Fulleren je skupina uhlíkových molekul, které obvykle tvoří jakousi uhlíkovou trubici, ty se využívají zejména pro nanotechnologie. V následujícím článku se o tomhle a mnohem více dozvíme.
Co je Fulleren a jaké jsou jeho použití?
Takzvaný Fulleren, který je také známý jako „Buckminsterfullerene“, se skládá ze série prázdných uhlíkových molekul, které tvoří jakousi uzavřenou klec zvanou „buckyballs“ nebo jakýsi válec, což jsou uhlíkové nanotrubice.
Fullereny jsou obvykle třídou molekul uhlíku se zvláštním druhem konstrukce, která využívá fyzikální způsoby, jako je typ koule nebo trubice. Uvedené molekuly mohou mít stejným způsobem tvary jako šestiúhelníkové a také pětiúhelníkové. Co je však fulleren a k čemu slouží? Fullereny jsou třídou prvků užitečných v určitých typech počítačových aplikací, zejména ve stavebních vědách nazývaných nanotechnologie.
Historie fulerenů
Fulleren byl nalezen v roce 1985 skupinou lidí jménem Richard Smalley, James Heath, Robert Curl, Sean O'Brien a nakonec Harold Kroto na Rice University. Uvedený první fulleren se podařilo objevit pod názvem buckminsterfulleren vědecky nazývaný „C60“ a jeho název vzdával hold Buckminster Fullerovi. Robert Curl byl osobou, která v roce 1996 získala Nobelovu cenu za objev fullerenů.
Objev takzvané "Bucky-ball" byl však veden výzkumem jakési nové třídy materiálů, které byly katalogizovány jako fullereny nebo jako "buckminsterfulleren", což je ten, který označuje nejmenší fulleren. . Jak již víme z určitých alotropů uhlíku, které jsou omezeny na minerální prvky, jako jsou:
- Diamanty
- Grafit
- Nanotrubice
- Uhlí
- Amorfní uhlík
Objev tzv. „bucky-balls“ byl tím, co výrazně prodloužilo uhlíkové alotropy a stalo se předmětem jakéhosi vášnivého výzkumu v oblasti mikroelektromechanických systémů známých pod zkratkou „MEMS“, sestávajících z:
- Materiálové vědy
- Elektronické
- nanotechnologie
Různé studie odhalily, že typ práce fullerenu je z velké části založen na různých teoretických a experimentálních systémech.
Fullerenová struktura
Fullereny jsou svou strukturou podobné grafitu, který se skládá z jakési vrstvy šestiúhelníkových prstenců, obsahují však pětiúhelníkové prstence nebo v mnoha případech jako sedmiúhelníkové, které zabraňují plochám listů.
Fullereny mají sp2 a sp3 hybridní uhlíkové atomy. Tyto molekuly mají velmi vysokou třídu afinity k elektronům a jsou to molekuly, které lze reverzibilně redukovat, aby absorbovaly elektrony.
Navzdory skutečnosti, že uvedená molekula je tvořena uhlíkovými kruhy, které byly konjugovány, elektrony při této příležitosti nejsou delokalizovány, pro které jsou tyto molekuly těmi, které postrádají vlastnost superomaticity. Stejné molekuly mají třídu velmi vysoké pevnosti v tahu a jsou to ty, které obnovují svůj původní tvar poté, co byly vystaveny více než 3 XNUMX atmosférickým tlakům.
To kvůli jedinečným vlastnostem uvedeného allotropu uhlíku, takže mají třídu aplikací. Kvůli relativitě ke snadné syntéze, tzv Fulleren C60 Je stále velmi populární a pro jeho aplikace bylo provedeno mnoho výzkumů na vyšší úrovni.
Fulleren C60 je tvořen asi 60 uhlíky v asi 60 vrcholech, které tvoří jakousi sférickou strukturu. To se skládá z asi 12 prstenů, které jsou šestiúhelníkové, které jsou obvykle vedle sebe. Uvedené kruhy jsou konjugovány dvojnými vazbami.
Délka přechodu CC pro šestihranné kroužky je typicky asi 1,40 A° a asi 1,46 A° pro pětiúhelníkové kroužky, se střední třídou délky přechodu rovnou 1,44 A°
Typy fulerenů
Fullereny mají mnoho druhů strukturálních variací a v roce 1985 dosáhly vynikajícího pokroku. Tyto, které popíšeme, jsou některé příklady typů fulerenů, které dobře fungují:
Nanotrubice nebo válcové fulereny
Ty mají dutý tvar, o rozměrech, které jsou extrémně minimalizované. Nanotrubice, o kterých bylo zjištěno, že jsou vyrobeny z uhlíku, jsou obecně široké a lze je rozlišit od několika nanometrů po mnoho mm (milimetrů) na délku. Mají jeden uzavřený konec a jeden otevřený konec.
Elektronický průmysl je ten, který používá hlavně uhlíkové nanotrubice, další oblastí jsou vesmírné technologie, aby bylo možné vyrábět vysoce odolné uhlíkové kabely, které jsou nezbytné pro vesmírné výtahy a pouzdra kosmických lodí, papírové baterie.
Hromady buckyballů
Jedná se o minimum fullerenu, který se v přírodě vyskytuje. Nejmenším členem tohoto je dvanáctistěn a nejběžnějším členem je C60, což je dvacetistěn podobný fotbalovému míči, složený z asi 20 šestiúhelníků a 12 pětiúhelníků. Velký význam z hlediska přirozeného výskytu má malý fulleren, který se vyskytuje v sazích nebo dokonce v uhlí.
