Fullerene
Dari Wikipedia Bahasa Melayu, ensiklopedia bebas
Pandangan berputar Buckminsterfullerene C60
The C540 Fullerene ikosahedral
Fullerene adalah suatu molekul yang seluruhnya terdiri dari karbon, dalam bentuk bola berongga, elipsoid, atau tabung. Bulat fullerene juga disebut buckyballs, dan silinder yang disebut nanotubes karbon atau buckytubes. Fullerene serupa dalam struktur grafit, yang terdiri dari lembaran graphene ditumpuk cincin heksagonal terkait, tetapi juga dapat berisi pentagonal (atau kadang-kadang heptagonal) cincin.
Yang Fullerene pertama yang ditemukan, dan senama keluarga, adalah buckminsterfullerene (C60), disiapkan pada tahun 1985 oleh Harold Kroto, James Heath, Sean O'Brien, Robert Curl dan Richard Smalley di Rice University. Nama itu sebuah penghormatan kepada Richard Buckminster Fuller, yang menyerupai kubah geodesik. Fullerene sejak ditemukan terjadi (jika jarang) di alam. [1]
Penemuan fullerene sangat memperluas jumlah alotrop karbon dikenal, yang sampai saat ini terbatas pada grafit, berlian, dan amorf karbon seperti jelaga dan arang. Buckyballs dan buckytubes telah menjadi subjek penelitian yang intensif, baik untuk mereka yang unik dan kimia untuk aplikasi teknologi mereka, khususnya dalam ilmu material, elektronika, dan nanoteknologi.
Isi [hide]
1 Prediksi dan penemuan
1,1 Penamaan
2 Variasi
3 "Buckyballs"
3,1 Buckminsterfullerene
Boron 3,2 buckyball
3,3 Variasi buckyballs
4 Karbon nanotube
Karbon 4,1 nanobuds
5 Properties
5,1 Aromatisitas
5,2 Kimia
5,3 Kelarutan
5,4 Mekanika kuantum
5,5 Keselamatan dan toksisitas
5,6 superkonduktivitas
6 kiralitas
7 Contoh fullerene dalam budaya populer
8 Contoh di alam
9 Fullerite (solid state)
9,1 Ultrahard fullerite, buckyball
10 Lihat pula
11 Referensi
12 Bacaan lebih lanjut
13 Pranala luar
Prediksi dan penemuan
Bagian dari seri artikel tentang
Nanomaterials
Fullerene
Karbon nanotube
Fullerene kimia
Aplikasi
Dalam budaya populer
Timeline
Alotrop karbon
Nanopartikel
Quantum titik
Struktur nano
Koloid emas
Silver partikelnano
Besi partikelnano
Platinum partikelnano
Lihat juga
Nanoteknologi
l • d • e
Ikosahedral C60H60 sangkar disebut pada tahun 1965 sebagai struktur topologi mungkin [2] Keberadaan C60 diperkirakan oleh Eiji Osawa dari Toyohashi University of Technology pada tahun 1970.. [3] [4] Ia melihat bahwa struktur molekul corannulene adalah subset dari bentuk bola-bola, dan dia membuat hipotesis bahwa bentuk bola lengkap juga bisa ada. Idenya adalah melaporkan di majalah Jepang, namun tidak mencapai Eropa atau Amerika.
Juga pada tahun 1970, RWHenson (kemudian dari Riset Energi Atom Pendirian) mengusulkan struktur dan membuat model C60. Bukti untuk ini bentuk baru karbon sangat lemah dan tidak diterima, bahkan oleh rekan-rekannya. Hasilnya tidak pernah dipublikasikan namun diakui dalam karbon pada tahun 1999. [5] [6]
Dengan spektrometri massa, puncak diskrit diamati sesuai dengan molekul dengan massa tepat enam puluh atau tujuh puluh atau lebih atom karbon. Pada tahun 1985, Harold Kroto (kemudian dari Universitas Sussex), James R. Heath, Sean O'Brien, Robert Curl dan Richard Smalley, dari Rice University, menemukan C60, dan tak lama kemudian datang untuk menemukan fullerene [7] Kroto. , Curl, dan Smalley tahun 1996 diberikan Penghargaan Nobel dalam Kimia untuk peran mereka dalam penemuan ini kelas senyawa. C60 dan fullerene lainnya kemudian melihat terjadi di luar laboratorium (misalnya, dalam jelaga lilin normal). Pada 1991, itu relatif mudah untuk menghasilkan contoh gram bubuk seukuran Fullerene menggunakan teknik Donald Huffman dan Wolfgang Krätschmer. Fullerene pemurnian tetap merupakan tantangan bagi ahli kimia dan untuk sebagian besar menentukan harga Fullerene. fullerene endohedral Jadi yang disebut memiliki ion atau molekul kecil yang tergabung di dalam kandang atom. Fullerene adalah reaktan yang tidak biasa di banyak reaksi organik seperti reaksi Bingel ditemukan pada tahun 1993. Para nanotube pertama diperoleh pada tahun 1991. [8]
jumlah Menit dari fullerene, dalam bentuk C60, C70, C76, dan C84 molekul, diproduksi di alam, tersembunyi di jelaga dan dibentuk oleh pelepasan petir di atmosfer. [9] Pada tahun 1992, fullerene yang ditemukan dalam keluarga mineral yang dikenal sebagai Shungites di Karelia, Rusia. [1] Pada tahun 2010, fullerene telah ditemukan di dalam ruang (lihat Contoh di alam).
