Kugel Kohlenstoff C60 zu Graphen: Wird es das nächste Kohlenstoffsternmolekül geben?

Die einzelne (reine) Masse eines chemischen Elements liegt in verschiedenen Formen von Molekülen und Kristallen vor, die als Allotrop dieses Elements bezeichnet werden. Die Entdeckung des elementaren C-Allotrops "Ball Carbon" C60 veranlasste drei Wissenschaftler, sich 1996 den Nobelpreis für Chemie zu teilen. Nur 16 Jahre später teilte sich die Trennung eines weiteren allotropen "Graphens" von C den Nobelpreis für Physik der beiden Wissenschaftler 2010. 1991 wurde C60 von American Science zum Star des Jahres gewählt, und Graphen wurde mit Sicherheit ein neuer Star!

Ich kann nicht anders als zu fragen: Wie viele Allotrope hat Element C? Werden in Zukunft neue C-Star-Spieler auftauchen?

Bei Klassifizierung nach der Phase der elementaren Substanz kann das C-Allotrop grob als kristalline, amorphe und gasförmige Moleküle Cn (n = 1, 2, 3 ...) diskutiert werden. Wir sind jedoch an der Zusammensetzung und Struktur der bekannten Isomere interessiert, die eng mit unserem Leben zusammenhängen und kristalliner Natur sein können, wie Diamant-, Graphit-, kugelförmige Kohlenstoff- und Kettenkohlenstoffverbindungen. . Unter ihnen kennen wir die frühesten Diamant- und Graphitfamilien, und das von Graphit getrennte Graphen ist das neueste.

Diamantkristalle weisen hauptsächlich kubische Kristallsymmetrie auf. Darüber hinaus gibt es in der Natur hexagonale Isomere, und die Struktur entspricht kubischem und hexagonalem Zinksulfid. Beide C-Atome sind vom sp3-Orbital-Tetraeder-Typ gebunden. Obwohl dies keine dichte Packungsmethode für C-Atome ist, ist Diamant die härteste Substanz in der Natur. Die Menschen haben ihre Mohr-Härte auf 10 eingestellt, was für die menschliche Produktion und das Leben einen wichtigen Wert hat. Interessanterweise beträgt der CC-Abstand in Diamant 1,54 Angström, aber nicht die kürzeste Bindungslänge von CC!

Graphitkristalle können als dreidimensionale Struktur charakterisiert werden, in der Graphen gestapelt ist. Graphen ist ein monomolekulares planares Makromolekül, bei dem C-Atome in sp2-Orbitaldreiecke gespalten werden und die Schichten durch Van-der-Waals-Bindungen intermolekularer schwacher Wechselwirkungskräfte zu Graphitkristallen geschichtet werden. Aufgrund des unterschiedlichen Stapelzyklus weist Graphit zwei Hauptisomere auf, nämlich ABABAB. . . Sechseckig gestapelt Alpha-Typ und gedrückt ABCABC. . . Dreiwege-Stapelstruktur vom β-Typ. Natürlich gibt es in der Natur viele kompliziertere akkumulationsmethoden.

Anders als die beiden oben genannten ist das C-Atom des kugelförmigen Kohlenstoffs auf der gekrümmten Oberfläche des zweidimensionalen Raums verteilt, und der Verbindungsmodus ist der dreieckige Kegeltyp der gemischten Umlaufbahn sp2 - sp3, der die harmonische Koexistenz des sechsgliedriger C-Ring und fünfgliedriger C-Ring. , so erscheinen gemeinsame "Fußball" und so weiter. Ball Carbon ist eine große Familie mit Kugeln und Ellipsoiden. Wenn Kohlenstoffnanoröhren als langgezogener röhrenförmiger Kohlenstoff betrachtet werden, ist es schwierig, die Frage zu beantworten, wie viele Kohlenstoffe homogen sind, geschweige denn Kohlenstoff. Die sich ständig verändernden organischen Verbindungen, die von den Elementen gebildet werden.

Unabhängig vom Kohlenstoff der Kugel oder des Graphens sind diese Sternmoleküle die Meisterwerke der vorhandenen natürlichen Mutter. Es wurde festgestellt, dass sie die wissenschaftliche Erkenntnis der Menschen verbessern, und ihre besonderen Eigenschaften ermutigen Wissenschaftler, die Forschung fortzusetzen, selbst um Materialien mit besonderen Eigenschaften zu erforschen, die in der Natur nicht zu finden sind. „Crystal Engineering“ bedeutet, dass wir die Natur herausfordern, nicht nur das Geschenk von ihr. Supraleitende, superstarke, superharte, ultraleichte und ultradichte Hochenergiematerialien usw. haben wir zu viele Herausforderungen und Möglichkeiten für Innovationen!

Frage: Ist es unmöglich, eine Substanz zu synthetisieren, die härter als Diamant ist? Die Leute freuen sich schon lange darauf! Aus Kohlenwasserstoffen ist bekannt, dass die CC-Einfachbindungslänge nur 1,44 Angström betragen kann, was nur 0,14 Angström zum Diamant-C-Atom entspricht. Theoretische Berechnungen haben gezeigt, dass sich einige super-tetraedrische Alkane dieser ultrakurzen Entfernung nähern können, wenn sie durch eine einzelne CC-Bindung verbunden sind. Dann war jemand da, um "das Spiel zu spielen", und es war wirklich unmöglich, ein Kohlenstoff-Allotransplantat zu haben, um ein neuer Star zu werden.

Sie denken nicht, dass dies eine Fantasie ist, oder werden Sie diesbezüglich optimistisch sein? Ich bin mir nicht sicher, ob Sie gerne daran teilnehmen werden!

Die Seite enthält den Inhalt der maschinellen Übersetzung.