诺贝尔博物馆里的
富勒烯模型球碳,原名
富勒烯(Fullerene,又译作福乐烯),又名
巴基球或
巴克球(Buckyball),是于1985年发现的继
金刚石和
石墨之后
碳元素的第三种晶体形态,又一类碳的
同素异形体。
预言及发现
1985年,
英国化学家哈罗德·沃特尔·克罗托博士(Sir Harold Walter Kroto,1939年
10月7日~)和
美国科学家理查德·埃里特·史沫莱(Sir Richard Errett Smalley,1943年
6月6日~)等人在
氦气流中以
激光汽化蒸发石墨实验中首次制得由60个碳组成的碳原子簇结构分子
C60。为此,克罗托博士获得1996年度
诺贝尔化学奖。
结构
克罗托受建筑学家理查德·巴克明斯特·富勒(Richard Buckminster Fuller,1895年
7月12日~1983年
7月1日)设计的美国万国博览馆球形圆顶薄壳建筑的启发,认为C60可能具有类似球体的结构,因此将其命名为buckminster fullerene(巴克明斯特·
富勒烯,简称
富勒烯)。
富勒烯是一系列纯碳组成的原子簇的总称。它们是由非平面的五元环、六元环等构成的封闭式空心球形或椭球形结构的共轭烯。现已分离得到其中的几种,如C60和C70等。在若干可能的
富勒烯结构中C60,C240,C540和直径比为1:2:3。C60的分子结构的确为
球形32面体,它是由60个碳原子以20个六元环和12个五元环连接而成的具有30个碳碳双键(C=C)的足球状空心对称分子,所以,
富勒烯也被称为
足球烯。球体直径约为710pm,即由12个五边形和20个六边形组成。其中五边形彼此不相联接只与六边形相邻。与石墨相似,每个碳原子以sp2杂化轨道和相邻三个碳原子相连,剩余的p轨道在C60分子的外围和内腔形成π键。
(补充:C60双键数的计算方法
由于每个孤立的碳原子周围有三个键(一个双键,两个单键)。而每个键却又是两个碳原子所共有,因此棱数=60×3×(1/2)=90
由于单键数+双键数=总棱边数 单键数=2×双键数(即单键数为双键数的2倍)
设单键数为a个,双键数为b个,则
a+b=90 a=2b 所以b=30)
性质
C60分子具有芳香性,溶于苯呈酱红色。可用电阻加热石墨棒或电弧法使石墨蒸发等方法制得。C60有润滑性,可能成为超级润滑剂。金属掺杂的C60有超导性,是有发展前途的超导材料。C60还可能在半导体、催化剂、蓄电池材料和药物等许多领域得到应用。C60分子可以和金属结合,也可以和非金属负离子结合。当碱金属原子和C60结合时,电子从金属原子转到C60分子上,可形成具有超导性能的MxC60,其中M为K,Rb,Cs;x为掺进碱金属原子的数目。K3C60在18K以下是超导体,在18K以上是导体,掺进原子数可达6个,K6C60是绝缘体。C60是既有科学价值又有应用前景的化合物,在生命科学、医学、天体物理等领域也有定的意义。
富勒烯的成员还有C78、C82、C84、C90、C96等也有管状等其他形状。