Penamaan
Buckminsterfullerene (C60) dinamai Richard Buckminster Fuller, pembuat model arsitektur mencatat yang memopulerkan kubah geodesik. Sejak buckminsterfullerenes memiliki bentuk yang sama dengan semacam kubah, nama yang dianggap tepat. Sebagai penemuan dari keluarga Fullerene datang setelah buckminsterfullerene, nama singkat 'Fullerene' digunakan untuk merujuk kepada keluarga fullerene. Akhiran "ena" menunjukkan bahwa setiap atom C berikatan secara kovalen untuk tiga orang lain (bukan maksimum empat), situasi yang klasik akan sesuai dengan keberadaan obligasi yang melibatkan dua pasang elektron ("ikatan ganda").
Variasi
Sejak penemuan fullerene di tahun 1985, variasi struktural pada fullerene telah berkembang dengan baik di luar kelompok individu itu sendiri. Contoh meliputi: [10]
buckyball cluster: anggota terkecil adalah C20 (jenuh versi dodecahedrane) dan yang paling umum adalah C60;
nanotube: tabung hampa dimensi sangat kecil, memiliki potensi aplikasi tunggal atau beberapa dinding; dalam industri elektronik;
megatubes: berdiameter lebih besar dari nanotube dan dipersiapkan dengan ketebalan dinding yang berbeda; berpotensi digunakan untuk pengangkutan berbagai ukuran molekul yang berbeda; [11]
polimer: rantai, polimer dua dimensi dan tiga dimensi yang dibentuk di bawah tekanan tinggi kondisi temperatur tinggi
nano "bawang": partikel bola berdasarkan beberapa lapisan karbon yang mengelilingi sebuah inti buckyball; diusulkan untuk pelumas; [12]
terkait "bola-dan-rantai" dimer: dua buckyballs dihubungkan oleh sebuah rantai karbon; [13]
Fullerene cincin. [14]
"Buckyballs"
C60 dengan isosurface densitas elektron keadaan dasar dihitung dengan DFT
Banyak asosiasi bola memiliki bentuk yang sama dengan C60 Buckminsterfullerene
Buckminsterfullerene
Bagian ini tidak mengutip manapun acuan atau sumber.
Silakan bantu memperbaiki artikel ini dengan menambahkan referensi yang layak. Disertai bahan mungkin sulit dan dihapus. (Mei 2010)
Artikel utama: Buckminsterfullerene
Buckminsterfullerene adalah molekul Fullerene terkecil di mana tidak ada dua pentagons berbagi tepi (yang dapat mengganggu stabilitas, seperti dalam pentalene). Hal ini juga yang paling umum dalam hal kejadian alam, seperti yang sering dapat ditemukan di jelaga.
Struktur C60 adalah (dipotong T = 3) ikosahedron, yang menyerupai bola sepak bola dari jenis yang terbuat dari dua puluh segi enam dan dua belas pentagons, dengan atom karbon di vertex dari poligon masing-masing dan obligasi sepanjang setiap sisi poligon.
Van der Waals diameter molekul C60 adalah sekitar 1 nanometer (nm). Inti untuk diameter inti molekul C60 adalah sekitar 0,71 nm.
Molekul C60 memiliki dua panjang obligasi. Obligasi cincin 06:06 (antara dua segi enam) dapat dianggap sebagai "ikatan ganda" dan lebih pendek dari obligasi 06:05 (antara segi enam dan segi lima). panjang ikatan rata-rata adalah 1,4 angstroms.
buckyballs Silikon telah dibuat sekitar ion logam.
Boron buckyball
Sebuah jenis baru dari buckyball memanfaatkan atom boron bukan karbon biasa telah diprediksi dan dijelaskan di tahun 2007. Struktur B80, dengan masing-masing atom membentuk 5 atau 6 obligasi, diperkirakan akan lebih stabil daripada buckyball C60. [15] Salah satu alasan untuk ini diberikan oleh para peneliti adalah bahwa B-80 sebenarnya lebih mirip struktur kubah geodesik asli dipopulerkan oleh Buckminster Fuller yang memanfaatkan segitiga daripada segi enam. Namun, pekerjaan ini telah dikenakan banyak kritik oleh para ahli kimia kuantum [16] [17] seperti yang disimpulkan bahwa struktur diprediksi Ih simetris adalah vibrationally tidak stabil dan kandang yang dihasilkan mengalami istirahat simetri spontan menghasilkan sangkar mengerut dengan simetri Th langka ( simetri bola voli a). [16] Jumlah enam cincin atom dalam molekul ini adalah 20 dan jumlah anggota lima cincin adalah 12. Ada sebuah atom tambahan di pusat setiap cincin enam anggota, terikat untuk setiap atom di sekitarnya.
Variasi buckyballs
Buckminsterfullerene lain yang cukup umum adalah C70, [18] tetapi fullerene dengan 72, 76, 84 dan bahkan sampai 100 atom karbon umumnya diperoleh.
Dalam istilah matematika, struktur Fullerene adalah sebuah polyhedron cembung trivalen dengan wajah pentagonal dan heksagonal. Dalam teori grafik, yang Fullerene istilah mengacu pada grafik, 3-biasa planar dengan semua wajah ukuran 5 atau 6 (termasuk wajah eksternal). Ini mengikuti dari formula polyhedron Euler, | V | - | E | | F | = 2, (di mana | V |, | E |, | | F menunjukkan jumlah vertex, tepi, dan wajah), bahwa ada tepat 12 pentagons dalam 10 hexagons Fullerene dan | V | / 2 -.
