Дж/(моль·К) Дж/(моль·К) кДж/моль кДж/моль

Стеклоподобный кристалл II

0 0 4,9 4,9 0

5 2,37 5,7 5,1 0,0030

10 13,78 10,4 6,4 0,0399

20 33,41 26,9 12,4 0,2887

50 49,72 65,5 33,8 1,586

86,0 76,62 97,4 53,8 3,744

Кристалл II

86,0 76,62 97,4 53,8 3,744

100 96,60 110,6 60,8 4,974

150 185,5 165,4 86,2 11,88

200 303,3 234,5 114,3 24,04

250 423,1 315,1 146,3 42,20

260,7 446,8 333,3 153,6 46,85

Кристалл I

260,7 446,8 361,9 153,6 54,31

298,15 525,6 427,1 183,8 72,52

300 529,6 430,3 185,3 73,50

350 633,6 520,1 226,7 102,7

400 720,5 610,4 269,0 136,6

450 801,9 700,0 311,9 174,6

500 877,7 788,5 355,2 216,6

550 947,8 875,5 398,5 262,3

600 1009 960,6 441,8 311,3

650 1062 1044 485,0 363,1

700 1107 1124 527,7 417,3

750 1147 1202 570,1 473,7

800 1180 1277 611,9 531,9

850 1210 1349 653,2 591,6

860 1215 1363 661,4 603,8

900 1236 1419 693,8 652,8

950 1259 1487 733,8 715,2

1000 1281 1552 773,0 778,7

* Воспроизводится с разрешения редколлегии журнала «Успехи химии».

Без учета фазового перехода при 99,66–309,98 К теплоемкость теплоемкость выражается уравнением

С_р = – 250,64 + 3,16 Т – 0,0190 Т² Дж/(моль·К).

Энтальпия фазового перехода равна 5,9 кДж/моль.

Таблица 2. Термодинамические свойства С₆₀ в состоянии идеального

газа*

Т, К S, C_p,(H – H₀)/T, –(G – H₀)/T,Δ_fH₀, Δ _fG₀,

Дж/(моль·К) Дж/(моль·К) Дж/(моль·К) Дж/(моль·К) кДж/моль кДж/моль

0 0 0 0 0 2534,6 2538,6

50 254,7 34,8 33,4 221,2 2535,8 2527,8

100 286,9 72,3 41,0 245,9 2535,2 2516,2

150 331,6 160,2 65,1 266,6 2533,6 2505,0

200 392,7 272,0 102,6 290,2 2532,0 2494,4

273,15 502,8 442,3 170,8 331,9 2530,4 2479,5

298,15 543,9 498,5 196,0 348,0 2530,0 2474,5

300 547,0 502,6 197,8 349,2 2530,0 2474,2

400 720,4 706,3 300,3 420,1 2529,4 2454,3

500 896,4 870,2 398,6 497,8 2528,9 2434,6

600 1066,7 996,1 488,1 587,6 2527,8 2415,0

700 1227,8 1091,3 567,8 659,9 2526,1 2395,7

800 1378,4 1163,3 638,0 740,4 2523,7 2376,6

860 1463,8 1198,0 675,9 787,9 2522,0 2365,3

900 1518,7 1218,3 699,5 819,2 2520,8 2357,9

1000 1649,4 1260,9 753,6 895,8 2517,5 2339,6

1100 1771,2 1294,3 801,3 959,9 2513,7 2321,6

1200 1885,0 1320,9 843,6 1041,5 2509,4 2305,0

1300 1991,6 1342,3 881,1 1110,5 2505,0 2287,0

1400 2091,7 1359,8 914,7 1177,0 2499,4 2269,5

1500 2186,1 1374,2 944,9 1241,2 2493,5 2252,8

1750 2400,0 1400,9 1008,3 1391,8 2477,1 2214,0

2000 2588,4 1418,9 1058,5 1529,8 2456,7 2176,9

2500 2907,6 1441,5 1133,1 1774,6 2406,5 2110,7

3000 3171,8 1456,2 1185,8 1986,1 2350,4 2058,1

3500 3397,2 1468,8 1225,3 2171,9 2266,0 2008,3

4000 3594,2 1481,3 1256,5 2337,7 2172,9 1968,1

4500 3769,4 1493,6 1282,2 2487,2 2086,0 1964,7

5000 3927,3 1504,2 1303,9 2623,4 1970,0 1943,1

* Воспроизводится с разрешения редколлегии журнала «Успехи химии».

Электропроводность С₆₀ близка к электропроводности графита вдоль оси с, т. е. перпендикулярно графитовым плоскостям. Электросопротивление равно 1014 Ом·м^-1.

