BUCKMINSTERFULLERENE (C60) 1 Lịch sử ra đời và định nghĩa 1 1 Lịch sử ra đời Dự án lý thuyết về các phân tử buckyball xuất hiện vào cuối 1960 và đầu những năm 1970 nhưng những dự án này hầu như không.
BUCKMINSTERFULLERENE (C60) Lịch sử đời định nghĩa 1.1 Lịch sử đời Dự án lý thuyết phân tử buckyball xuất vào cuối 1960 đầu năm 1970 dự án không ý đến Đầu năm 1970, hố học cấu hình carbon khơng bão hồ nghiên cứu nhóm đại học Sussex, dẫn đầu Harry Kroto David Walton Vào năm 1980, Smalley Curl đại học Rice sử dụng phương pháp hoá tia laser mục tiêu phù hợp để tạo cụm nguyên tử Kroto nhận cách sử dụng mục tiêu than chì, loạt cụm carbon nghiên cứu Khi nhà vật lý thiên văn nhà quang phổ học nghiên cứu phát xạ hồng ngoại phát từ carbon khổng lồ Smalley nhóm nghiên cứu dụng kỹ thuật hố tia laser để tạo cụm carbon có khả phát tia hồng ngoại bước sóng phát từ ngơi carbon đỏ Từ đó, nguồn cảm hứng đến với Smalley nhóm nghiên cứu sử dụng kỹ thuật laser than chì để tạo Fullerene C60 phát vào năm 1985 Smalley, Robert Curl Harold Kroto Vào năm 1996, giải Nobel Hoá học trao cho Richard Smalley, Robert Curl Harold Kroto khám phá dạng hình thù carbon (C60), có hình dạng giống vơi cấu trúc mái vịm trắc địa kiến trúc sư người Mỹ Buckminster Fulle nên C60 cịn có tên gọi Buckminsterfullerene 1.2 Định nghĩa Buckminsterfullerene (C60) thù hình carbon hình cầu 60 ngun tử đuwojc tập hợp thành hình ngũ giác hình lục giác, có dạng hình học tương tự bóng đá Tất nguyên tử carbon kết nối liên kết đơn đôi, chúng thường gọi BuckyBalls Cấu trúc lồng tính đa thơm chúng gây hình thành đám mây điện tử bị dịch chuyển cho phép phân tử hoạt động phức hợp chuyển điện tích 2 Cấu tạo chi tiết C60 bao gồm 12 vòng carbon năm 20 vòng carbon sáu cạnh hợp Mỗi vịng có thành viên bao quanh, luân phiên hình lục giác hình ngũ giác carbon Mỗi hình ngũ giác hợp với năm hình lục giác Hệ motif cấu trúc hình lục giác giống đáy bát, ba hình ngũ giác hợp với vịng này, liên kết hình lục giác, buộc cấu trúc phải cong lại, dẫn đến cấu trúc giống mái vòm mà cuối tự uốn cong xung quanh để tạo thành cấu trúc hình cầu Hình dạng fullerene, C60 giống bóng đá Tất 60 nguyên tử tương đương tạo cộng hưởng 13C-MNR (cộng hưởng từ hạt nhân) Phương pháp điều chế C60 Ba nhà khoa học Curl, Kroto Smalley tổng hợp BuckyBall cách sử dụng thiết bị siêu chùm tia laser Thiết bị bao gồm nguồn laser, graphite đặt buồng chân không, bơm khí Heli kết nối với buồng chân khơng cổng có tác dụng dẫn truyền tia laser Nguyên tắc thiết bị dùng tia laser bắn phá vào graphit quay buồng chân khơng chứa khí Heli Heli khí trơ nên khơng phản ứng với khí carbo Khi hoá hơi, nguyên tử carbon làm lạnh đặc khí Heli với áp suất cao Sau nguyên tử carbon tổng hợp tạo thành BuckyBall Tuy nhiên bất lợi phương pháp hiệu suất BuckyBall thấp Phương pháp phổ biến để tạo BuckyBall dùng dòng điện lớn hai điện cực graphite