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

 

Полимерные нанокомпозиты
Полимерные нанокомпозиты

Крабовый панцирь побеждает грязную нефть
Химики МГУ разработали уникальную люминесцентную методику определения маркеров «грязной нефти» (дибензотиофенов) с использованием селективной сорбции в оптически прозрачных материалах на основе сшитых гелей хитозана.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Броуновское движение скирмионов.Растягиваем графен правильно. Красное вино, кофе и чай помогают создавать материалы для гибкой носимой электроники. Металлическая природа кремния и углерода.

К 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире
Эксперты отметили рост числа научных публикаций отечественных ученых и сообщили, что к 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире по публикационной активности.
27 – 29 ноября в рамках юбилейных мероприятий Химического факультета МГУ и торжественной церемонии закрытия Международного года Периодической таблицы химических элементов эксперты подвели итоги 2019 г.

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
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.