Графитов от температуры

Рис. 39. Изменение прочности гра­фита

при повышении температуры:

1- для плотного графита;

2- для графита средней плотности.

Карбин представляет собой тоже слоистый материал, состоя­щий из палочкообразных молекул (рис. 41).

О свойствах карбина можно догадываться, это должен быть ма­териал с выраженной анизотропией свойств. Из публикации извест­но, что он испаряется при невысоких температурах.

Очень интересна структура фуллеренов. Они представляют собой многогранники, составленные из шестиугольников и имеют форму мяча. Но, согласно правилу Л. Эйлера, в многограннике число вер­шин, плюс число граней, минус число ребер равно двум. Из этого пра­вила следует, что нельзя составить замкнутый многоугольник, только из шестиугольников, т. е. там должны быть и пятиугольники (рис. 42).

Впервые этот принцип построения сферы из многоугольников использовал в 1895 году американский архитектор Д. Б. Фуллер при постройке крыш для больших площадей. Отсюда - фуллерены.

Рис. 41. Структура карбина

Первая работа (1973 г.) на эту тему была теоретической. В ней предсказана возможность существования молекулы С₆₀ в виде футбольного мяча.

В 80-х годах линии этой молекулы (кристаллы) были обнаружены в кометах. Сначала считали, что это углеродные кластеры, затем из сажи было выделено вещество красноватого цвета - фуллерены С₆₀ и С₇₀. Сообщалось и о существовании фуллеренов с 76, 78, 82, 84, 90, 96, 102, 110 и более атомами и даже суперфуллеренов «молекулярных матрешек», пространственная структура которых выглядит как шар в шаре.

Наиболее изучен фуллерен С₆₀, он возгоняется при температуре около 700 К в вакууме, имеет интересные физические и химические свойства, растворяется в органических растворителях. При испаре­нии из растворов можно получать тонкие углеродные пленки, обла­дающие полупроводящими и сверхпроводящими свойствами.

Соединения фуллеренов с рубидием, цезием, таллием и други­ми металлами имеют критическую температуру сверхпроводимос­ти Т_к = 43 К при высоких значениях критических токов.

Фуллерены способны легко принимать и отдавать электроны, являясь т. н. аккумуляторами электронов, присоединять радикалы и свободный водород, т. е. образовывать полимеры. Они реагиру­ют с фтором, хлором, бромом, могут внедрять другие комплексы.

Внутри углеродной сферы С^ имеется полость с внутренним диа­метром около 0,5 нанометра, где могут находиться атомы других элементов, например, лантана, иттрия и т. п., которые отдают свои электроны фуллереновой оболочке и плавают как свободные кати­оны по типу левитации в отрицательно заряженной сфере.

В сфере С₈₂ могут находиться даже два атома. Предполагается, что в Чернобыле при взрыве образовались фуллерены, внутри ко­торых находятся атомы урана и других радиоактивных элементов. Эти фуллерены могут легко проникать в живые клетки.

В итоге можно сказать, что открытие фуллеренов означает пе­реход к новому этапу органической химии. Намного увеличилась возможность создания новых органических молекул и, может быть, не только их, а и новых неорганических соединений.

Некоторые авторы употребляют и другую терминологию примени­тельно к углеродным материалам, например, И. Г. Черныш, И. И. Кар­пов и др. в монографии «Физико-химические свойства графита и его соединений», не выходя за пределы известных углеродных структур. В книге рассмотрен целый класс так называемых соединений интерка- лирования графита, или соединений внедрения других элементов между плоскими сетками углерода. Они имеют большое значение для элект­ронной техники, но как эрозионностойкие материалы не применяются, и в дальнейшем изложении курса не рассматриваются.