巴克明斯特富勒烯

巴克明斯特富勒烯
IUPAC名
(C60-Ih)[5,6]fullerene
別名 Buckyball; Fullerene-C60; [60]fullerene
識別
CAS號 99685-96-8
PubChem 123591
ChemSpider 110185
SMILES
InChI
InChIKey XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYAU
Beilstein 5901022
ChEBI 33128
性質
化學式 C60
摩爾質量 720.64 g·mol−1
外觀 黑色固體
密度 1.65 g/cm3
熔點 600 °C(873 K)
溶解性( 不溶於水
結構
晶體結構 面心立方, cF1924
空間群 Fm3m, No. 225
晶格常數 a = 1.4154 nm
若非註明,所有數據均出自一般條件(25 ℃,100 kPa)下。

巴克明斯特富勒烯英語:Buckminsterfullerene),分子式C60,是富勒烯家族的一種,球狀分子,是最容易製備的一種,1985年英國化學家哈羅德·沃特爾·克羅托博士和美國科學家理察·斯莫利在萊斯大學製備出了第一種富勒烯。[1]

發現

1985年,英國化學家哈羅德·沃特爾·克羅托博士和美國科學家理察·斯莫利等人在萊斯大學氦氣流中以雷射汽化蒸發石墨實驗中首次製得由60個組成的碳原子簇結構分子C60」。為此,克羅托博士獲得1996年度諾貝爾化學獎。在1990年前,關於富勒烯的研究都集中於理論研究[2],因為沒有足量的富勒烯用於實驗,直到1990年後,Kriischmer等人第一次報導了大量合成C60的方法[3][4],才使得C60的研究得以大量展開。因為這個分子與建築學家巴克明斯特·富勒設計的美國萬國博覽館球形圓頂薄殼建築作品很相似,為了表達對他的敬意,將其命名為「巴克明斯特·富勒烯」(buckminster fullerene),暱稱「巴克球」(buckyball)[1]

結構

後來通過質譜分析、X射線分析後證明,C60分子結構的確為球形32面體,它是由60個碳原子以20個六元環和12個五元環連接而成的具有30個碳碳雙鍵(C=C)的足球狀空心對稱分子,所以,富勒烯也被稱為足球烯

1991年,日本科學家飯島澄男另外發現管狀的富勒烯稱為「巴克管」(單壁的奈米碳管(SMNT),全世界最小的人工中空管,就是巴克管)。 在數學上,富勒烯的結構都是以五邊形和六邊形面組成的凸多面體。最小的富勒烯是C20,有正十二面體的構造。沒有22個頂點的富勒烯。之後都存在C2n的富勒烯,n = 12, 13, 14 ...。暫時有1812種富勒烯。

它是一系列含有多個原子的籠狀原子簇的總稱,其中最有名且最先發現的是碳六十分子(C60),它有個特別的名字:buckminster fullerene。所有富勒烯結構的五邊形個數為12個,六邊形個數為(n - 10)。

性質

物理性質

密度

C60密度大約為1.7g/cm3

溶解性

 
C60溶解

C60在大部分溶劑中溶得很差,通常用芳香性溶劑,如甲苯、氯苯,或二硫化碳溶解。純富勒烯的溶液通常是紫色,濃度大則是紫紅色。富勒烯是迄今發現的唯一在室溫下溶於常規溶劑的碳的同素異性體。

C60在一些溶劑的溶解度列於下表 [5][6]

  1. 1-氯萘 (51 mg/mL)
  2. 1-甲基萘 (33 mg/mL)
  3. 1,2-二氯苯 (24 mg/mL)
  4. 1,2,4-三氯苯 (18 mg/mL)
  5. 四氫萘 (16 mg/mL)
  6. 二硫化碳 (8 mg/mL)
  7. 1,2,3-三溴丙烷 (8 mg/mL)
  8. 溴仿 (5 mg/mL)
  9. 異丙苯 (4 mg/mL)
  10. 甲苯 (3 mg/mL)
  11. (1.5 mg/mL)
  12. 環已烷 (1.2 mg/mL)
  13. 四氯化碳 (0.4 mg/mL)
  14. 氯仿 (0.25 mg/mL)
  15. 正已烷 (0.046 mg/mL)
  16. 四氫呋喃 (0.006 mg/mL)
  17. 乙腈 (0.004 mg/mL)
  18. 甲醇 (0.000 04 mg/mL)
  19. (1.3×10−11 mg/mL)

參考文獻

  1. ^ 1.0 1.1 Richard E. Smalley, Robert F. Curl, Jr., and Harold W. Kroto. Chemical Heritage Foundation. [2016-02-03] (英語). 
  2. ^ J. Phys. Chem. 1992,96, 5151-5156
  3. ^ Krstschmer, W.; Fostiropoulos, K.; Huffman, R. Chem. Phys. Lerr.1990, 170, 167.
  4. ^ Kriitschmer, W.; Lamb, L.D.; Fostiropoulos, K.; Huffman, D. R.Nature 1990, 347, 354.
  5. ^ Bezmel'nitsyn, V N; Eletskii, Aleksandr V; Okun', M V. Fullerenes in solutions. Physics-Uspekhi. 1998, 41: 1091. doi:10.1070/PU1998v041n11ABEH000502. 
  6. ^ Ruoff, R. S.; Tse, Doris S.; Malhotra, Ripudaman; Lorents, Donald C. Solubility of fullerene (C60) in a variety of solvents. The Journal of Physical Chemistry. 1993, 97: 3379. doi:10.1021/j100115a049.