Η μοριακή μορφή του άνθρακα ή η αλλοτροπική του τροποποίηση, το φουλερένιο, είναι μια μακρά σειρά ατομικών συστάδων C n (n > 20), τα οποία είναι κυρτά κλειστά πολύεδρα, κατασκευασμένα από άτομα άνθρακα και έχουν πενταγωνικές ή εξαγωνικές όψεις (υπάρχουν πολύ σπάνιες εξαιρέσεις εδώ ). Τα άτομα άνθρακα στα μη υποκατεστημένα φουλλερένια τείνουν να βρίσκονται σε υβριδική κατάσταση sp 2 με αριθμό συντονισμού 3. Με αυτόν τον τρόπο, σχηματίζεται ένα σφαιρικό συζευγμένο ακόρεστο σύστημα σύμφωνα με τη θεωρία των δεσμών σθένους.

Γενική περιγραφή

Η πιο θερμοδυναμικά σταθερή μορφή άνθρακα υπό κανονικές συνθήκες είναι ο γραφίτης, ο οποίος μοιάζει με μια στοίβα φύλλων γραφενίου που ελάχιστα συνδέονται μεταξύ τους: επίπεδα πλέγματα που αποτελούνται από εξαγωνικά στοιχεία με άτομα άνθρακα στην κορυφή. Καθένα από αυτά είναι συνδεδεμένο με τρία γειτονικά άτομα και το τέταρτο ηλεκτρόνιο σθένους σχηματίζει ένα σύστημα pi. Αυτό σημαίνει ότι το φουλερένιο είναι ακριβώς μια τέτοια μοριακή μορφή, δηλαδή, η εικόνα της υβριδικής κατάστασης sp 2 είναι προφανής. Εάν εισαχθούν γεωμετρικά ελαττώματα σε ένα φύλλο γραφενίου, αναπόφευκτα θα σχηματιστεί μια κλειστή δομή. Για παράδειγμα, τέτοια ελαττώματα είναι οι πενταμελείς κύκλοι (πενταγωνικές όψεις), οι οποίοι είναι εξίσου συνηθισμένοι μαζί με τους εξαγωνικούς στη χημεία του άνθρακα.

Φύση και τεχνολογία

Η λήψη φουλερενίων στην καθαρή τους μορφή είναι δυνατή μέσω τεχνητής σύνθεσης. Αυτές οι ενώσεις συνεχίζουν να μελετώνται εντατικά διαφορετικές χώρες, καθορίζοντας τις συνθήκες κάτω από τις οποίες συμβαίνει ο σχηματισμός τους, και επίσης εξετάζει τη δομή των φουλλερενίων και τις ιδιότητές τους. Το πεδίο εφαρμογής τους διευρύνεται ολοένα και περισσότερο. Αποδείχθηκε ότι σημαντική ποσότητα φουλερενίων περιέχεται στην αιθάλη, η οποία σχηματίζεται σε ηλεκτρόδια γραφίτη σε εκκένωση τόξου. Κανείς δεν είχε δει αυτό το γεγονός πριν.

Όταν ελήφθησαν τα φουλερένια στο εργαστήριο, μόρια άνθρακα άρχισαν να βρίσκονται στη φύση. Στην Καρελία βρέθηκαν σε δείγματα σουνγκιτών, στην Ινδία και στις ΗΠΑ - σε φουρουλγίτες. Τα μόρια άνθρακα είναι επίσης άφθονα και κοινά σε μετεωρίτες και ιζήματα στον πυθμένα, τα οποία είναι τουλάχιστον εξήντα πέντε εκατομμυρίων ετών. Στη Γη, τα καθαρά φουλερένια μπορούν να σχηματιστούν κατά τη διάρκεια μιας αστραπής εκκένωσης και κατά την καύση φυσικού αερίου. που καταλήφθηκαν στη Μεσόγειο Θάλασσα μελετήθηκαν το 2011 και αποδείχθηκε ότι το φουλερένιο υπήρχε σε όλα τα δείγματα που ελήφθησαν - από την Κωνσταντινούπολη έως τη Βαρκελώνη. Οι φυσικές ιδιότητες αυτής της ουσίας προκαλούν αυθόρμητο σχηματισμό. Επίσης, τεράστιες ποσότητες του έχουν ανακαλυφθεί στο διάστημα - τόσο σε αέρια όσο και σε στερεή μορφή.

Σύνθεση

Τα πρώτα πειράματα στην απομόνωση των φουλερενίων πραγματοποιήθηκαν μέσω συμπυκνωμένων ατμών γραφίτη, οι οποίοι ελήφθησαν με ακτινοβολία λέιζερ δειγμάτων στερεού γραφίτη. Ήταν δυνατό να ληφθούν μόνο ίχνη φουλερενίων. Μόλις το 1990 οι χημικοί Huffman, Lamb και Kretschmer ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο για την εξαγωγή φουλερενίων σε ποσότητες γραμμαρίων. Αφορούσε την καύση ηλεκτροδίων γραφίτη με ηλεκτρικό τόξο σε ατμόσφαιρα ηλίου και σε χαμηλή πίεση. Η άνοδος διαβρώθηκε και στα τοιχώματα του θαλάμου εμφανίστηκε αιθάλη που περιείχε φουλερένια.

Στη συνέχεια, η αιθάλη διαλύθηκε σε τολουόλιο ή βενζόλιο και γραμμάρια καθαρών μορίων C70 και C60 απελευθερώθηκαν στο προκύπτον διάλυμα. Αναλογία - 1:3. Επιπλέον, το διάλυμα περιείχε δύο τοις εκατό βαρέων φουλερενίων υψηλότερης τάξης. Τώρα το μόνο που έμενε να κάνουμε ήταν να επιλέξουμε βέλτιστες παραμέτρουςγια εξάτμιση - ατμοσφαιρική σύνθεση, πίεση, διάμετρος ηλεκτροδίου, ρεύμα και ούτω καθεξής, προκειμένου να επιτευχθεί η υψηλότερη απόδοση φουλερενίων. Αποτελούσαν περίπου το δώδεκα τοις εκατό του ίδιου του υλικού ανόδου. Αυτός είναι ο λόγος που τα φουλερένια είναι τόσο ακριβά.

Παραγωγή

Όλες οι προσπάθειες των επιστημονικών πειραματιστών στην αρχή ήταν μάταιες: παραγωγικές και φθηνές μέθοδοι για την παραγωγή φουλερενίων δεν βρέθηκαν. Ούτε η καύση υδρογονανθράκων σε φλόγα ούτε η χημική σύνθεση οδήγησαν σε επιτυχία. Η μέθοδος του ηλεκτρικού τόξου παρέμεινε η πιο παραγωγική, καθιστώντας δυνατή τη λήψη περίπου ενός γραμμαρίου φουλερενίων ανά ώρα. Η Mitsubishi έχει καθιερώσει τη βιομηχανική παραγωγή με την καύση υδρογονανθράκων, αλλά τα φουλερένια τους δεν είναι καθαρά - περιέχουν μόρια οξυγόνου. Και ο μηχανισμός σχηματισμού αυτής της ουσίας παραμένει ακόμα ασαφής, επειδή οι διαδικασίες καύσης τόξου είναι εξαιρετικά ασταθείς από θερμοδυναμική άποψη, και αυτό εμποδίζει πολύ την εξέταση της θεωρίας. Τα μόνα αδιαμφισβήτητα στοιχεία είναι ότι το φουλερένιο συλλέγει μεμονωμένα άτομα άνθρακα, δηλαδή θραύσματα C 2. Ωστόσο, δεν έχει σχηματιστεί μια σαφής εικόνα του σχηματισμού αυτής της ουσίας.

Το υψηλό κόστος των φουλερενίων καθορίζεται όχι μόνο από τη χαμηλή απόδοση κατά την καύση. Απομόνωση, καθαρισμός, διαχωρισμός φουλλερενίων διαφορετικών μαζών από αιθάλη - όλες αυτές οι διαδικασίες είναι αρκετά περίπλοκες. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για τον διαχωρισμό του μείγματος σε ξεχωριστά μοριακά κλάσματα, ο οποίος πραγματοποιείται με τη χρήση υγρής χρωματογραφίας σε στήλες και υψηλής πίεσης. Επί τελευταίο στάδιοΤα υπολείμματα διαλύτη αφαιρούνται από το ήδη στερεό φουλερένιο. Για να γίνει αυτό, το δείγμα διατηρείται υπό συνθήκες δυναμικού κενού σε θερμοκρασίες έως διακόσιους πενήντα βαθμούς. Αλλά το πλεονέκτημα είναι ότι κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης του φουλερενίου C 60 και της παραγωγής του σε μακροοικονομικές ποσότητες, η οργανική χημεία απέκτησε έναν ανεξάρτητο κλάδο - τη χημεία των φουλερενίων, η οποία έγινε απίστευτα δημοφιλής.

Οφελος

Τα παράγωγα φουλερενίου χρησιμοποιούνται σε διάφορους τομείς της τεχνολογίας. Οι μεμβράνες και οι κρύσταλλοι φουλερενίου είναι ημιαγωγοί που παρουσιάζουν φωτοαγωγιμότητα υπό οπτική ακτινοβολία. Οι κρύσταλλοι C60, εάν εμποτιστούν με άτομα αλκαλιμετάλλου, περνούν σε κατάσταση υπεραγωγιμότητας. Τα διαλύματα φουλερενίου έχουν μη γραμμικές οπτικές ιδιότητες και επομένως μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως βάση για οπτικά παραθυρόφυλλα, τα οποία είναι απαραίτητα για την προστασία από την έντονη ακτινοβολία. Το φουλερένιο χρησιμοποιείται επίσης ως καταλύτης για τη σύνθεση διαμαντιών. Τα φουλερένια χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιολογία και την ιατρική. Υπάρχουν τρεις ιδιότητες αυτών των μορίων που λειτουργούν: λιποφιλικότητα, η οποία καθορίζει τη μεμβρανοτροπικότητα, ανεπάρκεια ηλεκτρονίων, η οποία δίνει την ικανότητα αλληλεπίδρασης με τις ελεύθερες ρίζες, καθώς και την ικανότητα να μεταφέρουν τη δική τους διεγερμένη κατάσταση στο συνηθισμένο μόριο οξυγόνου και να μετατρέπουν αυτό το οξυγόνο σε αθλητική φανέλλα.

Τέτοιες δραστικές μορφές της ουσίας επιτίθενται στα βιομόρια: νουκλεϊκά οξέα, πρωτεΐνες, λιπίδια. Τα αντιδραστικά είδη οξυγόνου χρησιμοποιούνται στη φωτοδυναμική θεραπεία για τη θεραπεία του καρκίνου. Φωτοευαισθητοποιητές εισάγονται στο αίμα του ασθενούς, δημιουργώντας δραστικά είδη οξυγόνου - τα ίδια τα φουλερένια ή τα παράγωγά τους. Η ροή του αίματος στον όγκο είναι πιο αδύναμη από ότι στους υγιείς ιστούς, και ως εκ τούτου συσσωρεύονται φωτοευαισθητοποιητές σε αυτόν και μετά από στοχευμένη ακτινοβολία, τα μόρια διεγείρονται, δημιουργώντας αντιδραστικά είδη οξυγόνου. Τα καρκινικά κύτταρα υφίστανται απόπτωση και ο όγκος καταστρέφεται. Επιπλέον, τα φουλερένια έχουν αντιοξειδωτικές ιδιότητες και παγιδεύουν αντιδραστικά είδη οξυγόνου.