Фуллерит С₆₀ является полупроводником с шириной запрещенной зоны 1,5 эВ. Он обладает свойствами фотопроводника. Показатель преломления составляет 2,2 (длина волны 600 нм). Удельная поверхность невелика (10–20 м²/г). Теплопроводность при температуре 300 К очень мала и равна 0,4 Вт/(м·К).

Фуллерены нерастворимы в воде. Вместе с тем при контакте органических растворов с водой в условиях УЗ-воздействия они способны образовывать устойчивые в воде агрегаты, концентрация которых доходит до 100 м. д. (100 мг/л, или ~ 10^-2%).

Предполагается, что молекула С₆₀ геометрически идеально укладывается в икосаэдрический кластер воды, из которого удален додекаэдр. На внутренней поверхности кластера 20 молекул воды расположены так, что образуют водородные связи –ОН…π с каждым из шестиугольных колец молекулы С₆₀; каждая из молекул располагается точно над кольцом. Именно эти 20 молекул воды оказываются связанными со следующим слоем икосаэдрического кластера. Показано также, что в водном растворе 13 молекул С₆₀ могут образовывать икосаэдрические кластеры диаметром 3,4 нм, в которых каждая молекула С₆₀ отделена от других водной оболочкой.

Отношение числа молекул воды во внутренней оболочке к числу молекул воды во внешней оболочке для одиночной молекулы С₆₀ составляет 1:3, для кластеров С₆₀ – 2:3. Энергия молекулярного взаимодействия в водных растворах возрастает с повышением давления от 0,1 до 103 МПа, температуры от 295 до 360 К и концентрации С₆₀ от 0,05 до 0,28 мг/мл.

Все атомы С в фуллерене С₆₀ эквивалентны, поэтому спектр ЯМР ¹³С имеет единственный сигнал при 142,7 м.д. (рис. 21), как и следовало ожидать для высокосимметричного усеченного икосаэдра. В ИК-спектре С₆₀ содержатся четыре полосы.

Вертикальное сродство фуллерена С₇₀ к электрону равно 2,68 эВ. Стандартная энтальпия образования фуллерита С₇₀ равна 2555 ± 22 кДж/моль, фулерена С₇₀ в газовой фазе 2755 ± 23 кДж/моль. В расчете на атом С (36,5 и 39,3 кДж/моль) это меньше, чем для С₆₀. Энтальпия сублимации при 298,15 К составляет 200,3 ± 6,1 кДж/моль. Термодинамические функции фуллерита С₇₀ даны в табл. 3.

Таблица 3. Термодинамические функции кристаллического С₇₀*

Т, К С_р, S, – (G – H₀)/T, H – H₀,

Дж/(моль·К) Дж/(моль·К) кДж/моль кДж/моль

Кристалл III

0 0 0 0 0

5 3,71 1,17 0,274 0,00448

10 16,46 7,44 2,109 0,0533

20 34,38 25,08 9,175 0,318

50 52,77 65,74 31,92 1,691

100 105,7 114,5 60,95 5,351

150 207,1 175,4 88,52 13,04

200 337,7 252,4 119,6 26,56

250 485,4 343,4 155,0 47,10

277,40 566,9 398,1 176,3 61,52

Кристалл II

277,40 566,9 409,7 176,3 64,74

298,15 625,6 452,7 194,0 77,12

300 630,7 456,6 195,6 78,28

340 727,0 541,7 231,3 105,5

Кристалл I

340 727,0 549,6 231,3 108,2

350 746,2 571,0 240,7 115,6

400 813,0 675,0 288,6 154,6

450 940,5 777,6 337,2 198,2

500 1040 882,3 386,5 247,9

550 1116 985,0 436,3 301,8

600 1186 1085 486,2 359,4

650 1247 1183 536,0 420,2

700 1300 1277 585,6 483,9

750 1346 1368 634,7 550,1

800 1386 1456 683,4 618,5

843,5 1417 1531 752,2 679,5

850 1421 1542 731,4 688,7

900 1451 1624 778,7 760,5

950 1478 1703 825,2 833,8

1000 1502 1779 871,0 908,3

* Воспроизводится с разрешения редколлегии журнала «Успехи химии».

Если исключить области фазовых переходов, то в интервале температур 100 – 1000 К теплоемкость С₇₀ (как и теплоемкость С₆₀) в расчете на 1 атом углерода близка к теплоемкости графита.

Равновесное давление пара С₇₀ выражается уравнениями:

lg p (Па) = 11,23 – 9768/Т (650 < T < 904 К),

ln p (кПа) = 19,30 – 22835/Т (783 < T < 904 К).

Термодинамические функции газообразного С₇₀ приведены в табл. 4*.