20-Fullerene
(Grafik dodecahedral) grafik Fullerene 26-60-Fullerene
(Grafik ikosahedral dipotong) 70-Fullerene grafik
The Fullerene terkecil adalah C20 dodecahedral. Tidak ada fullerene dengan 22 vertex. [19] Jumlah fullerene C2n tumbuh dengan peningkatan n = 12,13,14 ..., kira-kira sebanding dengan N9 (urutan A007894 dalam OEIS). Sebagai contoh, ada non-isomorfik 1812 fullerene C60. Catatan bahwa hanya satu bentuk C60, alias buckminsterfullerene ikosahedron dipotong, tidak memiliki sepasang pentagons berdekatan (yang Fullerene terkecil). Untuk lebih menggambarkan pertumbuhan, ada 214.127.713 fullerene isomorfik non-C200, 15.655.672 yang tidak memiliki pentagons berdekatan.
nanomaterials karbon Trimetasphere ditemukan oleh para peneliti di Virginia Tech dan berlisensi eksklusif untuk Luna Inovasi. Kelas ini terdiri dari novel molekul atom karbon 80 (C80) membentuk sebuah bola yang menutup kompleks dari tiga atom logam dan satu atom nitrogen. Fullerene ini encapsulate logam yang menempatkan mereka dalam subset yang disebut sebagai metallofullerenes. Trimetaspheres memiliki potensi untuk digunakan dalam diagnostik (sebagai agen pencitraan aman), pengobatan dan sel surya organik. [Rujukan?]
Karbon nanotube
Model berputar dari nanotube karbon menunjukkan struktur 3D.
Artikel utama: Karbon nanotube
Nanotubes adalah fullerene berbentuk silinder. Tabung-tabung karbon biasanya hanya beberapa nanometer lebar, tetapi mereka dapat berkisar dari kurang dari satu mikrometer untuk beberapa milimeter panjangnya. Mereka sering telah berakhir tertutup, tapi bisa terbuka juga. Ada juga kasus di mana tabung mengurangi diameter sebelum menutup. hasil unik mereka struktur molekul dalam sifat makroskopik yang luar biasa, termasuk kekuatan tarik tinggi, konduktivitas listrik tinggi, daktilitas tinggi, konduktivitas panas yang tinggi, dan relatif tidak aktif kimia (seperti silinder dan "planar" - yaitu, ia tidak memiliki "terbuka" atom yang dapat dengan mudah dipindahkan). Salah satu penggunaan nanotube karbon yang diusulkan dalam baterai kertas, yang dikembangkan pada tahun 2007 oleh para peneliti di Rensselaer Polytechnic Institute [20.] Penggunaan lain yang diusulkan di bidang teknologi ruang dan fiksi ilmiah adalah untuk menghasilkan karbon kabel tarik tinggi diperlukan oleh ruang lift.
Karbon nanobuds
Artikel utama: Karbon nanobud
Nanobuds telah diperoleh dengan menambahkan fullerene untuk nanotube karbon.
Properties
Selama dekade terakhir, kimia dan sifat fisik fullerene telah menjadi topik hangat di bidang penelitian dan pengembangan, dan cenderung terus untuk waktu yang lama. Sains Populer telah menerbitkan artikel tentang kemungkinan penggunaan fullerene di baju besi. [Rujukan?] Pada April 2003, fullerene berada di bawah studi untuk penggunaan obat yang berpotensi: antibiotik spesifik mengikat struktur untuk menargetkan bakteri resisten dan bahkan menargetkan sel-sel kanker tertentu seperti melanoma . Oktober 2005 isu Kimia & Biologi berisi artikel yang menjelaskan penggunaan fullerene sebagai agen antimikroba cahaya-diaktifkan. [21]
Di bidang nanoteknologi, tahan panas dan superkonduktivitas adalah beberapa sifat yang lebih berat dipelajari.
Sebuah metode yang umum digunakan untuk memproduksi fullerene adalah untuk mengirim arus yang besar antara dua elektroda grafit dekat dalam suasana inert. Karbon yang dihasilkan plasma arc antara elektroda mendingin menjadi jelaga dari residu yang banyak fullerene dapat dipisahkan.
Ada banyak perhitungan yang telah dilakukan dengan menggunakan metode kuantum ab-initio diterapkan pada fullerene. Dengan DFT dan metode TD-DFT dapat diperoleh IR, Raman dan spektrum UV. Hasil perhitungan tersebut dapat dibandingkan dengan hasil eksperimen.
Aromatisitas
Para peneliti telah mampu meningkatkan reaktivitas fullerene dengan melampirkan kelompok aktif pada permukaan mereka. Buckminsterfullerene tidak menunjukkan "superaromaticity": yaitu, elektron dalam cincin heksagonal tidak delocalize di seluruh molekul.
Sebuah Fullerene bola n atom karbon memiliki n elektron pi-ikatan, bebas untuk delocalize. Ini harus mencoba untuk delocalize di seluruh molekul. mekanika kuantum dari beberapa aturan seperti itu harus menjadi seperti salah satunya shell terkenal kuantum mekanik struktur dari atom tunggal, dengan shell diisi stabil untuk n = 2, 8, 18, 32, 50, 72, 98, 128, dll; yaitu dua kali jumlah persegi yang sempurna, tetapi seri ini tidak termasuk 60. Ini 2 (N 1) 2 aturan (dengan integer N) untuk Aromatisitas bola adalah analog tiga dimensi pemerintahan Hückel's. 10 kation akan memenuhi peraturan ini, dan harus aromatik. Ini telah terbukti kasus menggunakan pemodelan kimia kuantum, yang menunjukkan adanya arus kuat di lingkup diamagnetic kation. [22]
Akibatnya, C60 di air cenderung untuk mengambil dua elektron lebih banyak dan menjadi anion. NC60 dijelaskan di bawah ini mungkin merupakan hasil dari C60 mencoba untuk membentuk ikatan logam longgar.