Το φουλερένιο μειώνει τη δραστηριότητα της ιντεγκράσης του HIV, μιας πρωτεΐνης που είναι υπεύθυνη για την ενσωμάτωση του ιού στο DNA, την αλληλεπίδραση με αυτόν, την αλλαγή της διαμόρφωσής του και τη στέρηση της κύριας επιβλαβούς λειτουργίας του. Μερικά από τα παράγωγα φουλλερενίου αλληλεπιδρούν άμεσα με το DNA και παρεμβαίνουν στη δράση των ρεστικτασών.

Περισσότερα για την ιατρική

Το 2007, τα υδατοδιαλυτά φουλερένια άρχισαν να χρησιμοποιούνται για χρήση ως αντιαλλεργικοί παράγοντες. Οι μελέτες πραγματοποιήθηκαν σε ανθρώπινα κύτταρα και αίμα που εκτέθηκαν σε παράγωγα φουλερενίου - C60(NEt)x και C60(OH)x. Σε πειράματα σε ζωντανούς οργανισμούς - ποντίκια - τα αποτελέσματα ήταν θετικά.

Ήδη τώρα, αυτή η ουσία χρησιμοποιείται ως φορέας χορήγησης φαρμάκων, αφού το νερό με φουλερένια (θυμηθείτε την υδροφοβικότητα του C 60) διεισδύει πολύ εύκολα στην κυτταρική μεμβράνη. Για παράδειγμα, η ερυθροποιητίνη, που εισάγεται απευθείας στο αίμα, αποικοδομείται σε σημαντικές ποσότητες και εάν χρησιμοποιηθεί μαζί με φουλερένια, η συγκέντρωση υπερδιπλασιάζεται και επομένως εισέρχεται στο κύτταρο.

Το φουλερένιο είναι μια μοριακή ένωση που ανήκει στην κατηγορία των αλλοτροπικών μορφών άνθρακα και είναι ένα κυρτό κλειστό πολύεδρο που αποτελείται από ζυγό αριθμό τρισυντεταγμένων ατόμων άνθρακα. Η μοναδική δομή των φουλερενίων καθορίζει τις μοναδικές φυσικές και χημικές τους ιδιότητες.

Άλλες μορφές άνθρακα: γραφένιο, καρβίνιο, διαμάντι, φουλερένιο, νανοσωλήνες άνθρακα, "μουστάκια".

Περιγραφή και δομή του φουλερενίου:

Το φουλερένιο, το buckyball ή το buckyball είναι μια μοριακή ένωση που ανήκει στην κατηγορία των αλλοτροπικών μορφών άνθρακαςκαι αντιπροσωπεύει κυρτά κλειστά πολύεδρα, που αποτελούνται από ζυγό αριθμό τρισυντεταγμένων ατόμων άνθρακα.

Τα Φουλερένια πήραν το όνομά τους από τον μηχανικό και αρχιτέκτονα Richard Buckminster Fuller, ο οποίος ανέπτυξε και κατασκεύασε τη χωρική δομή ενός «γεωδαιτικού θόλου», που είναι ένα ημισφαίριο συναρμολογημένο από τετράεδρα. Αυτό το σχέδιο έφερε στον Fuller διεθνή αναγνώριση και φήμη. Σήμερα, με βάση τις εξελίξεις του, αναπτύσσονται και χτίζονται κατοικίες με τρούλο. Το Fullerene στη δομή και το σχήμα του μοιάζει με τα υποδεικνυόμενα σχέδια του Richard Buckminster Fuller.

Η μοναδική δομή των φουλερενίων καθορίζει τις μοναδικές φυσικές και χημικές τους ιδιότητες. Σε συνδυασμό με άλλες ουσίες, καθιστούν δυνατή την απόκτηση υλικών με θεμελιωδώς νέες ιδιότητες.

Σε μόρια φουλερενίου, άτομα άνθρακαςπου βρίσκεται στις κορυφές των εξαγώνων και των πενταγώνων που αποτελούν την επιφάνεια της σφαίρας ή του ελλειψοειδούς. Ο πιο συμμετρικός και πιο πλήρως μελετημένος εκπρόσωπος της οικογένειας του φουλλερενίου είναι το φουλλερένιο (C 60), στο οποίο τα άτομα άνθρακα σχηματίζουν ένα κολοβωμένο εικοσάεδρο που αποτελείται από 20 εξάγωνακαι 12 πεντάγωνα και μοιάζουν με μπάλα ποδοσφαίρου (σαν ιδανικό σχήμα, εξαιρετικά σπάνιο στη φύση).

Το επόμενο πιο κοινό είναι το φουλερένιο C 70, το οποίο διαφέρει από το φουλερένιο C 60 με την εισαγωγή μιας ζώνης 10 ατόμων άνθρακαςστην ισημερινή περιοχή του C 60, ως αποτέλεσμα του οποίου το μόριο φουλερενίου C 60 επιμηκύνεται και μοιάζει σε σχήμα μπάλας ράγκμπι.

Τα λεγόμενα ανώτερα φουλερένια, που περιέχουν μεγαλύτερο αριθμό ατόμων άνθρακα (μέχρι 400 ή περισσότερα), σχηματίζονται σε πολύ μικρότερες ποσότητες και συχνά έχουν μια μάλλον πολύπλοκη ισομερή σύνθεση. Μεταξύ των πιο μελετημένων ανώτερων φουλερενίων μπορούμε να επισημάνουμε το C n, Πού n= 74, 76, 78, 80, 82 και 84.

Η σύνδεση μεταξύ των κορυφών, των ακμών και των επιφανειών ενός φουλερενίου μπορεί να εκφραστεί με έναν μαθηματικό τύπο σύμφωνα με το θεώρημα του Euler για τα πολύεδρα:

B – P + G = 2,

όπου B είναι ο αριθμός των κορυφών ενός κυρτού πολυέδρου, P είναι ο αριθμός των ακμών του και Г ο αριθμός των όψεων.

Απαραίτητη προϋπόθεση για την ύπαρξη ενός κυρτού πολυέδρου σύμφωνα με το θεώρημα του Euler (και, κατά συνέπεια, η ύπαρξη φουλλερενίου με συγκεκριμένη δομή και σχήμα) είναι η παρουσία ακριβώς 12 πενταγωνικών όψεων και Β. /2 – 10 πρόσωπα.

Η πιθανότητα ύπαρξης φουλλερενίων προβλέφθηκε από Ιάπωνες επιστήμονες το 1971 και μια θεωρητική αιτιολόγηση έγινε από Σοβιετικούς επιστήμονες το 1973. Το Fullerene συντέθηκε για πρώτη φορά το 1985 στις ΗΠΑ.

Σχεδόν όλο το φουλερένιο λαμβάνεται τεχνητά. Στη φύση βρίσκεται σε πολύ μικρές ποσότητες. Σχηματίζεται κατά την καύση φυσικού αερίου και την εκκένωση κεραυνών και βρίσκεται επίσης σε πολύ μικρές ποσότητες σε σουνγκίτες, φουλγουρίτες, μετεωρίτες και ιζήματα βυθού, των οποίων η ηλικία φτάνει τα 65 εκατομμύρια χρόνια.

Ενώσεις φουλερενίου:

Το φουλερένιο συνδυάζεται εύκολα με άλλα χημικά στοιχεία. Επί του παρόντος, περισσότερες από 3 χιλιάδες νέες και παράγωγες ενώσεις έχουν ήδη συντεθεί με βάση τα φουλερένια.

Εάν η σύνθεση ενός μορίου φουλλερενίου, εκτός από τα άτομα άνθρακα, περιλαμβάνει άτομα άλλων χημικών στοιχείων, τότε εάν τα άτομα άλλων χημικών στοιχείων βρίσκονται μέσα στο πλαίσιο άνθρακα, τέτοια φουλλερένια ονομάζονται ενδοεδρικά, εάν είναι έξω - εξωεδρικά.

Πλεονεκτήματα και ιδιότητες του φουλερενίου:

– τα υλικά που χρησιμοποιούν φουλερένια έχουν αυξημένη αντοχή, αντοχή στη φθορά, θερμική και χημική σταθερότητα και μειωμένη τριβή,

– οι μηχανικές ιδιότητες των φουλερενίων τους επιτρέπουν να χρησιμοποιούνται ως ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό στερεό λιπαντικό κατά της τριβής. Στις επιφάνειες των αντισωμάτων σχηματίζουν μια προστατευτική μεμβράνη φουλλερενίου-πολυμερούς πάχους δεκάδων και εκατοντάδων νανόμετρων, η οποία προστατεύει από τη θερμική και οξειδωτική καταστροφή, αυξάνει τη διάρκεια ζωής των μονάδων τριβής σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης κατά 3-8 φορές, αυξάνει τη θερμική σταθερότητα των λιπαντικών στους 400-500 °C και οι μονάδες τριβής φέρουσας ικανότητας κατά 2-3 φορές, επεκτείνει το εύρος πίεσης εργασίας των μονάδων τριβής κατά 1,5-2 φορές, μειώνει το χρόνο λειτουργίας των σωμάτων μετρητών,

– τα φουλερένια είναι ικανά να πολυμερίζουν και να σχηματίζουν λεπτές μεμβράνες,

– απότομη μείωση της διαφάνειας ενός διαλύματος φουλλερενίου όταν η ένταση της οπτικής ακτινοβολίας υπερβαίνει μια ορισμένη κρίσιμη τιμή λόγω μη γραμμικών οπτικών ιδιοτήτων,

– τη δυνατότητα χρήσης φουλερενίων ως βάσης για μη γραμμικές οπτικές πύλες που χρησιμοποιούνται για την προστασία των οπτικών συσκευών από έντονη οπτική ακτινοβολία,

– τα φουλερένια έχουν την ικανότητα να παρουσιάζουν τις ιδιότητες ενός αντιοξειδωτικού ή οξειδωτικού παράγοντα. Ως αντιοξειδωτικάυπερβαίνουν την επίδραση όλων των γνωστών αντιοξειδωτικών κατά 100 - 1000 φορές. Πειράματα διεξήχθησαν σε αρουραίους που έλαβαν φουλλερένια σε ελαιόλαδο. Ταυτόχρονα, οι αρουραίοι έζησαν δύο φορές περισσότερο από ό,τι συνήθως και, επιπλέον, επέδειξαν αυξημένη αντοχή στις επιδράσεις των τοξικών παραγόντων,

– είναι ημιαγωγός με διάκενο ζώνης ~1,5 eVκαι οι ιδιότητές του είναι από πολλές απόψεις παρόμοιες με εκείνες άλλων ημιαγωγών,

– Τα φουλλερένια C60, δρώντας ως συνδέτης, αλληλεπιδρούν με αλκάλια και ορισμένα άλλα μέταλλα. Στην περίπτωση αυτή σχηματίζονται σύνθετες ενώσεις της σύνθεσης Me 3 C60, οι οποίες έχουν ιδιότητες υπεραγωγών.

Ιδιότητες του μορίου φουλλερενίου*:

* σε σχέση με το φουλερένιο C60.

Παρασκευή φουλερενίων:

Οι κύριες μέθοδοι για τη λήψη φουλερενίων είναι:

– καύση ηλεκτροδίων γραφίτη σε ηλεκτρικό τόξο σε ατμόσφαιρα ηλίου σε χαμηλές πιέσεις,

– καύση υδρογονανθράκων σε φλόγα.

