На главную страницу журнала     На первую страницу сайта    

Химическая "флаконика"

Полагая, что межзвездная пыль в основном состоит из углерода,немецкие и американские физики пытались смоделировать ее образование и в 1990 г. сделали эпохальное открытие – нашли простой и доступный способ массового синтеза фуллеренов. Оказалось, что при испарении графитовых элект родов в электрической дуге (в атмосфере гелия) возникают сферические С60, а также С70и еще более крупные "мячи". Но выход более легких бакиболов (их иногда называют "мини-фуллеренами") обычно очень мал.

Почему это так, понятно. Как учит математика, чтобы образовывалась замкнутая углеродная оболочка, в ней обязательно должны присутствовать 12 пятичленных циклов, количество же шестичленных может быть различным – оно определяется формулой:

(N – 20)/2, где N – число атомов углерода. А химики знают, что молекулы с ненасыщенными связями, в которых пятичленные кольца граничат друг с другом, очень нестабильны. 60 – это наименьшее значение N, при котором пятиугольники не стыкуются между собой (кроме того, "классический" С60вообще наиболее симметричен и потому максимально устойчив).

Но вот в Университете Беркли и тамошней Лаборатории им. Лоуренса все же подобрали условия (особенно важно, чтобы давление гелия было равно 400 торр), при которых тем же методом удается производить в больших количествах мини-фуллерены С36 (их размер 0,5 нм). Если в С60 есть 20 шестиугольников, то в С36 – всего 8, поэтому в них пятиугольники вынуждены соседствовать. Из-за этого межатомные связи в С36 сильно изогнуты и напряже ны, и, значит, такие молекулы более химически активны, например легко образуют С36Н6. Вряд ли удастся синтезировать бакиболы с еще меньшим числом атомов углерода, а вот в диапазоне 36 – 60 атомов это вполне возможно.

Ожидают, что твердая фаза пленки из С36 будут обладать необычными электронными и механическими свойствами, которые сейчас начали исследовать. Массовое производство этих молекул важно и в другом отношении: до сих пор не смогли определить последовательность промежуточных форм, приводящих к С60; не исключено, что для С36 эта задача окажется проще и ее решение послужит ключом ко всей проблеме
(C.Piscotietal., "Nature", 1998, v.393, р. 771).

А в Лаборатории возобновляемой энергии (штат Колорадо) получили новые неорганические аналоги фуллеренов. Уже несколько лет известно, что нитрид бора, а также соединения типа MX2 где М – молибден или вольфрам, а Х – сера или селен, могут образовывать замкнутые оболочки в виде полиэдров или трубок (правда, среди них пока не оказалось выделяющейся своим совершенством, как бы "знаковой" структуры наподобие С60).

Исследователи испаряли лазерным лучом спрессованную пудру из MoS2, в струе гелия или аргона, а частицы полученной сажи изучали с помощью трансмиссионного электронного микроскопа. И обнаружили заполненные двухслойные и трехслойные октаэдры размером 4 – 5 нм (между дальними вершинами) и расстоянием между слоями 0,6 нм ( P.А.Рап11а et al., "Nature", 1999, v,397, р.114).

Наверное, область химии, изучающая такие молекулы клетки – от малых, как, например, тетраэдран (С4Н4), кубан (С8Н8) и додекаэдран (С20Н20), и до гигантских органических (фуллерены С540 и С560) и неорганических замкнутых оболочек – заслуживает какого-то специального названия. Когда-то в "Химии и жизни" (1980, N1) обсуждали общую науку о замкнутых емкостях – "флаконику", которая будет распадаться на многие ветви. Похоже, что тут мы имеем дело как раз с химиофлаконикой.

Подготовил Л.Верховский