Kimia
Artikel utama: Fullerene kimia
Fullerene stabil, tetapi tidak benar-benar tidak reaktif. Atom karbon sp2-hibridisasi, yang minimal energi mereka dalam grafit planar, harus membungkuk untuk membentuk bidang tertutup atau tabung, yang menghasilkan strain sudut. Reaksi karakteristik dari fullerene adalah tambahan elektrofilik pada obligasi 6,6-ganda, yang mengurangi strain sudut dengan mengubah karbon hibridisasi sp2-sp3-ke yang hibridisasi. Perubahan orbital hibridisasi menyebabkan sudut ikatan menurun dari sekitar 120 ° di sp2 orbital menjadi sekitar 109,5 ° dari orbital sp3. Penurunan di sudut obligasi memungkinkan untuk obligasi untuk membungkuk kurang saat menutup bola atau tabung, dan dengan demikian, molekul menjadi lebih stabil.
atom lain dapat terjebak di dalam fullerene untuk membentuk senyawa inklusi dikenal sebagai endohedral fullerene. Contoh yang tidak biasa adalah berbentuk telur Fullerene Tb3N @ C84, yang melanggar aturan pentagon terisolasi [23] bukti terbaru untuk dampak meteor pada akhir periode Permian ditemukan dengan menganalisis gas mulia jadi terpelihara.. [24] Metallofullerene berbasis inoculates menggunakan proses baja rhonditic mulai produksi sebagai salah satu yang pertama menggunakan komersial yang layak buckyballs.
Kelarutan
C60 dalam larutan
Fullerene yang larut dalam pelarut hemat banyak. pelarut umum untuk fullerene termasuk aromatik, seperti toluena, dan lain-lain seperti karbon disulfida. Solusi dari buckminsterfullerene murni memiliki warna ungu dalam. Solusi dari C70 adalah cokelat kemerahan. The fullerene yang lebih tinggi untuk C84 C76 memiliki berbagai warna. C76 memiliki dua bentuk optik, sedangkan fullerene yang lebih tinggi lainnya telah beberapa isomer struktural. Fullerene adalah hanya dikenal alotrop karbon yang dapat dilarutkan dalam pelarut umum pada suhu kamar.
Beberapa struktur Fullerene tidak larut karena mereka memiliki celah pita kecil antara tanah dan keadaan tereksitasi. Ini termasuk fullerene kecil C28, [25] C36 dan C50. Struktur C72 juga di kelas ini, tapi versi endohedral dengan kelompok atom lantanida-larut terjebak adalah karena interaksi antara atom logam dan negara-negara elektronik Fullerene tersebut. Para peneliti awalnya bingung dengan C72 yang ada dalam plasma yang dihasilkan jelaga Fullerene ekstrak, tetapi ditemukan pada sampel endohedral. fullerene band gap Kecil sangat reaktif dan mengikat untuk fullerene lain atau partikel jelaga.
Pelarut yang dapat melarutkan buckminsterfullerene (C60) yang tercantum di bawah ini agar dari kelarutan tertinggi. Nilai dalam tanda kurung adalah konsentrasi jenuh perkiraan. [26] [27]
1-chloronaphthalene (51 mg / mL)
1-methylnaphthalene (33 mg / mL)
1,2-dichlorobenzene (24 mg / mL)
1,2,4-trimethylbenzene (18 mg / mL)
tetrahydronaphthalene (16 mg / mL)
karbon disulfida (8 mg / mL)
1,2,3-tribromopropane (8 mg / mL)
xilena (5 mg / mL)
bromoform (5 mg / mL)
cumene (4 mg / mL)
toluena (3 mg / mL)
benzena (1,5 mg / mL)
cyclohexane (1,2 mg / mL)
karbon tetraklorida (0,4 mg / mL)
kloroform (0,25 mg / mL)
n-heksana (0,046 mg / mL)
tetrahidrofuran (0,006 mg / mL)
asetonitril (0,004 mg / mL)
metanol (0,000 04 mg / mL)
air (1,3 × 10-11 mg / mL)
Kelarutan C60 di beberapa pelarut menunjukkan perilaku yang tidak biasa karena adanya fase melarutkan (analog dari crystallohydrates). Misalnya, C60 kelarutan dalam larutan benzena menunjukkan maksimum pada sekitar 313 K. Kristalisasi dari larutan benzena pada suhu di bawah hasil yang maksimal dalam pembentukan triklinik melarutkan padat dengan empat molekul benzena C60 • 4C6H6 yang agak tidak stabil di udara. Dari solusi, struktur ini terurai ke C60 fcc biasa dalam waktu beberapa menit '. Pada suhu di atas maksimum kelarutan melarutkan tidak stabil bahkan ketika direndam dalam larutan jenuh dan mencair dengan pembentukan C60 fcc. Kristalisasi pada temperatur di atas hasil kelarutan maksimum dalam pembentukan C60 fcc murni. Kristal berukuran milimeter dari C60 dan C70 dapat tumbuh dari solusi baik untuk solvates dan fullerene murni. [28] [29]
Mekanika kuantum
Pada tahun 1999, peneliti dari University of Vienna menunjukkan bahwa Dualitas gelombang-partikel diterapkan pada molekul seperti Fullerene. [30] Salah satu co-penulis dari penelitian ini, Julian Voss-Andreae, sejak menciptakan beberapa patung yang melambangkan Dualitas gelombang-partikel dalam fullerene (lihat fullerene dalam budaya populer untuk detail lebih lanjut).
