Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
15 вопрос
Кристаллическая структура определяет особенности физических свойств графита. Во-первых, низкую твердость и способность легко расслаиваться на мельчайшие чешуйки. Во-вторых, кристаллическая структура графита объясняет ярко выраженную анизотропию физических свойств графита, например, его электрическую проводимость и теплопроводность.
Делокализованные π-электроны могут свободно перемещаться вдоль графеновой плоскости. А «перескок» электронов на другие плоскости, каждая из которых расположена далеко друг от друга, затруднителен. Поэтому электрическая проводимость монокристаллов графита в направлении, параллельном базисной плоскости (ρ=0,385×10-6 Ом×м), близка к металлической, а в перпендикулярном – в сотни раз меньше, чем у металлов (ρ=52,0×10-6 Ом×м). Величина электрической проводимости принимает минимальное значение в интервале 0–1000 0С, положение минимума смещается в область низких температур тем больше, чем совершеннее кристаллическая структура. Наивысшую электрическую проводимость имеет рекристаллизованный графит.
Фуллерены, находящиеся в твердом состоянии называют фуллеритами. Фуллерены С60 и С70, так же как и молекулы высших фуллеренов (С76,С78,С80,С82 и т.д.) конденсируются в кристаллы, относящиеся к типу молекулярных (в узлах их кристаллической решетки находятся не атомы (как в обычных кристаллах), а молекулы фуллеренов). Такие кристаллы имеются у подавляющего большинства органических соединений и характеризуются небольшой величиной энергии взаимодействия молекул. Из-за того, что связь между ними осуществляется сравнительно слабыми силами Ван-дер-ваальса, в противоположность тому, что имеет место в ионных кристаллах, где главную роль играют кулоновские силы. Фуллерит C60 в нормальных условиях имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку с постоянной решетки 14,17 Å. На одну элементарную ячейку приходится 4 молекулы C60.
По своим электронным свойствам кристаллы чистого С60 и многих комплексов на его основе представляют собой новый класс органических полупроводников. Твердые фуллериты – полупроводники с шириной запрещенной зоны 1.5 - 1.95 эВ (С60), 1.91 эВ (С70), 0.5 - 1.7 эВ (С78), и 1.2 - 1.7 эВ (С84). Они являются одними из лучших фотопроводящих органических материалов.
12 вопрос
Ответ на этот вопрос вытекает из рассмотрения электронной конфигурации атома углерода и разнообразия возможностей гибридизации его атомных орбиталей.
Именно благодаря этому разнообразию углерод способен образовывать соединения с двойными и с тройными связями, в которых (как Вы помните) присутствует пи-связь.
Пи-связь обеспечивает большой интеграл перекрытия атомных орбиталей и способствует стабильности органических соединений. Поэтому на свете есть такое огромное количество соединений на основе углерода.
Двойные и тройные связи у элементов третьего периода встречаются очень редко, а соединения с такими связями обычно неустойчивы. В частности, кремний, в отличие от органического мира углерода, не образует устойчивых соединений с двойными и тройными (Пи-) связями. Хоть некоторые примеры таких соединений кремния и известны, например, есть полимеры Si=Si. Поэтому общее число соединений кремния на много порядков меньше, чем число соединений на основе углерода.
Поэтому, именно неумением кремния образовывать двойные пи-связи и, как следствие, отсутствием стабильной аллотропной формы кремния со структурой подобной графиту, можно объяснить такой факт невозможности построить стабильные фуллереноподобные структуры на основе кремния (ближайшего, кстати, соседа углерода по четвертой группе).
Задавайте вопросы, если возникнет необходимость.
Прочитайте про многообразие углеродных материалов и про пирамиду Хайманна, а еще про свойства фуллеренов и нанотрубок.
18 вопрос
Аддуктивное (или экзолегирование) фуллеренов позволяет присоединить к молекуле C60 (с ее внешней стороны) разнообразные легирующие элементы. В настоящее время создают экзокомплексы С60 с металлами и разнообразными органическими молекулами.
У фуллеренов связи гибридизованы и имеют промежуточный между sp2 и sp3 характер. Такая гибридизация и определяет повышенную реакционную способность фуллеренов в химических реакциях. Это относится именно к внешним поверхностям фуллеренов, поскольку внутренние поверхности обладают значительно меньшей реакционной способностью. Рассматривали на лекции реакции, протекающие на внешних поверхностях.
При взаимодействии атомов углерода с внешними химическими реагентами одновременно протекают несколько процессов: гибридизованные связи превращаются в sp3, π-связи разрываются, свободные π-связи используются внешним реагентом.
Молекулы фуллеренов обладают окислительной способностью и проявляют свойства ароматических соединений. Но в отличие от бензола, где электроны полностью делокализованы, в фуллеренах С60 имеются локализованные двойные (общие стороны шестиугольников) и одинарные (общие стороны пяти- и шестиугольников) связи.
Наличие большого числа двойных связей определяет возможность образования большого количества разнообразных производных.
Фуллерен С60 принимает от 1 до 6 электронов (акцептор электронов) и превращается в анион С606–, причем в качестве доноров электронов могут выступать: электрический ток, щелочные или щелочноземельные металлы, комплексы переходных металлов, органические молекулы-доноры. Он легко присоединяет нуклеофилы и свободные радикалы.
В молекуле С70, где часть шестиугольников соседствует только с шестиугольниками, имеются связи разных типов.
Фуллерены подобны электронодефицитным алкенам или полиолефинам и легко вступают во взаимодействие с богатыми электронами веществами.
Образование экзоэдрических соединений еще называют функциализацией фуллеренов. Сопряженность одинарных и двойных связей в молекулах фуллеренов придает им так называемые псевдоароматические свойства, что обуславливает их способность участвовать в различных реакциях присоединения.
Вообще, химические реакции фуллерена С60 можно объединить в несколько групп:
• восстановление,
• нуклеофильное присоединение,
• циклоприсоединение,
• галогенирование
• региохимическое множественное присоединение
• модифицирование фуллеренов кластерами
• гидрирование
• присоединение радикалов
• образование комплексов переходных металлов
• окисление и реакции с электрофильными реагентами.
Присоединение может протекать по связям С=С одного из двух видов: 6-6 и 5-6, соответствующих границам двух шестиугольников и общему ребру пяти- и шестиугольника. Кроме того, в реакции присоединения могут участвовать со¬седние атомы С одного цикла (1,2-присоединение), а также удаленные друг от друга атомы одного цикла (1,3- и 1,4-присоединение).
Все перечисленные реакции дают возможность размещения различных функциональных групп на замкнутой углеродной сфере. Легко представить дальнейшие химические преобразования присоединенных функциональных групп, взаимодействие между ними и создание новых пространственных структур.