Cấu trúc liên kết

Các sơ đồ Schlegel thường được sử dụng để làm rõ cấu trúc 3D của fullerene vỏ kín, vì các hình chiếu 2D thường không lý tưởng theo nghĩa này. [46]

Theo thuật ngữ toán học, cấu trúc liên kết tổ hợp (nghĩa là các nguyên tử carbon và các liên kết giữa chúng, bỏ qua vị trí và khoảng cách của chúng) của một fullerene vỏ kín với bề mặt trung bình giống hình cầu đơn giản (có thể định hướng, chi 0) một khối đa diện lồi; chính xác hơn, bộ xương một chiều của nó, bao gồm các đỉnh và cạnh của nó. Biểu đồ Schlegel là hình chiếu của bộ xương đó lên một trong các mặt của khối đa diện, thông qua một điểm ngay bên ngoài khuôn mặt đó; để tất cả các đỉnh khác dự án bên trong khuôn mặt đó.

Sơ đồ Schlegel của một fullerene khép kín là một đồ thị đó là phẳng và 3 thường xuyên (hoặc "khối"; nghĩa là tất cả các đỉnh có độ 3.

Một fullerene kín có vỏ giống như hình cầu phải có ít nhất một số chu kỳ là ngũ giác hoặc heptagons. Chính xác hơn, nếu tất cả các mặt có 5 hoặc 6 cạnh, nó xuất phát từ công thức đa diện của Euler, V - E + F = 2 (trong đó V, E, F là số đỉnh, cạnh và mặt), V phải là chẵn và phải có chính xác 12 hình ngũ giác và hình lục giác V / 2−10. Các ràng buộc tương tự tồn tại nếu fullerene có chu kỳ heptagonal (bảy nguyên tử). [47]

Fullerene mở, như ống nano carbon và graphene, có thể bao gồm hoàn toàn các vòng lục giác. Về lý thuyết, một ống nano dài có các đầu được nối để tạo thành một tấm giống hình xuyến kín cũng có thể bao gồm hoàn toàn các hình lục giác.

Liên kết

Vì mỗi nguyên tử carbon chỉ được kết nối với ba nước láng giềng, thay vì bốn nguyên tử thông thường, nên thông thường mô tả các liên kết đó là hỗn hợp của liên kết cộng hóa trị đơn và kép.

Đóng gói

Cái gọi là fullerener endoh thờ có các ion hoặc phân tử nhỏ được kết hợp bên trong các nguyên tử lồng.

Nghiên cứu

Đầu những năm 2000, các tính chất hóa học và vật lý của fullerene là một chủ đề nóng trong lĩnh vực nghiên cứu và phát triển. Khoa học phổ biến đã thảo luận về việc sử dụng fullerenes (graphene) trong áo giáp. [48]

Trong lĩnh vực công nghệ nano, khả năng chịu nhiệt và siêu dẫn là một số tính chất được nghiên cứu nhiều hơn.

Có nhiều tính toán đã được thực hiện bằng phương pháp lượng tử ab-initio áp dụng cho fullerene. Bằng phương pháp DFT và TD-DFT, người ta có thể thu được phổ IR, Raman và UV. Kết quả tính toán như vậy có thể được so sánh với kết quả thí nghiệm.

Fullerene là một chất phản ứng bất thường trong nhiều phản ứng hữu cơ như phản ứng Bingel được phát hiện vào năm 1993.

Độ thơm

Các nhà nghiên cứu đã có thể tăng khả năng phản ứng của fullerene bằng cách gắn các nhóm hoạt động lên bề mặt của chúng. Buckminsterfullerene không triển lãm " superaromaticity ": đó là, các electron trong các vòng lục giác không delocalize trên toàn bộ phân tử.

Một fullerene hình cầu của n nguyên tử carbon có n electron liên kết pi, tự do định vị. Những điều này nên cố gắng tối ưu hóa trên toàn bộ phân tử. Cơ học lượng tử của sự sắp xếp như vậy chỉ giống như một vỏ của cấu trúc cơ học lượng tử nổi tiếng của một nguyên tử, với vỏ được lấp đầy ổn định cho n = 2, 8, 18, 32, 50, 72, 98, 128, v.v.; tức là hai lần một số vuông hoàn hảo; nhưng loạt bài này không bao gồm 60. Quy tắc 2 (N  + 1) 2 này (với số nguyên N) cho độ thơm hình cầu là tương tự ba chiều của quy tắc Hückel. Cation 10+sẽ đáp ứng quy tắc này, và nên thơm. Điều này đã được chứng minh là trường hợp sử dụng mô hình hóa học lượng tử, cho thấy sự tồn tại của dòng điện hình cầu từ tính mạnh trong cation. [49]

Kết quả là C 60 trong nước có xu hướng nhặt thêm hai electron và trở thành anion. Các nC 60 mô tả dưới đây có thể là kết quả của C60 cố gắng hình thành một liên kết kim loại lỏng lẻo.