C60,形似足球,又名足球烯,是一種由60個碳原子構成的分子(物質一般不由原子構成)。C60是單純由碳原子結合形成的穩(wěn)定分子,它具有60個頂點和32個面,其中12個為正五邊形,20個為正六邊形。其相對分子質量約為720。
C60的發(fā)現(xiàn)最初始于天文學領域的研究,科學家們首先對星體之間廣泛分布的碳塵產生了興趣。學者們發(fā)現(xiàn),星際間碳塵的黑色云狀物中包含著由短鏈結構的原子構成的分子,也有一部分學者認為該云狀物是從碳族星體紅色巨星中產生的,理論天文學家推測,這些塵埃土中包含著呈現(xiàn)黑色的碳元素粒子。
后來英國的克羅脫為了探明紅色巨星產生的碳分子結構,對星際塵埃中含有碳元素的幾種分子進行了確認。美國的霍夫曼和德國的克拉其莫也制造出了宇宙中類似的塵埃。他們將其與煤炭燃燒后遺留的黑色物質進行比較,發(fā)現(xiàn)了氣化物質在紫外線吸收實驗中留下了清晰的痕跡,并稱之為“駝峰光譜”。后來由美國的柯爾、史沫萊和英國的克羅脫解釋出該現(xiàn)象的理由,并為此獲得了諾貝爾化學獎。
C60是美國休斯頓賴斯大學的史沫萊(Smalley,R.E.)等人和英國的克羅脫(Kroto,H.W.)于1985年提出煙火法而正式制得的。他們用大功率激光束轟擊石墨使其氣化,用1MPa壓強的氦氣產生超聲波,使被激光束氣化的碳原子通過一個小噴嘴進入真空膨脹,并迅速冷卻形成新的碳分子,從而得到了C60。C60的組成及結構已經被質譜儀、X射線分析等實驗所證明。此外,還有C70等許多類似C60的分子也已被相繼發(fā)現(xiàn)。
除C60外,具有封閉籠狀結構的還可能有C28、C32、C50、C70、C84……C240、C540等,統(tǒng)稱為富勒烯(Fullerene)。在數(shù)學上,富勒烯的結構都是以五邊形和六邊形面組成的凸多面體。最小的富勒烯是C20,有正十二面體的構造。沒有22個頂點的富勒烯。之后都存在C2n的富勒烯,n= 12,13,14 ...。在之些小的富勒烯中,都存在著五邊形相鄰結構。C60是第一個沒有相鄰的五邊形的富勒烯,下一個是C70。在更高的富勒烯中,普遍滿足孤立五邊形規(guī)則(Isolated pentagon rule,IPR),即在n>12時,不存在相鄰的五邊形結構。
中國北京大學化學系和物理系研究小組也研制出C60分子。人們對C60分子的結構和反應的認識正在不斷深入,它應用于材料科學、超導體等方面的研究正在進行中。
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