Ilmu penulis Marcus chown lain di acara radio CBC quirks dan quark Mei 2006 bahwa para ilmuwan berusaha membuat buckyballs menunjukkan perilaku kuantum yang ada di dua tempat sekaligus (superposisi kuantum). [31]
Keselamatan dan toksisitas
Ketika data toksikologi mempertimbangkan, perawatan harus dilakukan untuk membedakan antara apa yang diperlukan biasanya disebut sebagai fullerene: (C60, C70 derivatif ,...); Fullerene: C60 atau fullerene lain dengan kelompok kimia kovalen berikat; kompleks Fullerene (misalnya, air-solubilized dengan surfaktan, seperti C60-PVT; host-tamu kompleks, seperti dengan siklodekstrin;), di mana Fullerene secara fisik terikat ke molekul lain; C60 nanopartikel, yang diperpanjang agregat padat-fase kristalit C60; dan nanotube , yang umumnya jauh lebih besar (dalam hal berat molekul dan ukuran) senyawa, dan berbeda dalam bentuk ke fullerene berbentuk bola C60 dan C70, serta memiliki perbedaan kimia dan sifat fisik.
Senyawa yang berbeda di atas span rentang dari bahan tidak larut dalam media baik atau hidrofilik lipofilik, untuk hidrofilik, lipofilik, atau bahkan amphiphilic senyawa, dan dengan lainnya sifat fisik dan kimia yang bervariasi. Oleh karena itu untuk membuat generalisasi yang luas untuk hasil ekstrapolasi contoh dari C60 ke nanotube atau sebaliknya tidak mungkin, walaupun secara teknis semua fullerene, seperti istilah didefinisikan sebagai molekul semua karbon-dekat-sangkar. Setiap ekstrapolasi hasil dari satu senyawa ke senyawa lain harus memperhatikan pertimbangan account berdasarkan Analisis Struktural studi Hubungan Kuantitatif (QSARS), yang sebagian besar tergantung pada seberapa dekat senyawa dalam pertimbangan dalam sifat fisik dan kimia.
Pada tahun 1996 [32] dan 1997, [33 al] et Moussa. mempelajari toksisitas secara in vivo dari C60 setelah pemberian intra-peritoneal dosis besar. Tidak ada bukti toksisitas ditemukan dan ditoleransi tikus dosis 5 000 mg / kg berat badan (BW). Mori et al. (2006) [34] tidak bisa menemukan racun pada tikus untuk campuran C60 dan C70 setelah pemberian oral dengan dosis 2 000 mg kg BB / dan tidak melihat bukti potensi genotoksik atau mutagenik in vitro. Studi-studi lain tidak bisa menentukan toksisitas fullerene: sebaliknya, karya Gharbi et al. (2005) [35] menyarankan bahwa C60 suspensi air gagal untuk menghasilkan toksisitas akut atau subakut tikus juga dapat melindungi hati mereka secara dosis-tergantung terhadap kerusakan radikal bebas.
Sebuah kajian komprehensif dan baru pada toksisitas Fullerene diberikan oleh Kolosnjaj et al. (2007a, b, c) [36] [37] ini. Penulis meninjau bekerja pada Fullerene toksisitas yang dimulai pada awal 1990-an sekarang, dan menyimpulkan bahwa sangat sedikit bukti yang dikumpulkan sejak penemuan fullerene menunjukkan bahwa C60 adalah racun.
Dengan mengacu pada nanotube, sebuah studi baru-baru ini Polandia et al. (2008) [38] pada nanotube karbon diperkenalkan ke dalam rongga perut mencit memimpin penulis untuk menyarankan perbandingan untuk "patogenisitas asbes-seperti". Perlu dicatat bahwa ini bukan studi inhalasi, meskipun ada beberapa telah dilakukan di masa lalu, oleh karena itu terlalu dini untuk menyimpulkan bahwa nanotube harus dipertimbangkan untuk memiliki profil toksikologi mirip dengan asbes. Sebaliknya, dan mungkin menggambarkan bagaimana berbagai kelas senyawa yang jatuh di bawah Fullerene istilah umum mencakup beragam sifat, Sayes et al. menemukan bahwa di inhalasi vivo dari C60 (OH) 24 dan nano-C60 pada tikus memberikan dampak tidak, sedangkan pada perbandingan partikel kuarsa menghasilkan respon peradangan di bawah kondisi yang sama. [39] Sebagaimana dinyatakan di atas, nanotube sangat berbeda dalam kimia dan fisika properti untuk C60, yaitu berat molekul, bentuk, ukuran, sifat fisik (seperti kelarutan) semua sangat berbeda, sehingga dari sudut pandang toksikologi, hasil yang berbeda untuk C60 dan nanotube tidak sugestif dari setiap perbedaan dalam temuan.