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι είναι ιδιαίτερα δύσκολο όχι μόνο να ληφθούν φουλλερένια από μόνα τους (η απόδοσή τους με τη μορφή αιθάλης είναι εξαιρετικά χαμηλή), αλλά και στη συνέχεια να απομονωθούν, να καθαριστούν και να διαχωριστούν τα φουλερένια σε κατηγορίες από την αιθάλη.

Το 1985, ανακαλύφθηκε ένα μόριο αποτελούμενο από 60 άτομα άνθρακα, διατεταγμένα σαν ποδόσφαιρο - ένα φουλερένιο, που πήρε το όνομά του από τον μηχανικό Richard Fuller, ο οποίος έγινε διάσημος για σχέδια αυτού του συγκεκριμένου σχήματος. Εκτός από το εκπληκτικά συμμετρικό του σχήμα, αυτό το μόριο, που είναι η τρίτη (μετά το διαμάντι και τον γραφίτη) αλλοτροπική μορφή άνθρακα, έχει αποδειχθεί ότι είναι κάτι σαν φιλοσοφική πέτρα των αλχημιστών.

Μέχρι πρόσφατα, δεν έπαψε ποτέ να εκπλήσσει τους επιστήμονες με την εξαιρετικά χαμηλή τοξικότητά του (ειδικά σε σύγκριση με νανοσωλήνες που έχουν παρόμοια δομή) και άλλες εκπληκτικές ιδιότητες. Οι μηχανισμοί αλληλεπίδρασης των φουλερενίων με τα κύτταρα δεν είναι ακόμη σαφείς, αλλά το αποτέλεσμα μπορεί πραγματικά να ονομαστεί μαγικό.

Αυτή δεν είναι μια πλήρης λίστα με εκείνα τα ακίνητα που ενδιαφέρουν γιατρούς και βιολόγους. Το φουλερένιο και τα παράγωγά του μπορούν να χρησιμοποιηθούν:

• για την προστασία του σώματος από την ακτινοβολία και την υπεριώδη ακτινοβολία.
• για προστασία από ιούς και βακτήρια.
• για προστασία από αλλεργίες. Έτσι, σε πειράματα in vivo, η χορήγηση παραγώγων φουλερενίου αναστέλλει την αναφυλαξία σε ποντίκια και δεν παρατηρείται τοξική επίδραση.
• ως ουσία που διεγείρει το ανοσοποιητικό σύστημα.
• ως ισχυρό αντιοξειδωτικό γιατί είναι ενεργός καθαριστής ριζών. Η αντιοξειδωτική δράση του φουλερενίου είναι συγκρίσιμη με την επίδραση των αντιοξειδωτικών της κατηγορίας SkQ ("ιόντα Skulachev") και είναι 100-1000 φορές μεγαλύτερη από την επίδραση των συμβατικών αντιοξειδωτικών, όπως βιταμίνη Ε, βουτυλιωμένο υδροξυτολουόλιο, β-καροτίνη.
• ως φάρμακα για την καταπολέμηση του καρκίνου·
• για την αναστολή της αγγειογένεσης.
• για την προστασία του εγκεφάλου από το αλκοόλ.
• για την τόνωση της ανάπτυξης των νεύρων.
• για την τόνωση των διαδικασιών αναγέννησης του δέρματος. Έτσι, το φουλερένιο είναι ένα σημαντικό συστατικό των καλλυντικών αντιγηραντικών προϊόντων GRS και CEFINE.
• για την τόνωση της ανάπτυξης των μαλλιών?
• ως φάρμακο με αντιαμυλοειδές δράση.

Επιπλέον, το φουλερένιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παροχή διαφόρων φαρμακευτικών ουσιών στα κύτταρα και τη μη ιική παράδοση γενετικών φορέων στον κυτταρικό πυρήνα.

Φαίνεται ότι δεν υπάρχει πουθενά αλλού να επεκταθεί αυτή η λίστα, αλλά πρόσφατα αναπληρώθηκε με μια άλλη, ίσως την πιο εκπληκτική και ακατανόητη, ποιότητα φουλερενίου C60. Όταν μελέτησαν την τοξικότητα του φουλλερενίου C60 διαλυμένου στο ελαιόλαδο, Γάλλοι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι αρουραίοι που λαμβάνουν τακτικά διάλυμα φουλερενίου C60 ζουν περισσότερο από εκείνους στους οποίους χορηγήθηκε απλώς ελαιόλαδοή μια τακτική διατροφή. (Μια σύντομη αφήγηση μπορείτε να διαβάσετε στο άρθρο «Ελαιόλαδο με φουλερένια – το ελιξίριο της νεότητας;» - VM.)

Η διάλυση σε λάδι αυξάνει δραματικά την αποτελεσματικότητα του φουλερενίου C60, καθώς τα μεγάλα συσσωματώματα του (16 ή περισσότερα μόρια) δεν μπορούν να διεισδύσουν στα κύτταρα.

Ταυτόχρονα, το προσδόκιμο ζωής αυξήθηκε όχι μόνο κατά 20-30%, όπως σε πειράματα με τα καλύτερα «φάρμακα για τα γηρατειά» (όπως η ρεσβερατρόλη ή η ραπαμυκίνη), αλλά όχι λιγότερο από δύο φορές! Τα μισά από τα ζώα που έλαβαν φουλερένιο έζησαν έως και 60 μήνες (ο γηραιότερος αρουραίος έζησε έως και 5,5 χρόνια). Επιπλέον, στην ομάδα ελέγχου (με κανονική δίαιτα), το προσδόκιμο ζωής του 50% των ζώων ήταν 30 μήνες και το γηραιότερο έζησε μόνο μέχρι 37 μήνες. Τα ζώα που έλαβαν ελαιόλαδο χωρίς φουλερένιο έζησαν ελαφρώς περισσότερο - το 50% από αυτά έζησε έως 40 μήνες και ο γηραιότερος αρουραίος έζησε έως 58 μήνες.

Διάγραμμα επιβίωσης αρουραίων που τρέφονται: κανονική δίαιτα (μπλε γραμμή), εκτός από τη δίαιτα, ελαιόλαδο (κόκκινο) και ελαιόλαδο με διαλυμένο σε αυτό φουλερένιο C60 (μαύρη γραμμή). Σχέδιο από .

Οι συγγραφείς του άρθρου αποδίδουν τη ζωογόνο δράση του φουλερενίου C60 στις αντιοξειδωτικές του ιδιότητες. Ωστόσο, είναι πιθανό να σχετίζεται με την ικανότητα του φουλερενίου C60 να αλληλεπιδρά με τη βιταμίνη Α. Είναι γνωστό ότι τα ρετινοειδή (τα οποία περιλαμβάνουν βιταμίνη Α) παίζουν σημαντικό ρόλο στην έκφραση βασικών γονιδίων του ανοσοποιητικού συστήματος και ότι η τοπική σύνθεση ρετινοειδών φαίνεται να παίζει βασικό ρόλο στη ρύθμιση της εμβρυογένεσης και της αναγέννησης.

Δυστυχώς, αυτά τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε μικρές ομάδες ζώων και ως εκ τούτου απαιτούν προσεκτική επαλήθευση. Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι το καθαρισμένο φουλερένιο C60, που παράγεται στη Ρωσία, κοστίζει μόνο περίπου 1.800 ρούβλια ανά γραμμάριο, η επανάληψη αυτών των πειραμάτων και η αποσαφήνιση της δοσολογίας και της διάρκειας της "θεραπείας" δεν είναι τόσο δύσκολη. Κάτι άλλο είναι πιο δύσκολο. Αυτή η «θεραπεία γήρανσης» θα είναι εξίσου αποτελεσματική για τους ανθρώπους; Εξάλλου, οι άνθρωποι δεν είναι αρουραίοι και υπάρχουν δεκάδες παραδείγματα για το πώς ένα φάρμακο που λειτουργεί πολύ αποτελεσματικά σε πειράματα σε ποντίκια αποδείχθηκε εντελώς άχρηστο (αν όχι επιβλαβές!) όταν οι δοκιμές μπήκαν στην κλινική. Λοιπόν, ο χρόνος θα δείξει. Θα ήταν επίσης ενδιαφέρον να συγκρίνουμε τη δραστηριότητα παράτασης της ζωής του φουλερενίου C60 με τα πολυάριθμα υδατοδιαλυτά ανάλογα του που συντέθηκαν πρόσφατα στη Ρωσία.

Γράφτηκε με βάση το αρχικό άρθρο.

