?gla . Tworz? si? wtedy kolorowe roztwory. Roztwor C
60 w benzenie ma barw? fioletow?, za? C
70 ? rubinow?.

Na pocz?tku wydawało si?, ?e s? one tylko kolejn? ?ciekawostk? przyrodnicz?”, w toku bada? okazało si? jednak, ?e mog? znale?? wiele praktycznych zastosowa?. Mo?na je przył?cza? do polimerow , uzyskuj?c w ten sposob ?rodki smaruj?ce i tworzywa o unikatowych własno?ciach elektrooptycznych. Mo?na je funkcjonalizowa? na powierzchni i ł?czy? razem, otrzymuj?c układy katalityczne o bardzo rozwini?tej powierzchni.

Wewn?trz fulerenow mo?na zamyka? atomy praktycznie wszystkich pierwiastkow, a tak?e odpowiednio małe cz?steczki zwi?zkow chemicznych.

Modyfikowane fulereny dzieli si? na:

• egzohedralne ? fulereny modyfikowane powierzchniowo, czyli do powierzchni ktorych s? przył?czone rozmaite grupy funkcyjne (na przykład po przył?czeniu grupy hydroksylowej otrzymuje si? fulerenole )
• endohedralne ? zawieraj?ce wewn?trz swej ?klatki” inne atomy lub cz?steczki
• heterofulereny ? maj?ce jeden lub wi?cej atomow w?gla w cz?steczce zast?pione przez inne atomy (np. azotu).

Otrzymywanie [ edytuj | edytuj kod ]

Fulereny otrzymuje si? poprzez bombardowanie promieniem laserowym obracaj?cej si? tarczy grafitowej w supersonicznym strumieniu helu. Obecnie ^{[ kiedy? ]} najbardziej popularn? i wydajn? metod? otrzymywania fulerenow jest metoda płomieniowa. Polega ona na spalaniu substancji organicznych (najcz??ciej jest to toluen ). Dzi?ki tej metodzie produkcja fulerenow na ?wiecie wynosi obecnie ^{[ kiedy? ]} kilkana?cie ton. W wyniku tego procesu otrzymywana jest sadza fulerenowa, b?d?c? mieszank? wielu fulerenow. W celu oczyszczenia i rozdzielenia stosuje si? wieloetapow? ekstrakcj?, najcz??ciej benzenem lub toluenem. Separacja poszczegolnych typow fulerenow nast?puje za pomoc? wysokosprawnej chromatografii cieczowej .

Zastosowanie [ edytuj | edytuj kod ]

Ze wzgl?du na swoje wła?ciwo?ci, fulereny stosowane s? w technice biomedycznej , optycznej oraz elektronicznej ^[4] . Fulereny wchodz? te? w skład katalizatorow oraz innych urz?dze? przemysłu chemicznego ^[5] .

Wyst?powanie naturalne [ edytuj | edytuj kod ]

Fulereny wyst?puj? w niewielkich ilo?ciach w sadzy w?glowej. Znajdowane s? rownie? w niektorych ziemskich skałach, np. szungicie znajdowanym w Rosji.

Fulereny zostały tak?e wykryte w przestrzeni kosmicznej, w 2010, przy u?yciu Kosmicznego Teleskopu Spitzera . Cz?steczki wyst?puj? jako gaz w przestrzeni mi?dzygwiezdnej i w mgławicach planetarnych pozostałych po ?mierci gwiazd ^[6] . W 2012 teleskopem tym wykryto fulereny tak?e w postaci ciała stałego, czyli fulerytu , w pobli?u gwiazdy podwojnej XX Ophiuchi ^[7] .

Przypisy [ edytuj | edytuj kod ]

Linki zewn?trzne [ edytuj | edytuj kod ]

Zobacz galeri? zwi?zan? z tematem: Fulereny

• Galeria fullerenow oraz nanorurek