Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис.1А. Фуллерен - футбольный мяч.
Рис.1Б. Синие кружки - это вершины.
Рис.2. Красные шарики – атомы углерода. Cвязи помечены жёлтым.

Рис.3А. Атом углерода – С.

Рис.3Б. Связанные атомы углерода.

Рис. 4

Рис.5А
Рис.5Б
Рис.6. Другие виды фуллеренов.

Фуллерен

Ключевые слова:  Интернет-олимпиада, наноазбука, периодика, творчество, Фуллерен

Автор(ы): Коренев Владимир Владимирович

Опубликовал(а):  Шушарина Анастасия Леонидовна

26 октября 2010

Так что же такое фуллерен?

Определение простое: фуллерен – это футбольный мяч, пустой внутри.

Представим себе полый внутри футбольный мяч, поверхность которого состоит лишь из пятиугольников и шестиугольников (см. рис. 1а). Все эти многоугольники, образующие поверхность футбольного мяча, имеют вершины (на рис. 1б они помечены синими кружочками). Внутри многоугольники пусты.

Фактически, многоугольники на поверхности мяча и их вершины (синие кружочки) образуют его каркас. Такие каркасы в Математике называются многогранниками.

Теперь будем работать с изображённым на рис. 1б каркасом мяча. Пусть мы собрали такой каркас, который имеет 60 вершин.

Действительно, в Математике доказывается Теорема о том, что можно собрать такой, каркас, состоящий только из пяти- и шестиугольников, имеющих ровно 60 вершин (см. синие кружки на рис. 1б). В этом случае в каркасе будет ровно 12 пятиугольников и 20 шестиугольников. Мы эту Теорему доказывать не будем – просто используем её.

Возьмём 60 атомов углерода (маленькие красные шарики) и разместим их в вершинах каркаса, отмеченных синим. Полученный многогранник изображён на рис. 2. Все эти атомы углерода связаны между собой. Считаем, что все связи между атомами идут по рёбрам пяти- и шестиугольников. Причём, длина связи вдоль общего ребра двух шестиугольников больше, чем длина связи вдоль общей стороны пятиугольника и шестиугольника. Попробую объяснить это еще проще?

Снова разберём это на примере шариков. Как уже говорилось выше, пусть атом углерода – это красный шарик. Пусть у каждого шарика есть по 4 руки (см. рис. 3а). Будем считать, что между шариками есть связь, если они держатся за руки (см. рис. 3б.). Вспомним теперь, что фуллерен – это огромный футбольный мяч, поверхность которого образована пяти- и шестиугольниками, в вершинах которых сидят атомы углерода (см. рис. 2). В нашем случае атомы углерода – это многорукие шарики. Значит, фуллерен – это гигантский шар, в вершинах которого сидят маленькие шарики с четырьмя руками. Однако, эти атомы-шарики не любят, когда их руки не заняты и свободно болтаются. Поэтому, они стараются схватить этими руками другие шарики из соседних узлов. Однако, руки у шариков – волшебные и имеют изменяющуюся длину. Она может быть равна длине А, если рука протянута вдоль общей стороны пятиугольника и шестиугольника, либо - длине Б, если рука протянута вдоль общей стороны шестиугольников. Но не длиннее!!!!! Поэтому, каждому шарику удаётся взяться за руки лишь с тремя ближайшими соседями (см. рис. 4).

Четвёртая же рука остаётся болтаться. На языке Физики это означает, что атомы углерода (красные шарики), сидящие в вершинах фуллерена (каркаса мяча), могут иметь только по три связи со своими ближайшими соседями на поверхности, а четвёртая связь остаётся свободной. Правда, оказывается, что хитрые атомы, сидящие в соседних вершинах шестиугольников, делают вот что: хватаются оставшимися свободными руками друг за друга и держатся двумя руками вдоль одной стороны (см. рис. 5а, см. выноску рис. 5б)

Такой каркас и называется фуллереном. Есть лишь одно условие: количество атомов углерода в нём (т.е. число вершин в каркасе на рис. 2) должно быть чётным. Можно собирать футбольные шары из разного количества пяти и шестиугольников – тогда будут получаться разные фуллерены. Примеры фуллеренов приведены на рис. 6. Фуллерены с количеством атомов более 70 (например, C76, C78, C84) называют высшими фуллеренами. Минимальное количество атомов в фуллерене – 20.