Λογοτεχνία

1. A.V. Eletsky, Β.Μ. Smirnov. (1993). Φουλερένια. UFN 163 (Αρ. 2), 33–60;
2. Mori Τ. et al. (2006). Προκλινικές μελέτες για την ασφάλεια του φουλερενίου κατά την οξεία από του στόματος χορήγηση και αξιολόγηση για μη μεταλλαξιγένεση. Toxicology 225, 48–54;
3. Szwarc H, Moussa F. (2011). Τοξικότητα του 60φουλλερενίου: σύγχυση στην επιστημονική βιβλιογραφία. J. Nanosci. Κάτοικος της Λατβίας. 1, 61–62;
4. biomolecule: «Το αόρατο σύνορο: όπου συγκρούονται το «nano» και το «bio»».
5. Marega R., Giust D., Kremer A., ​​​​Bonifazi D. (2012). Υπερμοριακή Χημεία Φουλερενίων και Νανοσωλήνων άνθρακα σε Διεπαφές: Προς Εφαρμογές. Supramolecular Chemistry of Fullerenes and Carbon Nanotubes (eds N. Martin and J.-F. Nierengarten), Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, Γερμανία;
6. Piotrovsky L.B. (2010). Η νανοϊατρική ως μέρος της νανοτεχνολογίας. Δελτίο της Ρωσικής Ακαδημίας Ιατρικών Επιστημών 3, 41–46;
7. Theriot C. A., Casey R. C., Moore V. C., Mitchell L., Reynolds J. O., Burgoyne Μ., et al. (2010). Το δενδροφουλλερένιο DF-1 παρέχει ραδιοπροστασία σε ραδιοευαίσθητα κύτταρα θηλαστικών. Ακτινοβολία. Περιβάλλω. Biophys. 49, 437-445;
8. Andrievsky G.V., Bruskov V.I., Tykhomyrov A.A., Gudkov S.V. (2009). Ιδιαιτερότητες των αντιοξειδωτικών και ραδιοπροστατευτικών επιδράσεων των ενυδατωμένων νανοδομών φουλλερενίου C60 in vitro και in vivo. Free Radic. Biol. Med. 47, 786–793;
9. Mashino Τ., Shimotohno Κ., Ikegami Ν., et al. (2005). Δραστηριότητες αναστολής RNA πολυμεράσης RNA-εξαρτώμενης από τον ιό της ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας-ανάστροφης μεταγραφάσης του ιού της ηπατίτιδας C των παραγώγων φουλερενίου. Bioorg. Med. Chem. Κάτοικος της Λατβίας. 15, 1107–1109;
10. Lu Z. S., Dai Τ. Η., Huang L. Y., et al. (2010). Φωτοδυναμική θεραπεία με κατιονικά λειτουργικά ποντίκια φουλλερίνης διάσωσης από θανατηφόρες μολύνσεις πληγών. Nanomedicine 5, 1525–1533;
11. John J.R., Bateman H.R., Stover A., ​​Gomez G., Norton S.K., Zhao W., et al. (2007). Τα νανοϋλικά φουλερενίου αναστέλλουν την αλλεργική απόκριση. J. Immunol. 179, 665–672;
12. Xu Y.Y., Zhu J.D., Xiang Κ., Li Y.K., Sun R.H., Ma J., et al. (2011). Σύνθεση και ανοσοτροποποιητική δράση συζεύξεων 60 φουλερενίου-τουφτσίνης. Biomaterials 32, 9940–9949;
13. Gharbi Ν., Pressac Μ., Hadchouel Μ. et αϊ. (2005). Το φουλερένιο είναι ένα ισχυρό αντιοξειδωτικό in vivo χωρίς οξεία ή υποξεία τοξικότητα. Nano Lett. 5, 2578-2585;
14. Chen Z., Ma L., Liu Y., Chen C. (2012). Εφαρμογές λειτουργικοποιημένων φουλερενίων στη θεραπεία όγκων. Theranostics 2, 238–250;
15. Jiao F., Liu Y., Qu Y. et al. (2010). Μελέτες για τις αντικαρκινικές και αντιμεταστατικές δραστηριότητες της φουλερενόλης σε μοντέλο καρκίνου μαστού ποντικού. Carbon 48, 2231-2243;
16. Meng Η., Xing G. Μ., Sun Β. Υ., Zhao F., Lei Η., Li W., et al. (2010). Ισχυρή αναστολή αγγειογένεσης από τη σωματιδιακή μορφή παραγώγων φουλερενίου. ACS Nano, 4, 2773–2783;
17. Tykhomyrov A.A., Nedzvetsky V.S., Klochkov V.K., Andrievsky G.V. (2008). Οι νανοδομές του ενυδατωμένου φουλερενίου C60 (C60HyFn) προστατεύουν τον εγκέφαλο του αρουραίου από την επίδραση του αλκοόλ και μειώνουν τις διαταραχές συμπεριφοράς των αλκοολισμένων ζώων. Toxicology 246, 158-165;
18. Grigoriev V.V., Petrova L.N., Ivanova T.A., et al. και Bachurin S.O. (2011). Μελέτη της νευροπροστατευτικής δράσης υβριδικών δομών με βάση το φουλερένιο C60. Izv. Σειρά RAS Biological 2, 163–170;
19. Zhou Z. G., Lenk R., Dellinger A., ​​MacFarland D., Kumar K., Wilson S. R., et al. (2009). Τα νανοϋλικά φουλερενίου ενισχύουν την ανάπτυξη των μαλλιών. Nanomed. Nanotechnol. Biol. Med. 5, 202-207;
20. Bobylev A.G., Kornev A.B., Bobyleva L.G., Shpagina M.D., Fadeeva I.S., Fadeev R.S., et al. (2011). Φουλερενολικά: μεταλλικά πολυυδροξυλιωμένα φουλερένια με ισχυρή αντιαμυλοειδή δράση. Οργ. Biomol. Chem. 9, 5714–5719;
21. βιομόριο: «Νανοϊατρική του μέλλοντος: διαδερμική χορήγηση με χρήση νανοσωματιδίων».
22. Montellano A., Da Ros T., Bianco A., Prato M. (2011). Το Fullerene C(60) ως πολυλειτουργικό σύστημα για τη χορήγηση φαρμάκων και γονιδίων. Nanoscale 3, 4035–4041;
23. Kuznetsova S.A., Oretskaya T.S. (2010). Συστήματα νανομεταφοράς για στοχευμένη παροχή νουκλεϊκών οξέων στα κύτταρα. Russian Nanotechnologies 5 (No. 9–10), 40–52;
24. Baati Τ., Bourasset F., Gharb Ν., et αϊ. (2012) Η παράταση της διάρκειας ζωής των αρουραίων με επαναλαμβανόμενη από του στόματος χορήγηση 60φουλλερενίου. Biomaterials 33, 4936–4946;
25. Piotrovsky L.B., Eropkin M.Yu., Eropkina E.M., Dumpis M.A., Kiselev O.I. (2007). Οι μηχανισμοί της βιολογικής δράσης των φουλερενίων εξαρτώνται από την κατάσταση συσσωμάτωσης. Psychopharmacology and Biological Narcology 7 (No. 2), 1548–1554;
26. Moussa F., Roux S., Pressac Μ., Genin Ε., Hadchouel Μ., Trivin F., et al. (1998). Αντίδραση in vivo μεταξύ 60φουλλερενίου και βιταμίνης Α στο ήπαρ ποντικού. New J. Chem. 22, 989–992;
27. Linney E., Donerly S., Mackey L., Dobbs-McAuliffe B. (2001). Η αρνητική πλευρά των υποδοχέων ρετινοϊκού οξέος. Neurotoxicol Teratol. 33, 631-640;
28. Gudas L.J. (2012). Αναδυόμενοι ρόλοι για τα ρετινοειδή στην αναγέννηση και τη διαφοροποίηση σε φυσιολογικές καταστάσεις και καταστάσεις ασθενειών. Biochim Biophys Acta 1821, 213–221.

Πύλη «Αιώνια Νεολαία»

FULLERENES – ΜΙΑ ΝΕΑ ΑΛΛΟΤΡΟΠΙΚΗ ΜΟΡΦΗ ΑΝΘΡΑΚΑ

1. ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΕΝΟΤΗΤΑ

1.1. Γνωστά αλλότροπα του άνθρακα

Μέχρι πρόσφατα, ήταν γνωστό ότι ο άνθρακας σχηματίζει τρεις αλλοτροπικές μορφές: διαμάντι, γραφίτης και καρβίνη. Αλλοτροπία, από τα ελληνικά. Άλλος - διαφορετικός, τροπός - περιστροφή, ιδιότητα, ύπαρξη του ίδιου στοιχείου με τη μορφή δομών διαφορετικών σε ιδιότητες και δομή Επί του παρόντος, είναι γνωστή η τέταρτη αλλοτροπική μορφή άνθρακα, το λεγόμενο φουλερένιο (πολυατομικά μόρια άνθρακα C n).

Η προέλευση του όρου «fullerene» συνδέεται με το όνομα του Αμερικανού αρχιτέκτονα Richard Buckminster Fuller, ο οποίος σχεδίασε ημισφαιρικές αρχιτεκτονικές κατασκευές που αποτελούνται από εξάγωνα και πεντάγωνα.

Στα μέσα της δεκαετίας του '60, ο David Jones κατασκεύασε κλειστά σφαιροειδή κύτταρα από ιδιόμορφα διπλωμένα στρώματα γραφίτη. Έχει αποδειχθεί ότι ένα πεντάγωνο μπορεί να είναι ένα ελάττωμα που εισάγεται στο εξαγωνικό πλέγμα του συνηθισμένου γραφίτη, οδηγώντας στο σχηματισμό μιας πολύπλοκης καμπύλης επιφάνειας.

Στις αρχές της δεκαετίας του '70, ο οργανικός φυσικοχημικός E. Osawa πρότεινε την ύπαρξη ενός κοίλου, εξαιρετικά συμμετρικού μορίου C 60, με δομή με τη μορφή ενός κολοβωμένου εικοσάεδρου, παρόμοια με μια μπάλα ποδοσφαίρου. Λίγο αργότερα (1973) οι Ρώσοι επιστήμονες D.A. Bochvar και E.G. Ο Χαλπερίν έκανε τους πρώτους θεωρητικούς κβαντοχημικούς υπολογισμούς ενός τέτοιου μορίου και απέδειξε τη σταθερότητά του.

Το 1985, μια ομάδα επιστημόνων: G. Croto (Αγγλία, Πανεπιστήμιο του Sussex), Heath, 0"Brien, R.F. Curl και R. Smalley (ΗΠΑ, Πανεπιστήμιο Rice) κατάφεραν να ανακαλύψουν ένα μόριο φουλερενίου ενώ μελετούσαν τα φάσματα μάζας του γραφίτη ατμού μετά από ακτινοβολία λέιζερ στερεού δείγματος.

Η πρώτη μέθοδος για τη λήψη και την απομόνωση στερεού κρυσταλλικού φουλλερενίου προτάθηκε το 1990 από τους W. Kretschmer και D. Huffman και τους συνεργάτες του στο Ινστιτούτο Πυρηνικής Φυσικής στη Χαϊδελβέργη (Γερμανία).

Το 1991, ο Ιάπωνας επιστήμονας Ijima, χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο πολικών ιόντων, παρατήρησε για πρώτη φορά διάφορες δομές που αποτελούνται, όπως στην περίπτωση του γραφίτη, από εξαμελείς δακτυλίους άνθρακα: νανοσωλήνες, κώνους, νανοσωματίδια.

Το 1992, ανακαλύφθηκαν φυσικά φουλερένια στο φυσικό ορυκτό άνθρακα σουνγκίτη (αυτό το ορυκτό πήρε το όνομά του από το όνομα του χωριού Shunga στην Καρελία).

Το 1997 οι R.E Smalley, R.F Curl, G. Kroto βραβείο Νόμπελστη χημεία για τη μελέτη μορίων C 60 που έχουν σχήμα κόλουρου εικοσάεδρου.

Ας εξετάσουμε τη δομή των αλλοτροπικών μορφών άνθρακα: διαμάντι, γραφίτης και καρβίνη.

Διαμάντι -Κάθε άτομο άνθρακα στη δομή του διαμαντιού βρίσκεται στο κέντρο ενός τετραέδρου, οι κορυφές του οποίου είναι τα τέσσερα πλησιέστερα άτομα. Τα γειτονικά άτομα συνδέονται μεταξύ τους με ομοιοπολικούς δεσμούς (υβριδισμός sp 3). Αυτή η δομή καθορίζει τις ιδιότητες του διαμαντιού ως της πιο σκληρής ουσίας που είναι γνωστή στη Γη.

Γραφίτηςχρησιμοποιείται ευρέως σε μια μεγάλη ποικιλία τομέων της ανθρώπινης δραστηριότητας, από την κατασκευή μολυβιών που οδηγεί σε μονάδες μετριοπάθειας νετρονίων σε πυρηνικούς αντιδραστήρες. Τα άτομα άνθρακα στην κρυσταλλική δομή του γραφίτη αλληλοσυνδέονται με ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς (sp 2 - υβριδισμός) και σχηματίζουν εξαγωνικούς δακτυλίους, οι οποίοι με τη σειρά τους σχηματίζουν ένα ισχυρό και σταθερό δίκτυο, παρόμοιο με μια κηρήθρα. Τα πλέγματα είναι διατεταγμένα το ένα πάνω από το άλλο σε στρώσεις. Η απόσταση μεταξύ των ατόμων που βρίσκονται στις κορυφές των κανονικών εξαγώνων είναι 0,142 nm, μεταξύ των στιβάδων – 0,335 nm. Τα στρώματα συνδέονται ασθενώς μεταξύ τους. Αυτή η δομή - ισχυρά στρώματα άνθρακα, ασθενώς συνδεδεμένα μεταξύ τους, καθορίζει τις ειδικές ιδιότητες του γραφίτη: χαμηλή σκληρότητα και την ικανότητα να αποκολλάται εύκολα σε μικροσκοπικές νιφάδες.

Carbinσυμπυκνώνεται με τη μορφή λευκής απόθεσης άνθρακα στην επιφάνεια όταν ο πυρογραφίτης ακτινοβολείται με δέσμη φωτός λέιζερ. Η κρυσταλλική μορφή της καρβίνης αποτελείται από παράλληλες προσανατολισμένες αλυσίδες ατόμων άνθρακα με sp-υβριδισμό ηλεκτρονίων σθένους με τη μορφή ευθειών μακρομορίων πολυυνίου (-C= C-C= C-...) ή κουμουλενίου (=C=C=C= ...) τύποι .