Megatubes
Jak už název napovídá, jedná se o Mega, což znamená Velký, mají trubky mnohem většího průměru než v případě nanotrubiček. Stěny megatrub se připravují s různou tloušťkou. Uvedené druhy trubic se zásadně používají při transportu řady molekul různých rozměrů.
polymery
Tyto se nazývají makromolekuly, které jsou spojeny kovalentními chemickými vazbami. Takzvané polymery jsou v podstatě tvořeny uhlíkovými řetězci. Za vysokého tlaku a vysokých teplot tvoří obvykle dvourozměrné polymery a také trojrozměrné polymery.
Nano – cibule
Skládá se z pevného tvaru Buckyball s částicemi kulovitého tvaru, které jsou založeny na více vrstvách uhlíku.
„Ball and Chain“ Dimers United
Jedná se o dvě koule buckyballs, které drží pohromadě jeden uhlíkový řetěz.
Fullerenové prsteny
Posledním typem fulerenů, který zbývá popsat, jsou fulerenové prstence, o kterých však není mnoho informací, pouze to, že je tvořen prstencem nebo prstencem fullerenových buckyballů.
Použití fulerenu – aplikace
S počátkem takzvané „nanotechnologie“ byly celému světu představeny různé věci. Hlavní pozornost v oblasti nanotechnologií získaly takzvané fulereny. Velké vesmírné organizaci zvané NASA se ve spolupráci s uznávanou geochemičkou Lynn Beckerovou podařilo objevit fullereny, které vznikají přirozeně.
Díky jedinečné chemii v materiálových vědách byli skvělí výzkumníci schopni objevit různé aplikace fullerenů, které zahrnují lékařské aplikace, optická vlákna a supravodiče.
Antioxidanty
Fullereny jsou vynikajícími producenty antioxidantů, tento druh vlastnosti lze připsat řadě konjugovaných dvojných vazeb, které mají, a také jakési velmi vysoké elektronové afinitě uvedených molekul, a to kvůli energii molekulární oběžné dráhy, která je nízká a neobsazená. Fullereny mohou reagovat s řetězovými radikály dlouho předtím, než jsou spotřebovány.
Antivirová činidla
Fullereny vždy přitahovaly pozornost pro svou sílu jako vynikající antivirová činidla. Možná je jeho vzhled v tomto ohledu mnohem vzrušující, což může být způsobeno jeho schopností eliminovat replikaci viru lidské imunodeficience, lidově známého jako „HIV“, a proto pomáhá oddálit přítomnost známého syndromu získané imunodeficience. pod jeho zkratkou „AIDS“.
Bylo pozorováno, že dendrofelleren 1 a jeho derivát 2, což je trans izomer, jsou ty, které inhibují proteázovou třídu viru HIV, a proto zabraňují replikaci samotného HIV 1.
Dodávka léků a dodání genů
Podáváním léků se stává transport určitého typu farmaceutické sloučeniny do místa účinku, zatímco podávání genů spočívá ve vnášení cizí DNA do buněk, aby bylo možné produkovat lék požadovaný typ účinku.
Proto je velmi důležité dodávat tyto molekuly s maximální bezpečností a účinností. Fullereny jsou třídou anorganických nosičů, tyto třídy molekul jsou často upřednostňovány, protože vykazují vynikající kompatibilitu, včetně vyšší selektivity, zachovávají si biologickou aktivitu a jsou co nejmenší, aby bylo možné je rozšířit.
Fotosenzibilizátory ve fotodynamické terapii
Fotodynamická terapie známá pod svým akronymem "PDT" sestává z formy terapie, která využívá typ sloučeniny, která je citlivá na světlo a není toxická, a to když je umístěna na světlo, pak pokud se stane toxickou. Používá se k léčbě maligních nebo změněných buněk. Pro tyto třídy sloučenin se obecně používají fulereny.
V Ochranných brýlích
Fullereny mají omezené optické vlastnosti. To se týká jejich schopnosti snížit propustnost světla, které na něj dopadá. Uvedené molekuly lze proto použít jako druh optického omezovače, který se používá v brýlích nebo ochranných a senzorových čočkách.
Vlastnosti fulerenu
Budeme prezentovat, jaké jsou hlavní vlastnosti Fullenero na fyzické úrovni.
Fyzikální vlastnosti fulleren C60
- hustota: Je to 1,65 g cm-3
- Standardní teplo vzniku: Je to 9,08 kcal mol-1
- Index lomu: Je to 2,2 (600 nm)
- Bod varu: Je úžasný při 800 K
- Odpor: Asi 1014 ohmů m-1
- Hustota páry: N / A
- Tvar krystalu: N / A
- Šestihranný krychlový tlak par: 5 x 10-6 torrů při pokojové teplotě: 8 x 10-4 torrů při 800 K
- Organoleptické vlastnosti: Má vzhled balónových sazí: velmi jemně rozptýlený černý prášek
- Fullerité: Hnědo/černý prášek
- C60: plná černá
- vůně: Záchod
Fullereny ve vesmíru
Jak jsme již řekli, fullereny se obvykle tvoří „svinuté“ v grafitu a přidáním některých částic pětiúhelníků k dosažení jeho zakřivení. Pokud je list pouze svinutý jako jakýsi válec, pak musí zakrýt rohy zakřivenými polokoulemi s pětiúhelníky. Co získá uhlíková nanotrubice.
Dalším článkem, který se doporučuje prostudovat, jsou Příspěvky Blaise Pascala které jsou často užitečné pro postupy tohoto prvku. Tyto typy materiálů se obvykle velmi liší od materiálů třídy fullerenů – typu, v několika slovech od kulatých klecí, a pro které mají velmi odlišné vlastnosti.