Superkonduktivitas
Setelah sintesis jumlah makroskopik fullerene, [40] sifat fisik mereka dapat diselidiki. Sangat segera Haddon et al. [41] menemukan bahwa interkalasi atom alkali-logam di C60 solid mengarah ke perilaku logam. [42] Pada tahun 1991, terungkap bahwa potasium C60-doped menjadi superkonduktor 18 43] K. [ini transisi suhu tertinggi untuk superkonduktor molekul. Sejak itu, superkonduktivitas telah dilaporkan dalam berbagai Fullerene diolah dengan logam alkali lain [44] [45] Telah ditampilkan. Bahwa temperatur transisi superkonduktor dalam meningkatkan Fullerene alkali-metal-doped dengan unit-sel volume V. [46] [47] Sebagai bentuk cesium ion alkali terbesar, Fullerene cesium-doped merupakan bahan penting dalam keluarga ini. Baru-baru ini, superkonduktivitas di 38 K telah dilaporkan dalam Cs3C60 massal, [48] tetapi hanya di bawah tekanan diterapkan. Transisi superkonduktor suhu tertinggi dari 33 K pada tekanan ambien dilaporkan untuk Cs2RbC60. [49]
Peningkatan suhu transisi dengan volume unit-sel telah diyakini bukti untuk mekanisme superkonduktivitas C60 BCS padat, karena pemisahan antar C60 dapat dikaitkan dengan peningkatan kepadatan negara pada tingkat Fermi, N (εF) . Oleh karena itu, ada banyak upaya untuk meningkatkan pemisahan interfullerene, khususnya, terinterkalasi molekul netral ke kisi A3C60 untuk meningkatkan jarak interfullerene sedangkan valensi C60 disimpan tidak berubah. Namun demikian, teknik amoniasi ini telah mengungkapkan suatu hal yang baru dari senyawa interkalasi Fullerene: transisi Mott-Hubbard dan hubungan antara orientasi / perintah orbital molekul C60 dan struktur magnetik. [50]
Molekul-molekul C60 menyusun solid lemah molekul terikat. Para fullerites Oleh karena itu molekul zat padat, di mana sifat molekul masih bertahan hidup. Tingkat diskret suatu molekul C60 bebas hanya lemah dalam memperluas padat, yang mengarah pada dasarnya nonoverlapping set band dengan lebar sempit sekitar 0,5 eV. [42] Untuk C60 undoped solid, band hu 5-lipatan tingkat HOMO, dan gelombang t1u 3-flip tingkat LUMO kosong, dan sistem ini merupakan insulator band. Tapi ketika C60 yang padat doping dengan atom logam, atom-atom logam memberikan elektron ke t1u band atau band t1g atas 3-kali lipat. [51] pendudukan elektron ini sebagian band menyebabkan kadang-kadang perilaku logam. Namun, A4C60 adalah isolator, meskipun band t1u hanya terisi sebagian dan harus menjadi logam menurut teori band. [52] [53] perilaku unpredicted ini dapat dijelaskan dengan efek Jahn-Teller, dimana spontan deformasi tinggi -simetri molekul mendorong pemisahan merosot tingkat untuk mendapatkan energi elektronik. Jenis Jahn-Teller interaksi elektron-fonon cukup kuat dalam padatan C60 untuk menghancurkan gambar band untuk negara-negara valensi tertentu. [50]
Sebuah band sempit atau sangat berkorelasi sistem elektronik dan mengalami degenerasi keadaan dasar adalah poin penting untuk memahami dalam menjelaskan Fullerene superkonduktivitas dalam zat padat. Ketika U tolakan antar-elektron lebih besar dari bandwidth, sebuah negara elektron tanah isolasi lokal diproduksi dalam model Mott-Hubbard sederhana. Hal ini menjelaskan tidak adanya superkonduktivitas pada tekanan ambien dalam zat padat C60 cesium-doped [48] lokalisasi Elektron-korelasi-driven elektron t1u melebihi nilai kritis., Mengarah ke insulator Mott. Penerapan menurunkan tekanan tinggi jarak interfullerene, sehingga padatan C60 cesium-doped beralih ke metalik dan superkonduktor.
Sebuah teori yang sepenuhnya dikembangkan superkonduktivitas C60 padatan masih kurang, tetapi telah diterima secara luas bahwa korelasi elektronik yang kuat dan Jahn-Teller kopling elektron-fonon [54] menghasilkan elektron lokal-pasangan yang menunjukkan suhu transisi tinggi dekat dengan isolator- logam transisi. [55]
Kiralitas
Beberapa fullerene (misalnya C76, C78, C80, dan C84) pada dasarnya kiral karena mereka D2-simetris, dan telah berhasil diselesaikan. Penelitian sedang berlangsung upaya untuk mengembangkan sensor khusus untuk enantiomer mereka.
Contoh fullerene dalam budaya populer
Artikel utama: fullerene dalam budaya populer
Contoh fullerene dalam budaya populer adalah banyak. Fullerene muncul di fiksi baik sebelum para ilmuwan mengambil minat yang serius di dalamnya. Dalam New Scientist dulu ada kolom mingguan yang disebut "Daedalus" ditulis oleh David Jones, yang berisi deskripsi humor teknologi tidak mungkin. Pada tahun 1966 [56] Jones menyarankan bahwa mungkin untuk membuat molekul raksasa karbon cekung bersih pesawat mendistorsi heksagonal dengan penambahan atom pengotor.
Contoh di alam
Pada tahun 2010 peneliti dari University of Western Ontario di Kanada menemukan fullerene (C60) dalam awan debu kosmik di sekitar bintang yang jauh 6500 tahun cahaya jauhnya. NASA Menggunakan teleskop inframerah Spitzer para ilmuwan melihat molekul-molekul 'jelas inframerah "tanda tangan".
Sir Harry Kroto, yang berbagi 1996 Hadiah Nobel Kimia untuk penemuan "buckyballs" berkomentar: "Ini terobosan paling menarik memberikan bukti meyakinkan bahwa buckyball telah, saat aku lama dicurigai, ada sejak zaman dahulu dalam gelap relung galaksi kita . " [57]
Fullerite (solid state)
The C60 Fullerene dalam bentuk kristal
Fullerites adalah manifestasi solid-state dari fullerene dan senyawa terkait dan bahan.
Ultrahard fullerite, buckyball
Artikel utama: berlian Diagregasikan nanorod
"Ultrahard fullerite" adalah istilah yang diciptakan yang sering digunakan untuk menggambarkan materi yang dihasilkan oleh tekanan tinggi temperatur tinggi (HPHT) pemrosesan fullerite. pengobatan seperti fullerite mengkonversi ke dalam bentuk intan pameran Nanostrukutral sifat mekanik yang luar biasa. [58]
Lihat juga
Buckypaper
Dipotong belah ketupat triacontahedron
Dodecahedrane
Grafit
Berlian
Grafena
Karbon
Referensi
^ Ab Buseck, PR; Tsipursky, SJ; Hettich, R. (1992). "Fullerene dari Lingkungan Geologi". Science 257 (5067): 215. DOI: 10.1126/science.257.5067.215.
^ Schultz, H.P. (1965). "Kimia Organik topologi Polyhedranes dan Prismanes".. Jurnal Kimia Organik 30: 1361. DOI: 10.1021/jo01016a005.