buồng khí trơ heli Khi tia lửa điện đánh hai điện cực graphite dẫn đến vùng plasma bắc qua cầu anot catot Làm nguội lập tự loại bỏ chất cặn thừa, ta thu Buckyball https://www.youtube.com/watch?v=-Aa66KHEuz0 Các tính chất vật lý hố học Buckminsterfullerene 4.1 Tính chất vật lý - Buckminsterfullerene ổn định nhiệt độ cao áp suất cao - Fullerene cộng hoá trị nên hồ tan mơi trường hữu khơng thể hồ tan nước - Dung dịch C60 tinh khiết có màu tím đậm để lại cặn màu nâu bay - Ở trạng thái rắn, phân tử C60 có cách xếp giống với cách xếp FCC - Buckminsterfullerene sử dụng làm chất siêu dẫn, nghĩa mang dịng điện khơng có điện trở - Kết tinh C60 dung dịch benzen thu tinh thể ba trục có cơng thức C60.4C6H6 4.2 Tính chất hố học - Buckminsterfullerene dễ dàng bị khử điện hoá để tạo thành ion fulleride, phản ứng với kim loại nhóm tạo thành chất rắn hoạt động chất siêu dẫn - Hydro hoá: Cộng C60 với hydro để tạo polyhydrofullerenes Buckminsterfullerene mức độ nhỏ đặc tính thơm nên trải qua q trình khử Birch - Halogen hố: Các halogen trải qua phản ứng cộng với C60 tạo hợp chất ví dụ C60Br8, C60Br24,… Ứng dụng Buckminsterfullerene - Fullerene trạng thái tinh khiết hoạt động chất cách điện chuyển đổi chất bán dẫn chất siêu dẫn điều kiện thích hợp - Khả thu thấp nguyên tử phân tử khác Buckminsterfullerene khiến chúng trở nên hữu ích lĩnh vực y tế Ví dụ, chất phóng xạ C60O sử dụng điều trị ung thư điều trị AIDS - Fullerene giúp cải thiện tính chống mài mịn chống ma sát dầu bơi trơn - Buckminsterfullerene tác động đến q trình tinh chế quang hố cơng nghiệp - Buckminsterfullerene có lực điện tử cao nên có sử dụng làm chất nhận điện tử phổ biến pin mặt trời dựa chất cho/chất nhận - Buckminsterfullerene sử dụng để lưu trữ hydro, làm nguyên liệu cho oto chạy pin mặt trời Thông tin thêm Sự ổn định Mặc dù buckyball khơng thơm, có số yếu tố góp phần tạo nên ổn định bất thường chúng. Đây điều quan trọng số này: A Ngũ giác Tất fullerene tạo thành từ vịng carbon có năm sáu nguyên tử. Để tạo thành hình cầu, fullerene phải có xác 12 hình ngũ giác, số lượng hình lục giác thay đổi. Do đó, fullerene xảy số chẵn nguyên tử cacbon lớn 20 ngoại trừ 22 Đây lý thí nghiệm ban đầu họ, Smalley, Kroto, Curl, Heath O'Brien nhận thấy cụm cacbon lớn hình thành số chẵn số cacbon. (10, 15, 16) Quy tắc ngũ giác bị lập nói fullerene ổn định tất ngũ giác bao quanh hồn tồn hình lục giác. Có hai lý cho điều này: thứ nhất, có gia tăng sức căng góc nguyên tử carbon, mà buộc phải phần hai nhiều hình ngũ giác; sức căng làm ổn định phân tử. (15) Lý thứ hai khiến fullerene với ngũ giác bị cô lập ổn định liên quan đến mạch liên hợp cấu trúc cộng hưởng. Mạch liên hợp dãy liên kết đôi đơn xen kẽ quanh rìa vịng gồm ngun tử có kích thước nhau. Một vịng chứa sáu electron pi gọi mạch ổn định nhất. 10 mạch ổn định khác thường, khơng ổn định mạch. Một mạch quanh chu vi hai vịng