Обозначение

Обозначают фуллерены так: Cn, где n – число атомов в фуллерене.

Где же использовать фуллерены?

Оказывается, что фуллерены имеют множество практических применений. Например, в солнечных элементах, где они непосредственно участвуют в переводе солнечной энергии, при облучении светом, в электрическую. Можно использовать фуллерены в смазках, биологии, медицине и т. д.


В статье использованы материалы: Интернет-олимпиада


Средний балл: 9.8 (голосов 8)

 


Комментарии
Это написано СПЕЦИАЛЬНО в таком стиле, чтобы что - то объяснить самым - самым начинающим. Сделано удачно и с большим чувством. Я бы так не смог
Палии Наталия Алексеевна, 26 октября 2010 13:18 
И иллюстрации очень красивые
нанотрубки - видео изображение быстрого сканирования массива углеродных нанотрубок. Не фуллерены ), но близко к ним.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Грандканьон
Грандканьон

Опубликованы задачи для школьников по физике
Обновлен раздел с условиями задач заочного тура для школьников по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология" XII Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям "Нанотехнологии - прорыв в будущее!". Загружены задачи по физике.

Встреча с главным редактором журнала Nature Nanotechnology
23 ноября в 13.30 в аудитории 446 химического факультета состоится встреча с главным редактором журнала Nature Nanotechnology Dr. Fabio Pulizzi. Приглашаются все желающие.

Приглашаем всех на неделю науки МГУ!
С 27 по 30 ноября 2017 года на базе Химического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова в рамках XII Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям пройдет Неделя науки. Приглашаются школьники и их родители, студенты, аспиранты, молодые ученые, учителя и преподаватели. Для слушателей без пропуска МГУ необходима предварительная регистрация.

Вспомнить все (total recall). Часть 3. Методы исследований в нанотехнологиях (практика)
Коллектив авторов
В третьей части рассматриваются экспериментально - практические материалы, связанные с методами анализа продуктов нанотехнологий, в том числе стандартные аналитические, физико – химические и структурные методы анализа. Участники могут изучать отдельно данный курс или комбинировать его с двумя предыдущими.

Вспомнить все (total recall). Часть 2. Решение задач и проектная работа (образование и самоподготовка)
Коллектив авторов
Во второй части рассматриваются обзорные материалы материалы по нанотехнологическому образованию и проектной деятельности (Раздел А), текстовый и иллюстративный материал по образовательным и социальным аспектам с сфере нанотехнологий (Раздел Б), а также самый важный раздел для подготовки к Олимпиадам данной серии, содержащий сборники заданий и решений за 10 олимпиадных лет (Раздел В).

Вспомнить все (total recall). Часть 1. Наноматериалы и нанотехнологии (теоретические аспекты)
Коллектив авторов
В первой части рассматриваются теоретические материалы, сгруппированные по важнейшим темам (Раздел А), уровню сложности (Раздел Б), для свободного чтения по основным группам рубрикатора РОСНАНО (Раздел В), а также для прохождения викторин самоконтроля (Раздел Г).

Система практик ФНМ МГУ
А.Б.Тарасов, А.В.Кнотько, Е.А.Гудилин

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!

Проектная работа

Сегодня становится все более популярной так называемая проектная работа школьников, однако на этот счет есть очень разные мнения. Мы были бы признательны, если бы Вы высказали кратко свое мнение по этому поводу путем голосования. Заранее благодарны!

Закон о реформировании РАН

В Совместном заявлении Совета по науке и членов Общественного совета Минобрнауки предлагается отозвать нынешний проект закона о "реформировании" РАН из Государственной думы и вернуться к его рассмотрению с соблюдением процедуры утвержденной постановлением Правительства РФ №851 от 25.08.2012, и указом Президента РФ №601 от 07.05.2012, которая была грубо нарушена. Мы предлагаем Вам высказать (анонимно) свое мнение в данном опросе, чтобы его статистические результаты были видны всем участникам опроса и общественности.



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.