Osawa ^, E. (1970). Kagaku 25: 854.
^ Halford, B. (9 Oktober 2006). "Dunia Menurut Rick". Kimia & Berita Rekayasa 84 (41): 13.
^ Pelempar, P.A. (1999). "Editorial". Karbon 37: 1677. DOI: 10.1016/S0008-6223 (99) 00191-8.
^ Henson, R.W.. "Sejarah Karbon 60 atau" Buckminsterfullerene. Diperoleh 2010/07/04.
Kroto ^, H.W.; et al. (1985). "C60": Buckminsterfullerene. Nature 318: 162-163. DOI: 10.1038/318162a0.
^ Mraz, S.J. (14 April 2005). "Sebuah buckyball baru bounce ke kota". Desain mesin.
^ "The alotrop karbon". Nano-Visualisasi Interaktif dalam Ilmu Pendidikan & Rekayasa. Diperoleh 2010/08/29.
Miessler ^, G.L.; Tarr, D.A. (2004). Kimia Anorganik (3rd ed.). Pendidikan Pearson. ISBN 0-13-120198-0.
Mitchel ^, D.R.; et al. (2001). "Sintesis dari Megatubes: Dimensi Baru dalam Bahan Karbon". Kimia Anorganik 40: 2751. DOI: 10.1021/ic000551q.
^ Sano, N.; et al. (2001). "Sintesis karbon 'bawang' dalam air". Nature 414 (6863): 506. DOI: 10.1038/35107141. PMID 11734841.
^ Shvartsburg, A.A. (1999). Jurnal Kimia Fisik 103: 5275.
^ Li, Y.; et al. (2001). "Struktur dan kestabilan dari C60-cincin". Kimia Fisika Surat 335: 524. DOI: 10.1016/S0009-2614 (01) 00064-1.
^ Gonzalez Szwacki, N.; Sadrzadeh, A.; Yakobson, B. (2007). "Struktur B80 Fullerene: Ab initio Prediksi Sebuah Geometri, Stabilitas, dan Elektronik". Physical Review Letters 98: 166.804. DOI: 10.1103/PhysRevLett.98.166804.
^ Gopakumar ab, G.; Nguyen, MT; Ceulemans, A. (2008). "The buckyball boron memiliki simetri Th tak terduga". Kimia Fisika Surat 450: 175. DOI: 10.1016/j.cplett.2007.11.030.
^ Prasad, D.; Jemmis, E. (2008). "Memasukkan Meningkatkan Stabilitas Cluster Boron Fullerenelike". Physical Review Letters 100: 165.504. DOI: 10.1103/PhysRevLett.100.165504.
^ Locke, W. (13 Oktober 1996). "Buckminsterfullerene: Molekul Bulan". Imperial College. Diperoleh 2010/07/04.
Meija ^, J. (2006). "Variasi Goldberg Challenge". Kimia analitis dan Bioanalytical 385: 6-7. DOI: 10.1007/s00216-006-0358-9.
^ Pushparaj, V.L.; et al. (2007). "Perangkat penyimpanan Fleksibel energi berdasarkan kertas nanocomposite". Prosiding National Academy of Sciences 104 (34): 13.574. DOI: 10.1073/pnas.0706508104. PMID 17699622.
Tegos ^, G.; et al. (2005). "Fullerene kationik Apakah Efektif dan Selektif Antimicrobial Photosensitizers". Kimia & Biologi 12 (10): 1127-1135. DOI: 10.1016/j.chembiol.2005.08.014. PMID 16242655.
Johansson ^, MP; Jusélius, J.; Sundholm, D. (2005). "Sphere Arus" Buckminsterfullerene. Angewandte Chemie International Edition 44 (12): 1843. DOI: 10.1002/anie.200462348. PMID 15706578.
Berang-berang ^, C.M.; et al. (2006). "Tb3N @ C84: Sebuah mustahil, Fullerene endohedral berbentuk telur yang melanggar aturan pentagon terisolasi". Jurnal American Chemical Society 128 (35): 11.352. DOI: 10.1021/ja063636k. PMID 16939248.
Luann ^, B., et al. (2007). "Dampak Acara di Permian-Trias Batas: Bukti dari Extraterrestrial Noble Gases dalam fullerene". Science 291 (5508): 1530. DOI: 10.1126/science.1057243. PMID 11222855.
Guo ^, T.; Smalley, R.E.; Scuseria, G.E. (1993). "Ab initio prediksi teoritis dari C28, C28H4, C28F4, (Ti di C28) H4, dan M di C28 (M = Mg, Al, Si, S, Ca, Sc, Ti, Ge, Zr, dan Sn)". Jurnal Fisika Kimia 99 (1): 352. DOI: 10.1063/1.465758. Bibcode: 1993JChPh .. 99 .. 352G.
Bezmel'nitsyn ^, VN; Eletskii, AV; Okun ', MV (1998). "Fullerene dalam larutan". Fisika-Uspekhi 41: 1091. DOI: 10.1070/PU1998v041n11ABEH000502.
Ruoff ^, R.S.; et al. (1993). "Kelarutan Fullerene (C60) dalam berbagai pelarut". Jurnal Kimia Fisik 97: 3379. DOI: 10.1021/j100115a049.
^ Talyzin, A.V. (1997). "Tahap Transisi C60-C60 * 4C6H6in Benzena Cair". Jurnal Kimia Fisik B 101: 9679. DOI: 10.1021/jp9720303.
Talyzin ^, A.V.; Engström, I. (1998). "C70 di Benzene, heksan, dan Toluena Solusi". Jurnal Kimia Fisik B 102: 6477. DOI: 10.1021/jp9815255.
