Фуллерены

Первые большие углеродные кластеры-фуллерены были обнаружены в 1985 г Крото, Смоли и Керлом.

На рис вторая группа кластеров фуллеренов имеет магические числа

Главный пик на спектре масс соответствует молекуле состоящей из 60 атомов углерода.

Молекула С₆₀ названа фуллереном по имени архитектора и изобретателя Р.Б. Фуллера, сконструировавшего геодезический свод напоминающий структуру . Схема молекулы показана на рис5.6она имеет 12 пентагональных (пятиугольных) и 20 гексагональных (шестиугольных) симметрично расположенных граней образующих форму близкую к шару. Эти шарообразные молекулы могут соединяться друг с другом в твердом теле с образованием гранецентрированной кристаллической решетки (ГКЦ). Образуется молекулярный кристалл с ван дер Ваальсовыми силами. Расстояние между центрами ближайших молекул в гранецентрированной решетке составляет 1 нм. Монокристалл фуруллена выращивают медленным выпариванием раствора в бензоле.

Фуллерены вступают в реакции с металлами, фтором и образуют множество соединений. Эндоэдральные фуллерены содержат атом металла внутри фуллерена. Экзоэдральные фуруллены имеют функциональные группы, присоединенные к внешней поверхности каркаса молекулы. Фуллерены замещения содержат один или несколько атомов металла вместо атомов углерода каркаса молекулы фуллерена.

Первый эндоэдральный фуллерен –La@C₆₀ получен в 1985г. путем лазерного испарения графита пропитанного . Атом лантана смещен относительно центра внутренней полости фуллерена. происходит перенос электрона с атома металла на углеродный каркас. Атом металла становится 2-х или 3-х зарядным.

Если кристаллы и металлический калий поместить в откаченную от воздуха трубку и нагреть до 400^о С, то пары калия диффундируют в пустоты ГКЦ решетки с образованием соединения К₃ С₆₀. при легировании калием, атомы калия ионизирутся до положительного иона , а их электроны связываются с , который становится отрицательным ионом .

Таким образом, каждая молекула получает три лишних электрона, слабо связанных с молекулой и способных передвигаться по кристаллу. Кристалл является диэлектриком, а при легировании щелочными металлами становится проводником. Говорят, что фуллерен допирован электронами.