Карбін, Наука, FANDOM powered by Wikia
Властивості карбину
Карбін являє собою дрібнокристалічний порошок чорного кольору (щільність 1,9-2 г/см³), має напівпровідникові властивості. Отриманий у штучних умовах із довгих ланцюжків атомів вуглецю, покладених паралельно один одному. Карбін - лінійний полімер вуглецю. У молекулі карбину атоми вуглецю з'єднані в ланцюжки послідовно або потрійними і одинарними зв'язками (полієнова будова), або завжди подвійними зв'язками (полікумуленова будова). Цю речовину вперше отримано радянськими хіміками В. В. Коршаком, А. М. Сладковим, В. І. Касаточкіним та Ю. П. Кудрявцевим на початку 60-х рр. н. в Інституті елементоорганічних сполук Академії наук СРСР [1]. Карбін має напівпровідникові властивості, причому під впливом світла його провідність сильно збільшується. На цій властивості засновано перше практичне застосування у фотоелементах.
Зміст
Трохи історії
Карбін — називають ще ВУГЛЕРОД ОЛЕКСІЯ СОЛОДКОВА.
У чистому вигляді вуглець зустрічається у двох формах: у вигляді алмазу і графіту.
1960 року карбін був синтезований радянським хіміком А.М. Солодковим 1922–1982 у стінах Інституту елементоорганічних сполук у Москві названо їмкарбин. Йому було не відомо, що, володіючи унікальними властивостями, ця штучно створена речовина зацікавила весь світ і почалося його практичне використання в різних сферах життєдіяльності людини, наприклад, в медицині та електроніці. У 1968 році американські вчені, А. Ель Горесі та Г. Донней, досліджуючи зразки метеоритного кратера (ФРН, Баварія), демінералізували їх обробкою різними кислотами. У нерозчинному концентраті це був графіт. Вчені виявили в ньому вкраплення невідомої речовини сріблясто-білого кольору -вуглецю. Оптичні властивості речовини абсолютно не були схожі на властивості природного алмазу або штучно отриманої кристалічної модифікації - лонсдейліту. Виявлена речовина виявилася новою алотропною формою вуглецю (“білого вуглецю”), що підтвердило дослідженням його за допомогою рентгенографії. Вчені дійшли висновку, що ця форма угреду утворилася з графіту внаслідок падіння метеориту під впливом високої температури та тиску.
У підтвердженні цього 1985 року, наприклад, було здійснено відкриття великого сімейства сфероподібних вуглецевих молекул, названих фулеренами. Дане відкриття дало новий поштовх дослідженням у всьому світі в галузі вуглецю та його алотропних форм. Авторам чергового відкриття – групі американських учених – принесло 1996 року Нобелівську премію. Чи все це не означає, що, будучи першовідкривачем цих нових форм вуглецевих молекул, український вчений має всі підстави на право претендувати, більше того, отримати за своє видатне відкриття КАРБІНА Нобелівську премію!?
Структура карбину
При використанні високоенергетичних методів досліджень можливий перехід карбину до інших форм вуглецю. При цьому уявлення про структуру карбину тривалий час були недосконалими.
Автори відкриття карбину дійшли моделі його кристалічної структури як сукупності ланцюжків кумуленового чи полиинового типу, упакованих у кристали з допомогою вандерваальсовых сил. Ланцюжки припускали прямолінійними, т.к. кожен атом вуглецю знаходиться у стані sp-гібридизації.
За повної відсутності хімічних міжмолекулярних зшивок між ланцюжками спочатку виходить постульований карбін, тобто. сукупність хімічно не пов'язаних прямолінійних ланцюжків. Томупараметр c кристалічного осередку повинен мати два значення для досліджуваного карбину відповідно – 2,9 та 1,3. Реальні значення цього параметра змінювалися від 7,68 до 15,36 . Солодков дійшов висновку про безліч карбінових форм вуглецю, про існування значної частини регулярних вуглецевих полімерів.
Види алотропії вуглецю
Ця невідповідність була усунена Р.Хайманном, який припустив, що всередині ланцюжків є зигзаги, причому кути цих зигзагів дорівнюють 120 °, а відстані між ними (довжина прямої частини ланцюжка) визначаються статистично. Зигзаги в ланцюжках завершують період ідентичності в кристалі. Швидше за все, в реальних об'єктах окремі вуглецеві ланцюжки пошиті один з одним, причому зшивки розташовані з певною частотою та періодичністю і довжина лінійних фрагментів різна.
В даний час встановлено, що структуру карбину дійсно утворюють атоми вуглецю, зібрані в ланцюжки подвійними зв'язками (-карбін) або одинарними і потрійними зв'язками (-карбін), що чергуються. Полімерні ланцюжки мають хімічно активні кінці (несуть локалізований негативний заряд) і мають вигини з ланцюжковими вакансіями, де ланцюжки з'єднуються між собою за рахунок перекривання -орбіталей атомів вуглецю (Рис.2 зигзагоподібна будова вуглецевих ланцюжків - і -карбіні).
Важливе значення для утворення зшивок має присутність домішок металів, як Fe, K. Доказом присутності зигзагів у лінійному вуглецевому ланцюжку було отримано в теоретичній роботі Коршака: результати його розрахунку добре узгоджуються з експериментальним ІЧ-спектром карбину.
В результаті подальших досліджень структури кристалічного карбину було запропоновано модель елементарного його осередку. Відповідно до цієї моделі елементарний осередок карбинускладена паралельними ланцюжками вуглецю, які мають зигзаги і в результаті чого осередок стає двошаровим. Товщина одного шару ланцюжка складається із шести атомів вуглецю. У нижньому шарі ланцюжка атоми щільно упаковані і розташовані в центрі і по кутах гексагону, у той час як у верхньому шарі центральний ланцюжок відсутній, а в вакансії можуть розташовуватися атоми домішки. Це можуть бути каталізатори кристалізації карбину. Така модель дає підстави для розкриття феномена карбину, і навіть пояснює, який конфігурації може стабілізуватися у разі нестійка сукупність лінійних ланцюжків вуглецю. [4]