Fullereny
Fullereny jsou molekuly, tvořené atomy uhlíku uspořádanými do vrstvy z pěti- a šestiúhelníků s atomy ve vrcholech, která je prostorově svinuta do uzavřeného tvaru (nejčastěji do tvaru koule nebo elipsoidu). Vzhledem k této struktuře jsou mimořádně odolné vůči vnějším fyzikálním vlivům. V dutině molekuly fullerenu může být uzavřený jiný atom, několik atomů či malá molekula.
Zatím nejstabilnější známý fulleren obsahuje 60 atomů uhlíku.[1] Jeho čistá krystalická forma, která je tvrdší než diamant, dostala název fullerit.[2]
Fullereny se uměle připravují nejčastěji pyrolýzou organických sloučenin laserem.
Fullereny byly nazvány po americkém architektovi Buckminsteru Fullerovi, který projektoval geodetické kopule podobného tvaru. Za objev a studium vlastností fullerenů byla v roce 1996 udělena Nobelova cena za chemii Robertu F. Curlovi a Richardu E. Smalleymu a Haroldu W. Krotoovi. V současné době je výzkum vlastností a metod přípravy fullerenů velmi intenzivně studován na řadě vědeckých institucí po celém světě.
Obsah |
Objev a vlastnosti [editovat]
V roce 1992 předpověděl P. R. Buseck, že fullereny mohou být nalezeny ve fulguritech neboli sklech protavených úderem blesku. O rok později tento předpoklad potvrdil T. K. Dally při výzkumu fulguritu ze Sheep Mountain v Coloradu.
Systematicky byly prozkoumány fullereny až do molekuly obsahující 96 atomů uhlíku. Organická chemie se nejvíce rozvíjí kolem molekul s 60 a 70 atomy. Pro metallofullereny, tedy fullereny které mají ve své dutině umístěn atom či i několik atomů kovu, se jako základ používají i vyšší molekuly jako třeba C80 či C82. Z fullerenů se odvozují i uhlíkaté nanotrubičky. Ty na jedné straně respektují hlavní topologický rys fullerenů - výstavba z proměnlivého počtu šestiúhelníků a dvanácti pětiúhelníků, jejich typickým tvarem je ale protažený válec. Vlastní fullereny přitom bývají tvarem poměrně blízké kouli.
Nejnověji se ukazuje možnost připravit i fullereny menší než C60, např. C36, a molekuly tvaru fullerenů složené i z jiných prvků než z uhlíku. Tzv. BN-fullereny například obsahují pouze bór a dusík.
Do molekulové mřížky fullerenů lze vložit některé malé molekuly, jako je např. vodík, helium či lithium. Takto vložené molekuly pak ovlivňují výsledné vlastnosti fullerenů.[3][4][5][6]
Typy fullerenů [editovat]
- buckyball klastry: nejmenší z nich je C20, ale nejčastější typ je C60
- polymerní: řetěze dvou a třídimenzionálních polymerů utvářených pod vysokým tlakem a teplotou;
- nano"onions": vícevrstvé sférické fullereny (využití jako mazivo)
Strukturu blízkou fullerenům (tedy tvořené vrstvou nebo několika málo vrstvami atomů uhlíku uspořádaných do pětiúhelníků a šestiúhelníků) mají:
- Grafen (nesvinutá vrstva)
- Uhlíkové nanotrubičky (vrstva svinuta do válcového tvaru)
Příprava fullerenů [editovat]
Jsou známy čtyři způsoby přípravy pyrolýzou:
- Rozhodující metoda přípravy využívá vypařování grafitu v elektrickém oblouku v atmosféře inertního plynu.
- Metoda přípravy fullerenu v plamenech různých organických látek se zatím příliš nevžila.
- Třetí metoda pracuje se slunečním zářením koncentrovaným pomocí zrcadla do ohniska, ve kterém je umístěn grafit.
- Poslední metoda využívá pyrolýzy organických sloučenin laserem.
Postupný rozvoj průmyslové produkce významně snížil ceny fullerenů. Časově nejnáročnější fází celého procesu je separace jednotlivých fullerenů pomocí kapalinové chromatografie.
Využití fullerenů [editovat]
Největší prostředky jsou v současnosti vynakládány na výzkum fullerenů jako nových perspektivních materiálů pro techniku. Mezi nejdůležitější vlastnosti patří jejich supravodivost. Ukázalo se, že je možno vytvářet sloučeniny C60 s alkalickými kovy, které jsou supravodivé při teplotách 18 K i vyšších.
Dalším perspektivním oborem, kde se dá předpokládat jejich využití, je lékařství. Např. by je šlo využít jako léčiva na AIDS.
Odkazy [editovat]
Reference [editovat]
- ↑ PETRÁSEK, Martin. Svět vesmíru [online]. 2005-11-24, [cit. 2009-05-26]. Kapitola Diamanty už nejsou nejtvrdší!. Dostupné online.
- ↑ KRATSCHMER, W., et al. A new form of Carbon [online]. . S. 354.
- ↑ Vougioukalakis, Gc; Roubelakis, Mm; Orfanopoulos, M(Jan 2010)."Open-cage fullerenes: towards the construction of nanosized molecular containers.". Chemical Society Reviews39(2): 817–44. doi:. PMID 20111794.
- ↑ Hummelen, Jan C.(1995)."There Is a Hole in My Bucky". Journal of the American Chemical Society117: 7003. doi:.
- ↑ Roubelakis, Mm; Vougioukalakis, Gc; Orfanopoulos, M(Aug 2007)."Open-cage fullerene derivatives having 11-, 12-, and 13-membered-ring orifices: chemical transformations of the organic addends on the rim of the orifice.". The Journal of organic chemistry72(17): 6526–33. doi:. ISSN 0022-3263. PMID 17655360.
- ↑ Příprava He@C60 a He2@C60 pomocí exploze
Literatura [editovat]
- SODOMKA, Jaromír. Fullereny – struktura, vlastnosti a perspektivy použití v dopravě [online]. České vysoké učení technické v Praze, Fakulta dopravní, 2002, [cit. 2009-05-26]. Dostupné online.
Externí odkazy [editovat]
- (anglicky) Properties of C60 fullerene
- (anglicky) Richard Smalley's autobiography at Nobel.se
- (anglicky) Sir Harry Kroto's webpage
- (anglicky) Simple model of Fullerene.
- (anglicky) Rhonditic Steel
- (anglicky) Introduction to fullerites
- (anglicky) Bucky Balls, a short video explaining the structure of C60 by the Vega Science Trust
- (anglicky) Giant Fullerenes, a short video looking at Giant Fullerenes
