Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Малые углеродные кластеры

Для получения кластеров углерода может быть использовано лазерное испаре­ние углеродной подложки в потоке гелия с помощью установки, показанной на рис.4.2. Пучок электронейтральных кластеров фотоионизируется ультрафио­летовым лазером и анализируется масс-спектрометром. На рис. 5.3 показан типичный масс-спектр, полученный в подобном эксперименте.

При количестве атомов N менее 30 образуются кластеры со всеми значениями N, хотя некоторые пики заметнее других. Вычисления структуры малых кластеров методом моле­кулярных орбиталей показывают, что такие кластеры имеют линейную или за­мкнутую неплоскую моноцикличную геометрию, показанную на рис. 5.4. Линей­ная структура с sp - гибридизацией наблюдается при нечетных значениях N, цик­лическая - при четных. Открытые структуры из 3, 11, 15, 19 и 23 атомов со стандартными углами наиболее заметны на спектре и, следовательно, более ста­бильны. Замкнутые структуры имеют углы между углеродными связями, отли­чающиеся от предсказаний обычной теории гибридизации. Отметим очень вы­сокий пик на масс-спектре на рис. 5.3 при размере кластера N= 60. Объяснение этого пика и структуры соответствующей молекулы принесло Нобелевскую премию.

4.2.2. Открытие фуллерена С₆₀

Открытие молекулы, похожей на футбольный мяч и состоящей из 60 атомов уг­лерода, явилось в некоторой степени случайным результатом исследований природы материи в межзвездном пространстве. Они были посвящены изучению поглощения света межзвездной пылью, т.е. малыми частицами вещества, нахо­дящимися в межзвездном и межгалактическом пространстве. При прохождении света удаленной звезды через космическое пространство его интенсивность уменьшается. Это явление называется оптическим поглощением и происходит вследствие поглощения и рассеяния света на межзвездной пыли, находящейся на пути распространения света от звезды к Земле. Ученые изучают это поглоще­ние, измеряя интенсивность приходящего от звезд света на разных длинах волн, то есть разных цветов. В результате проведения подобных исследований выяс­нилось, что в ультрафиолетовом диапазоне поглощение увеличивается при длинах волн около 220 нм (что соответст­вует энергии квантов 5,6 эВ). Это по­глощение приписывалось рассеянию света на гипотетических малых части­цах графита, находящихся в межзве­здной среде. На рис.5.5 показан гра­фик интенсивности поглощения света от энергии фотонов. Это объяснение оптического поглощения в области 220 нм среди астрономов считалось общепринятым.

Хотя похожую на футбольный мяч молекулу из 60 атомов углерода с химиче­ской формулой С₆₀ химики-теоретики и предсказывали уже много лет назад, ни­каких доказательств ее существования обнаружено не было. Многие свойства этой молекулы были вычислены теоретиками, в том числе предсказан и вид ин­фракрасного спектра поглощения.