Fullerenin Özellikleri

Topoloji

Kapalı kabuğun kombinatoryal topolojisi (yani karbon atomları ve aralarındaki bağlar, konumlarını ve mesafelerini ihmal ederek) basit küresel ortalama yüzeylere sahip fullerenler (yönlendirilebilir, sıfır cins) dışbükey A çokyüzlü olarak ifade edilebilir; daha doğrusu, köşelerinden ve kenarlarından oluşan tek boyutlu iskeleti. Bir Schlegel grafiği, iskeletin çokyüzlünün bir yüzüne yüzün dışındaki bir noktadan izdüşümüdür; böylece diğer tüm köşeler yüzeye yansıtılır. Kapalı fullerenlerin Schlegel grafikleri düzlemsel ve 3-düzenlidir (veya 'kübik'; tüm köşelerin 3. dereceye sahip olduğu anlamına gelir). Küresel kabuklu kapalı fullerenler en azından bazı beşgen veya yedigen döngülere sahip olmalıdır. Daha kesin olarak, Euler'in çokyüzlü formülüne göre tüm yüzler 5 veya 6 kenara sahipse V−E+F=2 (burada V, E, F köşelerin, kenarların ve yüzlerin sayısıdır) çift olmalı ve tam olarak 12 beşgen ve V/2−10 altıgen içermelidir. Fullerenin yedigen (yedi atom) döngüsü varsa benzer bir kısıtlama söz konusudur. Karbon nanotüpler ve grafen gibi açık fullerenler tamamen altıgen halkalardan oluşabilir. Teorik olarak, kapalı halka benzeri tabakalar oluşturmak için her iki ucuna bağlanan uzun nanotüpler de oluşabilir. tamamen altıgenlerden oluşuyor.

Bağla

Her karbon atomu olağan dört yerine yalnızca üç bitişik karbon atomuna bağlandığı için, bu bağları tek ve çift kovalent bağların bir karışımı olarak tanımlamak gelenekseldir. C60'taki karbohibridizasyon sp2.01 olarak rapor edilmiştir. Bağlanma durumu Raman spektroskopisi, kızılötesi spektroskopisi ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi ile analiz edilebilir.

Paket

İlave atomlar, iyonlar, kümeler veya küçük moleküller, fulleren içinde hapsolabilir ve interkalat fullerenler adı verilen klatratlar oluşturabilir. Alışılmadık bir örnek, izole edilmiş Pentagon kuralını ihlal eden yumurta şeklindeki fulleren 84'tür ve fullerenler içinde hapsolmuş soy gazları analiz ederek Permiyen sonu meteor etkilerinin kanıtını bulmuştur.

Araştırma

2000'li yılların başlarında, fullerenlerin kimyasal ve fiziksel özellikleri araştırma ve geliştirmede sıcak bir konuydu. Popüler Bilim, fullerenlerin (grafen) zırhta olası kullanımını tartışıyor. Isı direnci ve süperiletkenlik, nanoteknoloji alanında üzerinde daha fazla çalışılan özelliklerden bazılarıdır. Fullerenlere uygulanan ab initio kuantum yöntemleri kullanılarak birçok hesaplama yapılmıştır. IR, Raman ve UV spektrumları DFT ve TD-DFT yöntemleriyle elde edilebilmektedir. Bu hesaplamanın sonuçları deneysel sonuçlarla karşılaştırılabilir. Fullerenler, 1993'te keşfedilen Binger reaksiyonu gibi birçok organik reaksiyonda alışılmadık reaktanlardır.

Aromatiklik

Araştırmacılar, yüzeylerine reaktif gruplar ekleyerek fullerenlerin reaktivitesini artırmayı başardılar. Buckminsterfullerene 'süper aromatiklik' sergilemez: yani, altıgen halkalardaki elektronlar molekül boyunca delokalize değildir. N karbon atomlu küresel fullerenler, n pi-bağ elektronuna sahiptir ve serbestçe delokalize edilebilir. Bunlar, tüm molekül üzerinde delokalize olmaya çalışmalıdır. Bu düzenlemenin kuantum mekaniği, tek bir atomun iyi bilinen kuantum mekanik yapısının bir kabuğu gibi olmalı, kararlı dolu bir kabuk n = 2, 8, 18, 32, 50, 72, 98, 128 vb. (yani iki kat mükemmel) kareler), ancak bu seri 60'ı içermez. 2(N + 1)2 küresel aromatiklik kuralı (N tamsayı), Hückel kuralının üç boyutlu bir analoğudur. 10+ katyon bu kuralı karşılar ve aromatik olmalıdır. Katyonlar sonucunda güçlü diyamanyetik top akımlarının varlığını gösteren kuantum kimyasal modeller kullanılarak durumun böyle olduğu gösterilmiştir,  C. 60 sudaki iki elektronu daha absorbe etme ve bir anyon haline gelme eğilimindedir.  60 Gevşek metal bağları oluşturma girişimleri.