Arndt ^, M.; et al. (1999). "Dualitas gelombang-partikel dari C60". Nature 401 (6754): 680. DOI: 10.1038/44348. PMID 18494170.
^ Acara radio dapat didengar di: http://www.cbc.ca/quirks/archives/05-06/jun17.html
Moussa ^, F.; et al. (1996). Fullerene Sains dan Teknologi 4: 21.
Moussa ^, F.; et al. (1997). Prosiding Elektrokimia Masyarakat 5: 332.
^ Mori, T., et al. (2006). "Praklinis studi tentang keselamatan Fullerene atas oral akut dan evaluasi tanpa mutagenesis". Toksikologi 225 (1): 48. DOI: 10.1016/j.tox.2006.05.001. PMID 16782258.
Gharbi ^, N.; et al. (2005). "[60 Fullerene] adalah antioksidan kuat di vivo tanpa toksisitas akut atau subakut". Surat Nano 5 (12): 2578. DOI: 10.1021/nl051866b. PMID 16351219.
^ Kolosnjaj, J.; et al. (2007). "Toksisitas studi tentang fullerene dan turunan". di Chan, W.C.. Bioapplications dari nanopartikel. Landes Bioscience. hal. 168-180.
^ Kolosnjaj, J.; Szwarc, H.; Moussa, F. (2007). "Toksisitas studi nanotube karbon". Kemajuan dalam Kedokteran dan Biologi Eksperimental 620: 181-204. DOI: 10.1007/978-0-387-76713-0_14. PMID 18217344.
Polandia ^, en Nieuwkruisland; et al. (2008). "Karbon nanotube diperkenalkan ke dalam rongga perut mencit menunjukkan patogenisitas asbes-seperti dalam sebuah studi pilot". Alam Nanoteknologi 3 (7): 423. DOI: 10.1038/nnano.2008.111. PMID 18654567.
Sayes ^, C.M.; et al. (2007). "Penilaian Toksisitas Perbandingan paru dari Suspensions C60Water di Tikus: Perbedaan Toksisitas Beberapa di Fullerene di Vivo di Kontras untuk Profil di Vitro". Surat Nano 7 (8): 2399. DOI: 10.1021/nl0710710. PMID 17630811.
Krätschmer ^, W.; et al. (1990). "Solid C60: bentuk baru karbon". Nature 347: 354. DOI: 10.1038/347354a0.
Haddon ^, R.C.; et al. (1991). "Melakukan film dari C60 dan C70 oleh doping alkali-metal". Nature 350: 320. DOI: 10.1038/350320a0.
^ A b Gunnarsson, O. (1997). "Superkonduktivitas di fullerides". Tinjauan Fisika Modern 69: 575. DOI: 10.1103/RevModPhys.69.575.
Hebard ^, A.F.; et al. (1991). "Superkonduktivitas di 18 K di C60 kalium-doped". Nature 350: 600. DOI: 10.1038/350600a0.
Rosseinsky ^, M.J.; et al. (1991). "Superkonduktivitas pada 28 K di Rb_ (x) C_ (60)". Physical Review Letters 66: 2830. DOI: 10.1103/PhysRevLett.66.2830.
Chen ^, C.-C.; et al. (1991). "(RbxK1-x) Superkonduktor 3C60: Pembentukan Seri Continuous Solusi Solid". Science 253 (5022): 886. DOI: 10.1126/science.253.5022.886. PMID 17751824.
Zhou ^, O.; et al. (1992). "Kompresibilitas dari M3C60 Superkonduktor Fullerene: Hubungan Antara Tc dan Parameter Kisi". Science 255 (5046): 833. DOI: 10.1126/science.255.5046.833. PMID 17756430.
^ Brown, C.M.; et al. (1999). "Tekanan ketergantungan superkonduktivitas di Na_ (2) (0,5) Rb_ Cs_ (0,5) C_ (60) fulleride". Physical Review B 59: 4439. DOI: 10.1103/PhysRevB.59.4439.
^ A b Ganin, A.Y.; et al. (2008). "Bulk superkonduktivitas di 38 K dalam sistem molekuler". Alam 7 (5): 367. DOI: 10.1038/nmat2179. PMID 18425134.
Tanigaki ^, K.; et al. (1991). "Superkonduktivitas di 33 K di CsxRbyC60". Nature 352: 222-223. DOI: 10.1038/352222a0.
^ A b Iwasa, Y.; et al. (2003). "Superkonduktivitas, Mott Hubbard negara, dan ketertiban orbital molekul dalam fullerides diselingi". Jurnal Fisika: Condensed Matter 15: R495. DOI: 10.1088/0953-8984/15/13/202.
Erwin ^, SC, et al. (1991). "Struktur elektronik dari kristal K_ C_ (6) (60)". Physical Review Letters 67: 1610. DOI: 10.1103/PhysRevLett.67.1610.
Erwin ^, SC, et al. (1993). "Elektronik struktur superkonduktor Ba_ (6) C_ (60)". Physical Review B 47: 14657. DOI: 10.1103/PhysRevB.47.14657.
Erwin ^, SC, et al. (1994). Physica C 199 & 200: 600.
Han ^, J.E.; et al. (2003). "Superkonduktivitas kuat dengan fonon Lokal Jahn-Teller di C_ (60) Solids". Physical Review Letters 90: 167.006. DOI: 10.1103/PhysRevLett.90.167006.
^ Capone, M.; et al. (2002). Sangat terkorelasi superkonduktivitas. jurnal | = Science | volume = 296 masalah | = 5577 | Halaman = 2634 | PMID = 12089436 | doi = 10.1126/science.1071122
^ Jones, D. (1966). New Scientist 32: 245.
^ Bintang karbon mengungkapkan 'spaceballs' 22 Juli 2010
^ Blank, V. (1998).