Таблица 4. Термодинамические свойства С₇₀ в состоянии идеального газа*.

Т, К S, C_p,(H – H₀)/T, –(G – H₀)/T,Δ_fH₀, Δ _fG₀,

Дж/(моль·К) Дж/(моль·К) Дж/(моль·К) Дж/(моль·К) кДж/моль кДж/моль

0 0 0 0 0 2760,4 2760,4

50 275,6 36,4 33,7 241.9 2761,5 2748,6

100 312,5 86,2 44,9 267,6 2760,8 2736,2

150 365,4 188,3 74,5 290,8 2759,0 2724,3

200 436,9 317,7 118,8 318,1 2757,2 2712,9

273,15 565,6 518,3 199,0 366,6 2755,3 2697,1

298,15 613,9 585,1 228,5 385,3 2755,0 2691,8

300 617,5 589,9 230,8 386,7 2755,0 2691,4

400 821,4 831,9 351,7 469,7 2754,9 2670,3

500 1028,7 1025,4 467,9 560,8 2755,3 2649,1

600 1229,4 1172,8 573,7 655,7 2755,0 2627,8

700 1418,9 1283,5 667,6 751,3 2754,0 2606,7

800 1596,0 1366,9 750,0 845,9 2752,3 2585,8

843,5 1669,1 1396,6 782,6 886,5 2751,3 2576,8

900 1760,8 1430,4 822,3 938,5 2749,8 2565,1

1000 1914,1 1479,3 885,6 1028,5 2746,8 2544,8

1100 2057,0 1517,7 941,4 1115,6 2743,2 2524,7

1200 2190,4 1548,1 990,7 1199,7 2739,0 2505,1

1300 2315,3 1572,6 1034,6 1280,7 2734,4 2486,2

1400 2432,6 1592,6 1073,8 1358,9 2728,6 2466,5

1500 2543,1 1609,1 1108,9 1434,2 2722,3 2447,8

1750 2793,6 1639,4 1182,7 1610,9 2704,5 2404,2

2000 3013,9 1659,7 1241,1 1772,8 2681,8 2362,5

2500 3387,2 1682,4 1327,6 2059,6 2625,1 2287,9

3000 3695,5 1697,8 1388,2 2307,3 2560,0 2229,0

3500 3957,9 1706,1 1433,1 2534,8 2459,5 2173,6

4000 4186,1 1711,5 1467,6 2718,5 2344,9 2129,7

4500 4387,9 1715,2 1494,9 2893,0 2232,6 2130,0

5000 4568,8 1717,9 1517,1 3051,7 2081,1 2110,4

* Воспроизводится с разрешения редколлегии журнала «Успехи химии».

Тенденция к уменьшению величины энтальпии образования в расчете на атом С при увеличении числа атомов по сравнению с С₆₀, видимо, свойственна всему семейству фуллеренов.

В спектре ЯМР ¹³С фуллерена С₇₀ содержится пять сигналов, интенсивность которых подчиняется соотношению 10:10:20:20:10 (рис. 21). Это соотношение характеризует долю энергетически различных атомов С.

Равновесное давление пара фуллерита С ₇₆ описано уравнениями:

ln p (Па) = 24,5 – 22800/T (637 < T < 911 K),

lg p (Па) = 10,94 – 10027/T (637 < T < 1069 K),

что соответствует средней энтальпии сублимации 192 кДж/моль.

Для С₈₄ уравнения записываются в виде:

ln p (Па) = 25,1 – 24300/Т ( 658 < T < 980 K),

lg p (Па) = 10,92 – 10760/Т ( 658 < T < 1190 K),

что отвечает средней энтальпии сублимации 206 кДж/моль.

Сравнение зависимостей давления пара от температуры (рис. 22) показывает, что увеличение размера молекул фуллеренов приводит к заметному снижению давления пара и росту средней энтальпии возгонки от 167 кДж/моль для С₆₀ до 206 кДж/моль для С₈₄.

Результаты расчета зависимостей энтальпий возгонки различных фуллеренов от температуры приведены на рис. 23.

Фуллерен С₆₀ имеет четыре активных в ИК-спектре колебательных полосы. Магнитная восприимчивость С₆₀ невелика (0,35∙10^-9 А∙м²). Фуллерены обладают нелинейно-оптическими свойствами.

Мнение о том, что фуллерены являются идеальной твердой смазкой экспериментально не подтвердилось. Коэффициенты трения пленки С₆₀ на кремнии оказались довольно большими (0,55 – 0,80). Меньшие значения коэффициента (0,25) свойственны сольвату С₆₀·4С₆Н₆ и аналогичным соединениям.

Для сравнения: коэффициент трения дуба по дубу близок к 0,4, железа по латуни – 0,2.