Άλλες μορφές άνθρακα είναι επίσης γνωστές, όπως ο άμορφος άνθρακας, ο λευκός άνθρακας (χαοΐτης) κ.λπ. Αλλά όλες αυτές οι μορφές είναι σύνθετα, δηλαδή ένα μείγμα μικρών θραυσμάτων γραφίτη και διαμαντιού.

1.2.Γεωμετρία του μορίου φουλλερενίου και του κρυσταλλικού πλέγματος του φουλλερίτη

Εικ.3 Μόριο φουλερενίου C 6 0

Σε αντίθεση με το διαμάντι, τον γραφίτη και την καρβίνη, το φουλερένιο είναι ουσιαστικά μια νέα μορφή άνθρακα. Το μόριο C 60 περιέχει θραύσματα με πενταπλή συμμετρία (πεντάγωνα), τα οποία είναι απαγορευμένα από τη φύση τους για ανόργανες ενώσεις. Επομένως, θα πρέπει να αναγνωριστεί ότι το μόριο φουλλερενίου είναι ένα οργανικό μόριο και ένας κρύσταλλος που σχηματίζεται από τέτοια μόρια ( φουλερίτης) – είναι ένας μοριακός κρύσταλλος που αποτελεί συνδετικό κρίκο μεταξύ οργανικής και ανόργανης ύλης.

Τα κανονικά εξάγωνα μπορούν εύκολα να χρησιμοποιηθούν για τη διαμόρφωση μιας επίπεδης επιφάνειας, αλλά δεν μπορούν να σχηματίσουν μια κλειστή επιφάνεια. Για να γίνει αυτό, πρέπει να κόψετε μέρος των εξαγωνικών δακτυλίων και να σχηματίσετε πεντάγωνα από τα κομμένα μέρη. Στο φουλερένιο, ένα επίπεδο πλέγμα από εξάγωνα (πλέγμα γραφίτη) διπλώνεται και ράβεται σε μια κλειστή σφαίρα. Σε αυτή την περίπτωση, ορισμένα εξάγωνα μετατρέπονται σε πεντάγωνα. Σχηματίζεται μια δομή - ένα κόλουρο εικοσάεδρο, το οποίο έχει 10 άξονες συμμετρίας τρίτης τάξης και έξι άξονες συμμετρίας πέμπτης τάξης. Κάθε κορυφή αυτού του σχήματος έχει τρεις πλησιέστερους γείτονες.Κάθε εξάγωνο οριοθετείται από τρία εξάγωνα και τρία πεντάγωνα, και κάθε πεντάγωνο οριοθετείται μόνο από εξάγωνα Κάθε άτομο άνθρακα σε ένα μόριο C 60 βρίσκεται στις κορυφές δύο εξαγώνων και ενός πενταγώνου και ουσιαστικά δεν διακρίνεται από άλλα άτομα άνθρακα. Τα άτομα άνθρακα που σχηματίζουν τη σφαίρα συνδέονται μεταξύ τους με έναν ισχυρό ομοιοπολικό δεσμό. Το πάχος του σφαιρικού κελύφους είναι 0,1 nm,η ακτίνα του μορίου C 60 είναι 0,357 nm. Το μήκος του δεσμού C-C σε ένα πεντάγωνο είναι 0,143 nm, σε ένα εξάγωνο - 0,139 nm.

Μόρια ανώτερων φουλερενίων C 70 C 74, C 76, C 84, C 164, C 192, C 216 έχουν επίσης σχήμα κλειστής επιφάνειας.

Φουλερένια με ν< 60 оказались неустойчивыми, оказались неустойчивыми, хотя из чисто топологических соображений наименьшим возможным фуллереном является правильный додекаэдр С 20 .

Το κρυσταλλικό φουλλερένιο, το οποίο ονομαζόταν φουλερίτης, έχει ένα επικεντρωμένο κυβικό πλέγμα (fcc), διαστημική ομάδα (Fm3m). Η παράμετρος κυβικού πλέγματος a 0 = 1,42 nm, η απόσταση μεταξύ των πλησιέστερων γειτόνων είναι 1 nm. Ο αριθμός των πλησιέστερων γειτόνων στο πλέγμα fcc του φουλλερίτη είναι 12.

Υπάρχει ένας ασθενής δεσμός van der Waals μεταξύ των μορίων C60 σε έναν κρύσταλλο φουλλερίτη. Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού, αποδείχθηκε ότι όταν θερμοκρασία δωματίουΤα μόρια C 60 περιστρέφονται γύρω από τη θέση ισορροπίας με συχνότητα 10 12 1/s. Καθώς η θερμοκρασία πέφτει, η περιστροφή επιβραδύνεται. Στους 249 K, παρατηρείται μια μετάπτωση φάσης πρώτης τάξης στον φουλλερίτη, στον οποίο το πλέγμα fcc (διαστημική ομάδα Fm3m) μετατρέπεται σε απλό κυβικό πλέγμα (διαστημική ομάδα Ra3). Σε αυτή την περίπτωση, ο όγκος του φουλδερίτη αυξάνεται κατά 1%. Ένας κρύσταλλος φουλλερίτη έχει πυκνότητα 1,7 g/cm3, η οποία είναι σημαντικά μικρότερη από την πυκνότητα του γραφίτη (2,3 g/cm 3) και του διαμαντιού (3,5 g/cm).

Το μόριο C 60 παραμένει σταθερό σε μια αδρανή ατμόσφαιρα αργού μέχρι θερμοκρασίες της τάξης των 1700 K. Παρουσία οξυγόνου στους 500 K, παρατηρείται σημαντική οξείδωση με το σχηματισμό CO και CO 2. Σε θερμοκρασία δωματίου, η οξείδωση λαμβάνει χώρα κατά την ακτινοβολία με φωτόνια με ενέργεια 0,55 eV. η οποία είναι σημαντικά χαμηλότερη από την ενέργεια των φωτονίων του ορατού φωτός (1,54 eV). Επομένως, ο καθαρός φουλλερίτης πρέπει να αποθηκεύεται στο σκοτάδι. Η διαδικασία, η οποία διαρκεί αρκετές ώρες, οδηγεί στην καταστροφή του πλέγματος fcc του φουλλερίτη και στο σχηματισμό μιας διαταραγμένης δομής στην οποία υπάρχουν 12 άτομα οξυγόνου ανά αρχικό μόριο Cbo. Σε αυτή την περίπτωση, τα φουλερένια χάνουν εντελώς το σχήμα τους.

1.3. Παρασκευή φουλερενίων

Η πιο αποτελεσματική μέθοδος για την παραγωγή φουλερενίων βασίζεται στη θερμική αποσύνθεση του γραφίτη. Τόσο η ηλεκτρολυτική θέρμανση του ηλεκτροδίου γραφίτη όσο και η ακτινοβολία λέιζερ της επιφάνειας του γραφίτη χρησιμοποιούνται στο Σχ. Το σχήμα 4 δείχνει ένα διάγραμμα της εγκατάστασης για την παραγωγή φουλερενίων, το οποίο χρησιμοποιήθηκε από τον V. Kretchmer. Ο ψεκασμός του γραφίτη πραγματοποιείται με τη διέλευση ρεύματος μέσω των ηλεκτροδίων με συχνότητα 60 Hz, η τιμή ρεύματος είναι από 100 έως 200 A, η τάση είναι 10-20 V. Ρυθμίζοντας την τάση του ελατηρίου, είναι δυνατό να διασφαλιστεί ότι το μεγαλύτερο μέρος της παρεχόμενης ισχύος απελευθερώνεται στο τόξο και όχι στη ράβδο γραφίτη. Ο θάλαμος είναι γεμάτος με ήλιο, πίεση 100 Torr. Ο ρυθμός εξάτμισης του γραφίτη σε αυτήν την εγκατάσταση μπορεί να φτάσει τα 10 g/V. Στην περίπτωση αυτή, η επιφάνεια του χάλκινου περιβλήματος, που ψύχεται με νερό, καλύπτεται με το προϊόν εξάτμισης γραφίτη, δηλ. αιθάλη γραφίτη. Εάν η σκόνη που προκύπτει αποξεσθεί και διατηρηθεί σε βραστό τολουόλιο για αρκετές ώρες, λαμβάνεται ένα σκούρο καφέ υγρό. Όταν εξατμίζεται σε περιστρεφόμενο εξατμιστή, λαμβάνεται μια λεπτή σκόνη, το βάρος της δεν υπερβαίνει το 10% του βάρους της αρχικής αιθάλης γραφίτη, περιέχει έως και 10% φουλλερένια C 60 (90%) και C 70 ( 10%) Η περιγραφόμενη μέθοδος τόξου για την παραγωγή φουλερενίων πήρε το όνομα «τόξο φουλερενίου».

Στην περιγραφόμενη μέθοδο για την παραγωγή φουλλερενίων, το ήλιο παίζει το ρόλο ενός ρυθμιστικού αερίου. Τα άτομα ηλίου πιο αποτελεσματικά, σε σύγκριση με άλλα άτομα, «σβήνουν» τις δονητικές κινήσεις των διεγερμένων θραυσμάτων άνθρακα, εμποδίζοντάς τα να συνδυάζονται σε σταθερές δομές. Επιπλέον, τα άτομα ηλίου μεταφέρουν την ενέργεια που απελευθερώνεται όταν συνδυάζονται θραύσματα άνθρακα. Η εμπειρία δείχνει ότι η βέλτιστη πίεση ηλίου είναι στην περιοχή των 100 Torr. Σε υψηλότερες πιέσεις, η συσσώρευση θραυσμάτων άνθρακα είναι δύσκολη.

Εικ.4. Σχέδιο της εγκατάστασης για την παραγωγή φουλερενίων.

1 – ηλεκτρόδια γραφίτη.

2 – ψυχρό χάλκινο λεωφορείο. 3 – χάλκινο περίβλημα,

4 – ελατήρια.

Οι αλλαγές στις παραμέτρους της διαδικασίας και στο σχεδιασμό της μονάδας οδηγούν σε αλλαγές στην απόδοση της διαδικασίας και στη σύνθεση του προϊόντος. Η ποιότητα του προϊόντος επιβεβαιώνεται τόσο με φασματομετρικές μετρήσεις μάζας όσο και με άλλες μεθόδους (πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός, παραμαγνητικός συντονισμός ηλεκτρονίων, φασματοσκοπία υπερύθρων κ.λπ.)

Μια ανασκόπηση των υφιστάμενων μεθόδων για την παραγωγή φουλερενίων και εγκαταστάσεων στις οποίες λαμβάνονται διάφορα φουλερένια δίνεται στο έργο του G.N.

Μέθοδοι καθαρισμού και ανίχνευσης

Η πιο βολική και διαδεδομένη μέθοδος για την εξαγωγή φουλλερενίων από τα προϊόντα θερμικής αποσύνθεσης γραφίτη (όροι: συμπύκνωμα που περιέχει φουλερένιο, αιθάλη που περιέχει φουλερένιο), καθώς και ο επακόλουθος διαχωρισμός και καθαρισμός φουλλερενίων, βασίζεται στη χρήση διαλύτες και ροφητές.

Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει διάφορα στάδια. Στο πρώτο στάδιο, η αιθάλη που περιέχει φουλερένιο επεξεργάζεται χρησιμοποιώντας έναν μη πολικό διαλύτη, ο οποίος χρησιμοποιεί βενζόλιο, τολουόλιο και άλλες ουσίες. Στην περίπτωση αυτή, τα φουλλερένια, τα οποία έχουν σημαντική διαλυτότητα σε αυτούς τους διαλύτες, διαχωρίζονται από το αδιάλυτο κλάσμα, η περιεκτικότητα του οποίου στη φάση που περιέχει φουλερένιο είναι συνήθως 70-80%. Η τυπική διαλυτότητα των φουλλερενίων στα διαλύματα που χρησιμοποιούνται για τη σύνθεσή τους είναι αρκετά δέκατα του εκατοστιαίου mole. Η εξάτμιση του διαλύματος των φουλλερενίων που λαμβάνεται με αυτόν τον τρόπο οδηγεί στο σχηματισμό μιας μαύρης πολυκρυσταλλικής σκόνης, η οποία είναι ένα μείγμα διαφορετικών τύπων φουλλερενίων. Ένα τυπικό φάσμα μάζας ενός τέτοιου προϊόντος δείχνει ότι το εκχύλισμα φουλερενίου αποτελείται από 80-90% C60 και 10-15% C70. Επιπλέον, δεν υπάρχει μεγάλο αριθμό(σε επίπεδο κλασμάτων ενός τοις εκατό) υψηλότερα φουλλερένια, η απομόνωση των οποίων από το εκχύλισμα είναι ένα αρκετά περίπλοκο τεχνικό πρόβλημα. Το εκχύλισμα φουλλερενίου, διαλυμένο σε έναν από τους διαλύτες, διοχετεύεται μέσω ενός ροφητή, που μπορεί να είναι αλουμίνιο, ενεργός άνθρακας ή οξείδια (Al 2 O 3, SiO 2) με υψηλά χαρακτηριστικά προσρόφησης. Τα φουλερένια συλλέγονται από αυτό το μέταλλο και στη συνέχεια εξάγονται από αυτό χρησιμοποιώντας έναν καθαρό διαλύτη. Η απόδοση της εκχύλισης καθορίζεται από τον συνδυασμό ροφητή-φουλλερενίου-διαλύτη και συνήθως, όταν χρησιμοποιείται ένα συγκεκριμένο ροφητικό και διαλύτης, εξαρτάται αισθητά από τον τύπο του φουλερενίου. Επομένως, ένας διαλύτης που περνά μέσα από ένα ροφητικό με ένα φουλλερένιο προσροφημένο σε αυτό εκχυλίζει εναλλάξ διαφορετικούς τύπους φουλλερενίων από το ροφητικό, τα οποία μπορούν έτσι να διαχωριστούν εύκολα μεταξύ τους. Η περαιτέρω ανάπτυξη της περιγραφόμενης τεχνολογίας για τη λήψη διαχωρισμού και καθαρισμού φουλλερενίων, με βάση τη σύνθεση ηλεκτρικού τόξου αιθάλης που περιέχει φουλερένιο και τον επακόλουθο διαχωρισμό της με τη χρήση ροφητών και διαλυτών, οδήγησε στη δημιουργία εγκαταστάσεων που επιτρέπουν τη σύνθεση του C 60 σε ποσότητα ένα γραμμάριο την ώρα.

1.4.Ιδιότητες φουλερενίων

Τα κρυσταλλικά φουλλερένια και τα φιλμ είναι ημιαγωγοί με διάκενο ζώνης 1,2-1,9 eV και παρουσιάζουν φωτοαγωγιμότητα. Όταν ακτινοβοληθεί ορατό φωςη ηλεκτρική αντίσταση του κρυστάλλου φουλλερίτη μειώνεται. Όχι μόνο ο καθαρός φουλλερίτης, αλλά και τα διάφορα μείγματά του με άλλες ουσίες έχουν φωτοαγωγιμότητα. Διαπιστώθηκε ότι η προσθήκη ατόμων καλίου σε φιλμ C60 οδηγεί στην εμφάνιση υπεραγωγιμότητας στους 19 Κ.

Τα μόρια φουλερενίου, στα οποία τα άτομα άνθρακα συνδέονται μεταξύ τους τόσο με απλούς όσο και με διπλούς δεσμούς, είναι τρισδιάστατα ανάλογα αρωματικών δομών. Διαθέτοντας υψηλή ηλεκτραρνητικότητα, δρουν ως ισχυροί οξειδωτικοί παράγοντες σε χημικές αντιδράσεις. Προσκολλώντας στον εαυτό τους ρίζες διαφόρων χημικών φύσεων, τα φουλερένια είναι ικανά να σχηματίσουν μια ευρεία κατηγορία χημικών ενώσεων με διαφορετικές φυσικοχημικές ιδιότητες. Έτσι, πρόσφατα ελήφθησαν μεμβράνες πολυφουλλερενίου στις οποίες τα μόρια C 60 συνδέονται μεταξύ τους όχι με van der Waals, όπως σε έναν κρύσταλλο φουλλερίτη, αλλά με χημική αλληλεπίδραση. Αυτές οι μεμβράνες, οι οποίες έχουν πλαστικές ιδιότητες, είναι ένας νέος τύπος πολυμερούς υλικού. Ενδιαφέροντα αποτελέσματα έχουν επιτευχθεί στη σύνθεση πολυμερών με βάση τα φουλερένια. Σε αυτή την περίπτωση, το φουλλερένιο C 60 χρησιμεύει ως βάση της αλυσίδας πολυμερούς και η σύνδεση μεταξύ των μορίων πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας δακτυλίους βενζολίου. Αυτή η δομή έλαβε το εικονιστικό όνομα "string of pearls".

Η προσθήκη ριζών που περιέχουν μέταλλα της ομάδας πλατίνας στο C 60 καθιστά δυνατή τη λήψη σιδηρομαγνητικών υλικών με βάση το φουλερένιο. Είναι πλέον γνωστό ότι περισσότερα από το ένα τρίτο των στοιχείων του περιοδικού πίνακα μπορούν να τοποθετηθούν μέσα σε ένα μόριο. Από 60. Υπάρχουν αναφορές για την εισαγωγή ατόμων λανθανίου, νικελίου, νατρίου, καλίου, ρουβιδίου, καισίου και ατόμων στοιχείων σπάνιων γαιών όπως το τέρβιο, το γαδολίνιο και το δυσπρόσιο.

Η ποικιλία των φυσικοχημικών και δομικών ιδιοτήτων των ενώσεων με βάση τα φουλερένια μας επιτρέπει να μιλήσουμε για τη χημεία των φουλερενίων ως μια νέα πολλά υποσχόμενη κατεύθυνση στην οργανική χημεία.

1.5. Εφαρμογή φουλερενίων

Επί του παρόντος, η επιστημονική βιβλιογραφία συζητά τη χρήση φουλλερενίων για τη δημιουργία φωτοανιχνευτών και οπτοηλεκτρονικών συσκευών, καταλυτών ανάπτυξης, μεμβρανών που μοιάζουν με διαμάντια και διαμάντια, υπεραγώγιμα υλικά, καθώς και ως βαφές για μηχανήματα αντιγραφής. Τα φουλερένια χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση μετάλλων και κραμάτων με νέες ιδιότητες.

Τα φουλερένια σχεδιάζεται να χρησιμοποιηθούν ως βάση για την παραγωγή επαναφορτιζόμενων μπαταριών. Αυτές οι μπαταρίες, των οποίων η αρχή λειτουργίας βασίζεται στην αντίδραση προσθήκης υδρογόνου, είναι από πολλές απόψεις παρόμοιες με τις ευρέως χρησιμοποιούμενες μπαταρίες νικελίου, ωστόσο, σε αντίθεση με τις τελευταίες, έχουν τη δυνατότητα να αποθηκεύουν περίπου πέντε φορές τη συγκεκριμένη ποσότητα υδρογόνου. Επιπλέον, τέτοιες μπαταρίες χαρακτηρίζονται από υψηλότερη απόδοση, μικρό βάρος, καθώς και περιβαλλοντική και υγειονομική ασφάλεια σε σύγκριση με τις πιο προηγμένες μπαταρίες λιθίου όσον αφορά αυτές τις ιδιότητες. Τέτοιες μπαταρίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ευρέως για την τροφοδοσία προσωπικών υπολογιστών και ακουστικών βαρηκοΐας.

Τα διαλύματα φουλλερενίων σε μη πολικούς διαλύτες (διθειάνθρακας, τολουόλιο, βενζόλιο, τετραχλωράνθρακας, δεκάνιο, εξάνιο, πεντάνιο) χαρακτηρίζονται από μη γραμμικές οπτικές ιδιότητες, οι οποίες εκδηλώνονται, ειδικότερα, σε απότομη μείωση της διαφάνειας του διαλύματος υπό ορισμένες προϋποθέσεις. Αυτό ανοίγει τη δυνατότητα χρήσης φουλερενίων ως βάσης για οπτικά παραθυρόφυλλα που περιορίζουν την ένταση της ακτινοβολίας λέιζερ.

Ανακύπτει η προοπτική χρήσης φουλερενίων ως βάση για τη δημιουργία ενός αποθηκευτικού μέσου με εξαιρετικά υψηλή πυκνότητα πληροφοριών. Τα φουλερένια μπορούν να βρουν εφαρμογή ως πρόσθετα για καύσιμα πυραύλων και λιπαντικά.

Δίνεται μεγάλη προσοχή στο πρόβλημα της χρήσης φουλερενίων στην ιατρική και τη φαρμακολογία. Συζητείται η ιδέα της δημιουργίας αντικαρκινικών φαρμάκων που βασίζονται σε υδατοδιαλυτές ενδοεδρικές ενώσεις φουλλερενίων με ραδιενεργά ισότοπα. ( Οι ενδοεδρικές ενώσεις είναι μόρια φουλλερενίου που περιέχουν ένα ή περισσότερα άτομα οποιουδήποτε στοιχείου μέσα τους. Έχουν βρεθεί συνθήκες για τη σύνθεση αντιιικών και αντικαρκινικών φαρμάκων με βάση τα φουλερένια.Μία από τις δυσκολίες στην επίλυση αυτών των προβλημάτων είναι η δημιουργία υδατοδιαλυτών, μη τοξικών ενώσεων φουλερενίου που θα μπορούσαν να εισαχθούν στο ανθρώπινο σώμα και να μεταφερθούν με αίμα στο όργανο που υπόκειται σε θεραπευτική δράση.

Η χρήση των φουλερενίων παρεμποδίζεται από το υψηλό κόστος τους, το οποίο συνίσταται στην κοπιαστική διαδικασία λήψης ενός μείγματος φουλερενίου και στην απομόνωση μεμονωμένων συστατικών από αυτό.

1.6. Νανοσωλήνες άνθρακα

Δομή νανοσωλήνων

Μαζί με τις σφαιροειδείς δομές άνθρακα, μπορούν επίσης να σχηματιστούν εκτεταμένες κυλινδρικές δομές, οι λεγόμενοι νανοσωλήνες, οι οποίοι διακρίνονται από μια μεγάλη ποικιλία φυσικοχημικών ιδιοτήτων.

Ένας ιδανικός νανοσωλήνας είναι ένα επίπεδο γραφίτη τυλιγμένο σε κύλινδρο, δηλ. επιφάνεια επενδεδυμένη με κανονικά εξάγωνα, στις κορυφές των οποίων βρίσκονται άτομα άνθρακα..).