có chung cạnh. Khi ngũ giác bị lập có mạch 10 liên hợp xảy ra. Tuy nhiên, hình ngũ giác tiếp giáp dẫn đến mạch làm ổn định cấu trúc cộng hưởng. (15) Buckyball bao gồm 12 hình ngũ giác 20 hình lục giác. Chúng fullerene nhỏ đáp ứng quy tắc ngũ giác cô lập, làm cho chúng đặc biệt ổn định (15) B Tính cầu Tính đối xứng Fullerene hình cầu, C 60 , khơng phải hình dẹt ổn định biến dạng góc phân bố (15). Nhiễu xạ tia X từ chất rắn C 60 đã khẳng định tính đối xứng cao và cộng hưởng sắc nét C 60 trong 13 C NMR cho thấy tính tương đương tất ngun tử cacbon (18). Ngồi ra, tất nguyên tử cacbon có loại liên kết–hai liên kết "đơn" liên kết "kép". Vì tất nguyên tử carbon tương đương nên nguyên tử chịu lực căng nhau; do đó, phân tử ổn định hơn. (15) C Điện tử Buckminsterfullerene dễ phân cực chứa nhiều electron pi, định vị xung quanh phân tử. Nó nhận electron, trở thành ion âm dương. Các ion C 60 ổn định bất thường mức độ định vị cao chúng (19). Tuy nhiên, chúng bị biến dạng electron nhiều electron khiến chúng bị vỡ (3) Rủi ro sức khỏe Buckminsterfullerene C 60 nhạy cảm với ánh sáng nên việc để C 60 tiếp xúc với ánh sáng khiến biến chất, trở nên nguy hiểm Việc uống dung dịch C 60 đã tiếp xúc với ánh sáng dẫn đến ung thư phát triển Câu hỏi thường gặp-FAQs a Buckminsterfullerene sử dụng để làm gì? Buckminsterfullerene sử dụng để phát triển kính bảo vệ cảm biến quang học. Nó sử dụng để lưu trữ hydro, làm bình nhiên liệu cho tơ chạy pin nhiên liệu. Khả bẫy nguyên tử phân tử khác Buckminsterfullerene hữu ích lĩnh vực y tế bệnh ung thư liệu pháp AIDS b Sự khác biệt graphene fullerene gì? Cả graphene fullerene đồng vị carbon. Graphene xuất dạng carbon fullerene xuất dạng khối carbon. Graphene có cấu trúc hai chiều fullerene có cấu trúc ba chiều c C60 tìm thấy đâu? Khi tia lửa điện đánh điện cực than chì, bồ hóng tạo ra. Loại bồ hóng chủ yếu muội than chứa lượng đáng kể C60 d Tại buckminsterfullerene sử dụng để vận chuyển thuốc? Fullerene sử dụng để vận chuyển thuốc vào thể, làm chất bơi trơn chất xúc tác. Chúng hoạt động lồng rỗng để bẫy phân tử khác. Đây cách chúng mang phân tử thuốc khắp thể đưa chúng đến nơi cần thiết, bẫy chất nguy hiểm thể loại bỏ chúng e Buckminsterfullerene có vòng? Buckminsterfullerene chứa 20 vòng lục giác 12 vòng ngũ giác ... học Buckminsterfullerene 4.1 Tính chất vật lý - Buckminsterfullerene ổn định nhiệt độ cao áp suất cao - Fullerene cộng hố trị nên hồ tan mơi trường hữu khơng thể hoà tan nước - Dung dịch C60. .. Ở trạng thái rắn, phân tử C60 có cách xếp giống với cách xếp FCC - Buckminsterfullerene sử dụng làm chất siêu dẫn, nghĩa mang dịng điện khơng có điện trở - Kết tinh C60 dung dịch benzen thu tinh... hoá: Cộng C60 với hydro để tạo polyhydrofullerenes Buckminsterfullerene mức độ nhỏ đặc tính thơm nên trải qua q trình khử Birch - Halogen hoá: Các halogen trải qua phản ứng cộng với C60 tạo hợp