В последнее время фуллерены все чаще и чаще находят в космосе.
1. Каким образом удается «разглядеть» фуллерены в далекой-предалекой галактике? Почему для этого используют телескоп, находящийся на орбите Земли? (2 балла)
Оказывается, космические фуллерены можно не только «рассмотреть» издалека, но даже потрогать. Их, равно как и наноалмазы, регулярно находят в упавших из космоса на Землю метеоритах.
2. Какую информацию могут нести попавшие в руки ученых космические фуллерены и наноалмазы? (1 балл)
Удар большого болида (астероида или кометы) 1.8 млрд лет назад создал второй по величине ударный кратер-астроблему, диаметром почти 250 км на территории современной Канады (Садбери, Онтарио). В измельченной взрывом горной породе было обнаружено значительное содержание фуллеренов. Возник вопрос: образовались ли эти фуллерены во время взрыва, или же являются рассеянным веществом болида, которое пережило взрыв?
Выделенные в чистом виде фуллерены (считайте, что они представляют собой только C60, небольшим количеством C70 пренебрегаем) при нагревании в вакууме выделяют гелий, который был заключен во внутренней полости, предположительно, в момент образования.
3. Объем газа (при н.у., в пересчете на один грамм фуллеренов) составляет
2.09×10–4 см3. Рассчитайте среднюю концентрацию гелия (моль/м3) во внутренних полостях фуллеренов. (2 балла) Диаметр фуллерена принять равным 0.7 нм, размерами атомов пренебречь.
Считая, что гелия в атмосфере Земли содержится 5.27·10−4 % по объему, и его концентрация за прошедшее с момента взрыва время изменилась незначительно, дайте ответ на вопрос:
4. Могли ли эти фуллерены образоваться в Земной атмосфере? (1 балл)
В выделившемся из фуллеренов гелии* содержится маленькая примесь изотопа 3He
(1.15×10–7 см3).
5. Подтверждает или опровергает этот факт предыдущий вывод? (0.5 балла)
Считая температуру образования фуллеренов равной 1000°С и предположив, что гелий попал в фуллерены в момент их образования:
6. Оцените, при каком давлении гелия (в атм.) образовались фуллерены. (0.5 балла)
7. Как вы думаете, могли ли эти фуллерены образоваться в космосе сразу вслед за остыванием Вселенной после Большого Взрыва? (1.5 балла) Что должны представлять собой «космические фабрики» по производству фуллеренов? Приведите пример. (2 балла) Могли ли эти фуллерены образоваться в Солнечной системе? (0.5 балла) Ответы поясните.
* Соотношение 3He и 4He является «визитной карточкой» материала. Его измеряют в ppm (частях на миллион). Для Земной атмосферы эта величина составляет 1,38 ppm, в горных породах 1 – 12 ppm. Для вещества, сформировавшего Солнечную систему, эта величина равна примерно 100 ppm, в солнечном ветре – 400 ppm, в околоземной космической пыли – до 300 ppm.