Η παράμετρος που δείχνει τις συντεταγμένες του εξαγώνου, η οποία, ως αποτέλεσμα της αναδίπλωσης του επιπέδου, θα πρέπει να συμπίπτει με το εξάγωνο που βρίσκεται στην αρχή των συντεταγμένων, ονομάζεται χειρικότητα του νανοσωλήνα και συμβολίζεται με ένα σύνολο συμβόλων (m, n ). Η χειραλικότητα ενός νανοσωλήνα καθορίζει τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του.

Όπως έχουν δείξει οι παρατηρήσεις που έγιναν με χρήση ηλεκτρονικών μικροσκοπίων, οι περισσότεροι νανοσωλήνες αποτελούνται από πολλά στρώματα γραφίτη, είτε φωλιασμένα το ένα μέσα στο άλλο είτε τυλίγονται σε έναν κοινό άξονα.

Νανοσωλήνες μονού τοιχώματος

Επί ρύζι. 4Παρουσιάζεται ένα εξιδανικευμένο μοντέλο νανοσωλήνα μονού τοιχώματος. Ένας τέτοιος σωλήνας τελειώνει με ημισφαιρικές κορυφές που περιέχουν

με κανονικά εξάγωνα, επίσης έξι κανονικά πεντάγωνα. Η παρουσία πενταγώνων στα άκρα των σωλήνων μας επιτρέπει να τα θεωρήσουμε ως την περιοριστική περίπτωση των μορίων φουλλερενίου, το μήκος του διαμήκους άξονα των οποίων υπερβαίνει σημαντικά τη διάμετρό τους.

Η δομή των νανοσωλήνων μονού τοιχώματος που παρατηρήθηκε πειραματικά διαφέρει από πολλές απόψεις από την εξιδανικευμένη εικόνα που παρουσιάστηκε παραπάνω. Πρώτα απ 'όλα, αυτό αφορά τις κορυφές του νανοσωλήνα, το σχήμα του οποίου, όπως προκύπτει από τις παρατηρήσεις, απέχει πολύ από το ιδανικό ημισφαίριο.

Νανοσωλήνες πολλαπλών τοιχωμάτων

Οι νανοσωλήνες πολλαπλών τοιχωμάτων διαφέρουν από τους νανοσωλήνες μονού τοιχώματος σε μια πολύ μεγαλύτερη ποικιλία σχημάτων και διαμορφώσεων τόσο στη διαμήκη όσο και στην εγκάρσια κατεύθυνση. Πιθανές ποικιλίες της εγκάρσιας δομής νανοσωλήνων πολλαπλών τοιχωμάτων παρουσιάζονται στο ρύζι. 5. Η δομή τύπου «Ρωσικές κούκλες» είναι μια συλλογή από νανοσωλήνες μονού τοιχώματος που είναι ομοαξονικά φωλιασμένες μεταξύ τους (ρύζι 5 α). Μια άλλη παραλλαγή αυτής της δομής, που φαίνεται στο ρύζι. 5 b, είναι μια συλλογή ομοαξονικών πρισμάτων που βρίσκονται το ένα μέσα στο άλλο. Τέλος, η τελευταία από τις δεδομένες δομές ( ρύζι. 5 γ),μοιάζει με ειλητάριο. Για όλες τις παραπάνω δομές, οι αποστάσεις μεταξύ γειτονικών στρωμάτων γραφίτη είναι κοντά στα 0,34 nm, δηλ. την απόσταση μεταξύ γειτονικών επιπέδων κρυσταλλικού γραφίτη. Η εφαρμογή μιας συγκεκριμένης δομής σε μια συγκεκριμένη πειραματική κατάσταση εξαρτάται από τις συνθήκες για τη σύνθεση των νανοσωλήνων.

Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η εξιδανικευμένη εγκάρσια δομή των νανοσωλήνων, στην οποία η απόσταση μεταξύ γειτονικών στρωμάτων είναι κοντά στα 0,34 nm και δεν εξαρτάται από την αξονική συντεταγμένη, παραμορφώνεται στην πράξη λόγω της ενοχλητικής επίδρασης των γειτονικών νανοσωλήνων.

Η παρουσία ελαττωμάτων οδηγεί επίσης σε παραμόρφωση του ευθύγραμμου σχήματος του νανοσωλήνα και του δίνει σχήμα ακορντεόν.

Ένας άλλος τύπος ελαττωμάτων, που συχνά παρατηρείται στην επιφάνεια γραφίτη των νανοσωλήνων πολλαπλών τοιχωμάτων, σχετίζεται με την εισαγωγή ενός συγκεκριμένου αριθμού πενταγώνων ή επταγώνων στην επιφάνεια, η οποία αποτελείται κυρίως από κανονικά εξάγωνα. Αυτό οδηγεί σε παραβίαση του κυλινδρικού σχήματος, με την εισαγωγή ενός πενταγώνου να προκαλεί κυρτή κάμψη, ενώ η εισαγωγή επτάγωνου προάγει την εμφάνιση κοίλου καμπύλης. Έτσι, τέτοια ελαττώματα δημιουργούν κυρτούς και ελικοειδείς νανοσωλήνες.

Δομή νανοσωματιδίων

Κατά τον σχηματισμό φουλλερενίων από γραφίτη, σχηματίζονται και νανοσωματίδια. Πρόκειται για κλειστές δομές παρόμοιες με τα φουλλερένια, αλλά σημαντικά μεγαλύτερες σε μέγεθος. Σε αντίθεση με τα φουλερένια, όπως και οι νανοσωλήνες, μπορούν να περιέχουν πολλά στρώματα, έχουν τη δομή κλειστών κελυφών γραφίτη φωλιασμένα το ένα μέσα στο άλλο.

Στα νανοσωματίδια, παρόμοια με τον γραφίτη, τα άτομα μέσα στο κέλυφος συνδέονται με χημικούς δεσμούς και μια αδύναμη αλληλεπίδραση van der Waals λειτουργεί μεταξύ των ατόμων των γειτονικών κελυφών. Τυπικά, τα κελύφη των νανοσωματιδίων έχουν σχήμα κοντά σε ένα πολύεδρο. Στη δομή κάθε τέτοιου κελύφους, εκτός από τα εξάγωνα, όπως και στη δομή του γραφίτη, υπάρχουν 12 επιπλέον πεντάγωνα και παρατηρούνται επτάγωνα. Μια ηλεκτρονική μικροσκοπική μελέτη του σχήματος και της δομής των σωματιδίων άνθρακα σε ένα συμπύκνωμα που περιέχει φουλερένιο πραγματοποιήθηκε πρόσφατα στα έργα των Jarkov S.M., Kashkin V.B.

Παρασκευή νανοσωλήνων άνθρακα

Οι νανοσωλήνες άνθρακα σχηματίζονται από τη θερμική εκτόξευση ενός ηλεκτροδίου γραφίτη σε ένα πλάσμα εκκένωσης τόξου που καίγεται σε μια ατμόσφαιρα ηλίου. Αυτή η μέθοδος, όπως και η μέθοδος sputtering με λέιζερ που αποτελεί τη βάση της αποτελεσματικής τεχνολογίας για την παραγωγή φουλερενίων, καθιστά δυνατή τη λήψη νανοσωλήνων σε ποσότητες επαρκείς για μια λεπτομερή μελέτη των φυσικοχημικών ιδιοτήτων τους.

Ένας νανοσωλήνας μπορεί να ληφθεί από εκτεταμένα θραύσματα γραφίτη, τα οποία στη συνέχεια συστρέφονται σε ένα σωλήνα. Για να σχηματιστούν εκτεταμένα θραύσματα, απαιτούνται ειδικές συνθήκες θέρμανσης για γραφίτη. Βέλτιστες συνθήκεςΟι νανοσωλήνες παράγονται σε εκκένωση τόξου χρησιμοποιώντας γραφίτη ηλεκτρόλυσης ως ηλεκτρόδια.

Μεταξύ των διαφόρων προϊόντων θερμικής εκτόξευσης γραφίτη (φουλλερένια, νανοσωματίδια, σωματίδια αιθάλης), ένα μικρό μέρος (αρκετό τοις εκατό) είναι νανοσωλήνες πολλαπλών τοιχωμάτων, οι οποίοι είναι εν μέρει προσαρτημένοι στις ψυχρές επιφάνειες της εγκατάστασης και εναποτίθενται εν μέρει στην επιφάνεια μαζί με αιθάλη.

Οι νανοσωλήνες μονού τοιχώματος σχηματίζονται με την προσθήκη μικρής ακαθαρσίας Fe, Co, Ni, Cd στην άνοδο (δηλαδή με προσθήκη καταλυτών). Επιπλέον, οι νανοσωλήνες ενός τοιχώματος λαμβάνονται με οξείδωση νανοσωλήνων πολλαπλών τοιχωμάτων. Για τους σκοπούς της οξείδωσης, οι νανοσωλήνες πολλαπλών τοιχωμάτων υποβάλλονται σε επεξεργασία με οξυγόνο σε μέτρια θέρμανση ή με βραστό νιτρικό οξύ και στην τελευταία περίπτωση αφαιρούνται οι πενταμελείς δακτύλιοι γραφίτη, οδηγώντας στο άνοιγμα των άκρων των σωλήνων αφαιρέστε τα ανώτερα στρώματα από τον πολυστρωματικό σωλήνα και ανοίξτε τα άκρα του. Δεδομένου ότι η αντιδραστικότητα των νανοσωματιδίων είναι υψηλότερη από αυτή των νανοσωλήνων, με σημαντική καταστροφή του προϊόντος άνθρακα ως αποτέλεσμα της οξείδωσης, η αναλογία των νανοσωλήνων στο υπόλοιπο τμήμα αυξάνεται.

Με τη μέθοδο ηλεκτρικού τόξου για την παραγωγή φουλλερενίων, μέρος του υλικού που καταστρέφεται υπό τη δράση του τόξου ανόδου γραφίτη εναποτίθεται στην κάθοδο. Μέχρι το τέλος της διαδικασίας καταστροφής της ράβδου γραφίτη, αυτός ο σχηματισμός μεγαλώνει τόσο πολύ που καλύπτει ολόκληρη την περιοχή του τόξου. Αυτή η ανάπτυξη έχει το σχήμα ενός μπολ, στον όγκο του οποίου εισάγεται η άνοδος. Φυσικά χαρακτηριστικάΗ συσσώρευση καθόδου είναι πολύ διαφορετική από τα χαρακτηριστικά του γραφίτη που συνθέτει την άνοδο. Η μικροσκληρότητα της συσσώρευσης είναι 5,95 GPa (γραφίτης -0,22 GPa), η πυκνότητα της συσσώρευσης είναι 1,32 g/cm 3 (γραφίτης -2,3 g/cm 3), η ειδική ηλεκτρική αντίσταση της συσσώρευσης είναι 1,4 * 10 -4 Ohm m, που είναι σχεδόν μια τάξη μεγέθους μεγαλύτερη από αυτή του γραφίτη (1,5*10 -5 Ohm m). Στους 35 Κ, ανακαλύφθηκε μια ασυνήθιστα υψηλή μαγνητική επιδεκτικότητα της συσσώρευσης στην κάθοδο, η οποία υποδηλώνει ότι η συσσώρευση αποτελείται κυρίως από νανοσωλήνες (Belov N.N.).

