Bola de carbono C60 a grafeno: ¿habrá la próxima molécula de estrella de carbono?

La masa única (pura) de un elemento químico existe en diferentes formas de moléculas y cristales llamados alótropos de este elemento. El descubrimiento del "carbono en bola" alótropo de C elemental C60 llevó a tres científicos a compartir el Premio Nobel de Química de 1996, sólo 16 años después, la separación de otro "grafeno" alótropo de C compartió los dos científicos del Premio Nobel de Física 2010. En 1991, American Science seleccionó a C60 como la estrella del año, ¡y el grafeno ciertamente se convirtió en una nueva estrella!

No puedo evitar preguntar: ¿Cuántos alótropos tiene el Elemento C? ¿Aparecerán nuevos jugadores estrella C en el futuro?

Si se clasifica de acuerdo con la fase de la sustancia elemental, el alótropo C se puede discutir a grandes rasgos como moléculas cristalinas, amorfas y gaseosas Cn (n = 1, 2, 3 ...). Sin embargo, estamos interesados en la composición y estructura de los isómeros conocidos que están estrechamente relacionados con nuestras vidas y pueden ser de naturaleza cristalina, como el diamante, el grafito, el carbono esférico y los compuestos de carbono en cadena. . Entre ellos, conocemos las primeras familias de diamantes y grafito, y el grafeno separado del grafito es el último.

Los cristales de diamante son principalmente de simetría de cristal cúbico. Además, existen isómeros hexagonales en la naturaleza, y la estructura corresponde al sulfuro de zinc cúbico y hexagonal. Ambos átomos de C están unidos por el tipo tetraedro orbital sp3. Aunque este no es un método de empaquetamiento denso de átomos de C, el diamante es la sustancia más dura de la naturaleza. La gente ha establecido su dureza Mohr en 10, lo que tiene un valor importante para la producción humana y la vida. Curiosamente, la distancia CC en el diamante es de 1,54 angstroms, ¡pero no es la longitud de enlace más corta de CC!

Los cristales de grafito se pueden caracterizar como una estructura tridimensional en la que se apila el grafeno. El grafeno es una macromolécula plana monomolecular en la que los átomos de C se dividen en triángulos orbitales sp2, y las capas se superponen en cristales de grafito mediante enlaces de van der Waals, fuerzas de interacción débiles intermoleculares. Debido al diferente ciclo de apilamiento, el grafito tiene dos isómeros principales, a saber, ABABAB. . . Tipo alfa apilado hexagonal y ABCABC prensado. . . Estructura tipo β apilada de tres vías. Por supuesto, existen muchos métodos de acumulación más complicados en la naturaleza.

A diferencia de los dos anteriores, el átomo de C del carbono esférico se distribuye en la superficie curva del espacio bidimensional, y el modo de conexión es el tipo de cono triangular de la órbita mixta sp2 - sp3, que se adapta a la coexistencia armoniosa de la anillo C de seis miembros y anillo C de cinco miembros. , apareciendo así "fútbol" común y así sucesivamente. Ball Carbon es una gran familia que incluye esferas y elipsoides. Si los nanotubos de carbono se consideran carbono tubular alargado, es difícil responder a la pregunta de cuántos carbonos son homogéneos, y mucho menos carbono. Los compuestos orgánicos en constante cambio formados por los elementos.

Independientemente del carbono de la bola o del grafeno, estas moléculas estelares son las obras maestras de la madre natural existente. Se ha descubierto que aumentan la cognición científica de las personas y sus propiedades especiales alientan a los científicos a continuar la investigación, incluso a explorar materiales con propiedades especiales que no se encuentran en la naturaleza. “Crystal Engineering” significa que desafiamos a la naturaleza, no solo al don de ella. Materiales superconductores, superresistentes, superduros, ultraligeros y ultradensos de alta energía, etc., ¡tenemos demasiados desafíos y oportunidades para la innovación!

Pregunta: ¿Es imposible sintetizar una sustancia más dura que el diamante? ¡La gente está esperando esto desde hace mucho tiempo! Se sabe por los hidrocarburos que la longitud del enlace simple CC puede ser tan pequeña como 1,44 angstroms, que es tan corta como 0,14 angstroms para el átomo de C del diamante. Los cálculos teóricos han demostrado que algunos alcanos súper tetraédricos pueden acercarse a esta distancia ultracorta cuando están unidos por un solo enlace CC. Entonces alguien estaba allí para "jugar el juego", y era realmente imposible tener un aloinjerto de carbono para convertirse en una nueva estrella.

¿No cree que esto sea una fantasía, o será optimista al respecto? ¡No estoy seguro de que te guste participar en él!

La página contiene el contenido de la traducción automática.