Ιδιότητες των νανοσωλήνων

Ευρείες προοπτικές για τη χρήση νανοσωλήνων στην επιστήμη των υλικών ανοίγονται όταν υπεραγώγιμοι κρύσταλλοι (για παράδειγμα, TaC) εγκλωβίζονται μέσα σε νανοσωλήνες άνθρακα. Η ακόλουθη τεχνολογία περιγράφεται στη βιβλιογραφία. Χρησιμοποιήθηκε εκκένωση τόξου συνεχούς ρεύματος ~ 30 Α σε τάση 30 V σε ατμόσφαιρα ηλίου με ηλεκτρόδια που αντιπροσωπεύουν ένα συμπιεσμένο μίγμα σκόνης θαλλίου με χρωστική γραφίτη. Η απόσταση μεταξύ των ηλεκτροδίων ήταν 2-3 mm. Χρησιμοποιώντας ένα ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σήραγγας, ανακαλύφθηκε σημαντική ποσότητα κρυστάλλων TaC εγκλεισμένα σε νανοσωλήνες στα προϊόντα της θερμικής αποσύνθεσης του υλικού του ηλεκτροδίου. Χ Το χαρακτηριστικό εγκάρσιο μέγεθος των κρυσταλλιτών ήταν περίπου 7 nm, το τυπικό μήκος των νανοσωλήνων ήταν μεγαλύτερο από 200 nm. Οι νανοσωλήνες ήταν πολυστρωματικοί κύλινδροι με απόσταση μεταξύ των στρωμάτων 0,3481 ± 0,0009 nm, κοντά στην αντίστοιχη παράμετρο για τον γραφίτη. Οι μετρήσεις της εξάρτησης από τη θερμοκρασία της μαγνητικής επιδεκτικότητας των δειγμάτων έδειξαν ότι οι ενθυλακωμένοι νανοκρύσταλλοι μετατρέπονται σευπεραγώγιμη κατάστασησε T=10 K.

Η δυνατότητα απόκτησης υπεραγώγιμων κρυστάλλων ενθυλακωμένων σε νανοσωλήνες καθιστά δυνατή την απομόνωσή τους από τις βλαβερές επιπτώσεις του εξωτερικού περιβάλλοντος, για παράδειγμα, από την οξείδωση, ανοίγοντας έτσι τον δρόμο για πιο αποτελεσματική ανάπτυξη σχετικών νανοτεχνολογιών.

Η μεγάλη αρνητική μαγνητική επιδεκτικότητα των νανοσωλήνων υποδηλώνει τις διαμαγνητικές τους ιδιότητες. Υποτίθεται ότι ο διαμαγνητισμός των νανοσωλήνων οφείλεται στη ροή των ρευμάτων ηλεκτρονίων γύρω από την περιφέρειά τους. Το μέγεθος της μαγνητικής επιδεκτικότητας δεν εξαρτάται από τον προσανατολισμό του δείγματος, ο οποίος σχετίζεται με την άτακτη δομή του. Σχετικά μεγάλη αξίαΗ μαγνητική επιδεκτικότητα δείχνει ότι, τουλάχιστον σε μία από τις κατευθύνσεις, αυτή η τιμή είναι συγκρίσιμη με την αντίστοιχη τιμή για τον γραφίτη. Η διαφορά στην εξάρτηση από τη θερμοκρασία της μαγνητικής επιδεκτικότητας των νανοσωλήνων από τα αντίστοιχα δεδομένα για άλλες μορφές άνθρακα δείχνει ότι οι νανοσωλήνες άνθρακα είναι μια ξεχωριστή ανεξάρτητη μορφή άνθρακα, οι ιδιότητες του οποίου είναι θεμελιωδώς διαφορετικές από τις ιδιότητες του άνθρακα σε άλλες καταστάσεις.

Εφαρμογές νανοσωλήνων

Η βάση για πολλές τεχνολογικές εφαρμογές των νανοσωλήνων είναι η ιδιότητά τους υψηλής ειδικής επιφάνειας (στην περίπτωση ενός νανοσωλήνα μονού τοιχώματος, περίπου 600 τ.μ. ανά 1/g), η οποία ανοίγει τη δυνατότητα χρήσης τους ως πορώδες υλικό σε φίλτρα κ.λπ.

Το υλικό νανοσωλήνων μπορεί να χρησιμοποιηθεί με επιτυχία ως υποστηρικτικό υπόστρωμα για ετερογενή κατάλυση και η καταλυτική δραστηριότητα των ανοιχτών νανοσωλήνων υπερβαίνει σημαντικά την αντίστοιχη παράμετρο για κλειστούς νανοσωλήνες.

Είναι δυνατή η χρήση νανοσωλήνων με υψηλή ειδική επιφάνεια ως ηλεκτρόδια για ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές με υψηλή ειδική ισχύ.

Οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν αποδειχθεί καλά σε πειράματα χρησιμοποιώντας τους ως επίστρωση που προάγει το σχηματισμό μιας μεμβράνης διαμαντιού. Όπως δείχνουν οι φωτογραφίες που τραβήχτηκαν με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, το φιλμ διαμαντιού που εναποτίθεται στο φιλμ νανοσωλήνων διαφέρει καλύτερα ως προς την πυκνότητα και την ομοιομορφία των πυρήνων από το φιλμ που εναποτίθεται στα C 60 και C 70 .

Τέτοιες ιδιότητες ενός νανοσωλήνα όπως το μικρό του μέγεθος, το οποίο ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με τις συνθήκες σύνθεσης, την ηλεκτρική αγωγιμότητα,Η μηχανική αντοχή και η χημική σταθερότητα μας επιτρέπουν να θεωρήσουμε τον νανοσωλήνα ως βάση για μελλοντικά μικροηλεκτρονικά στοιχεία. Έχει αποδειχθεί με υπολογισμούς ότι η εισαγωγή ενός ζεύγους πενταγώνου-επτάγωνου σε μια ιδανική δομή νανοσωλήνων ως ελάττωμα αλλάζει τις ηλεκτρονικές του ιδιότητες. Ένας νανοσωλήνας με ένα ελάττωμα ενσωματωμένο σε αυτόν μπορεί να θεωρηθεί ως ετεροσύνδεσμος μετάλλου-ημιαγωγού, ο οποίος, κατ' αρχήν, μπορεί να αποτελέσει τη βάση ενός στοιχείου ημιαγωγού μικρού μεγέθους.

Οι νανοσωλήνες μπορούν να χρησιμεύσουν ως βάση για εξαιρετικά λεπτά όργανα μέτρησης που χρησιμοποιούνται για την παρακολούθηση επιφανειακών ανωμαλιών σε ηλεκτρονικά κυκλώματα.

Ενδιαφέρουσες εφαρμογές μπορούν να ληφθούν από νανοσωλήνες όταν γεμίζονται με διάφορα υλικά. Στην περίπτωση αυτή, ο νανοσωλήνας μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο ως φορέας του υλικού που τον γεμίζει, όσο και ως μονωτικό κέλυφος που προστατεύει αυτό το υλικό από την ηλεκτρική επαφή ή από τη χημική αλληλεπίδραση με τα γύρω αντικείμενα.

ΣΥΝΑΨΗ

Αν και τα φουλερένια έχουν σύντομη ιστορία, αυτός ο τομέας της επιστήμης αναπτύσσεται γρήγορα, προσελκύοντας όλο και περισσότερους νέους ερευνητές. Αυτός ο τομέας της επιστήμης περιλαμβάνει τρεις τομείς: φυσική φουλερενίου, χημεία φουλλερενίου και τεχνολογία φουλερενίου.

Φυσική φουλερενίωνασχολείται με τη μελέτη των δομικών, μηχανικών, ηλεκτρικών, μαγνητικών, οπτικών ιδιοτήτων των φουλλερενίων και των ενώσεων τους σε διάφορες καταστάσεις φάσης. Αυτό περιλαμβάνει επίσης τη μελέτη της φύσης της αλληλεπίδρασης μεταξύ των ατόμων άνθρακα σε αυτές τις ενώσεις, φασματοσκοπία μορίων φουλλερενίου, ιδιότητες και δομή συστημάτων που αποτελούνται από μόρια φουλερενίου. Η φυσική του φουλερενίου είναι ο πιο προηγμένος κλάδος στον τομέα των φουλερενίων.

Χημεία φουλερενίωνσχετίζεται με τη δημιουργία και τη μελέτη νέων χημικών ενώσεων, η βάση των οποίων είναι τα κλειστά μόρια άνθρακα και μελετά επίσης τις χημικές διεργασίες στις οποίες συμμετέχουν. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι όσον αφορά τις έννοιες και τις μεθόδους έρευνας, αυτός ο κλάδος της χημείας είναι θεμελιωδώς διαφορετικός από πολλές απόψεις από την παραδοσιακή χημεία.

Τεχνολογία Fullereneπεριλαμβάνει και τις δύο μεθόδους για την παραγωγή φουλερενίων και τις διάφορες εφαρμογές τους.

ΑΝΑΦΟΡΕΣ

1. Sokolov V. I., Stankevich I. V. Fullerenes είναι νέες αλλοτροπικές μορφές άνθρακα: δομή, ηλεκτρονική δομή και χημικές ιδιότητες // Advances in Chemistry, τ. 62 (5), σελ. 455, 1993.

2. Νέες κατευθύνσεις στην έρευνα φουλερενίου//UFN, τ. 164 (9), σελ. 1007, 1994.

3. Eletsky A.V., Smirnov B.M. Φουλερένια και δομές άνθρακα//UFN, τ. 165 (9), σελ. 977, 1995.

4. Zolotukhin I.V. Φουλερίτης - νέα μορφήάνθρακας // Coolant No. 2, σελ. 51, 1996.

5. Masterov V.F. Φυσικές ιδιότητες φουλερενίων // SOZh No. 1, σελ. 92, 1997.

6. Lozovik Yu.V., Popov A.M. Σχηματισμός και ανάπτυξη νανοδομών άνθρακα – φουλλερένια, νανοσωματίδια, νανοσωλήνες και κώνοι//UFN, τ. 167 (7), σελ. 151, 1997/

7. Eletsky A.V. .Carbon nanotubes//UFN, τ. 167(9), σελ. 945, 1997.

8. Smalley R.E. Discovering fullerenes//UFN, τ. 168 (3), σελ. 323, 1998.

9. Τσουρίλοφ Γ.Ν. Ανασκόπηση μεθόδων για την παραγωγή φουλερενίων // Υλικά του 2ου διαπεριφερειακού συνεδρίου με διεθνή συμμετοχή «Ultradisperse powders, nanostructures, Materials», Krasnoyarsk, KSTU, 5-7 Οκτωβρίου 1999. Με. 77-87.

10. Belov N.N. και άλλα Structure of the surface of the cathode build-up που σχηματίζεται κατά τη σύνθεση φουλερενίων // Aerosols τομ. 4f, 1998, σσ

11. Jarkov S.M.,. Titarenko Ya.N., Churilov G.N. Ηλεκτρονική μικροσκοπία μελετά σωματίδια άνθρακα FCC // Carbon, v. 36, Ν 5-6, 1998, σελ. 595-597

12. Kashkin V.B., Rubleva T.V., Kashkina L.V., Mosin R.A. Ψηφιακή επεξεργασία ηλεκτρονικών μικροσκοπικών εικόνων σωματιδίων άνθρακα σε αιθάλη που περιέχει φουλερένιο // Υλικά του 2ου διαπεριφερειακού συνεδρίου με διεθνή συμμετοχή «Ultradisperse powders, nanostructures, Materials», Krasnoyarsk, KSTU, 5-7 Οκτωβρίου 1999. Με. 91-92

Τα φουλερένια υπάρχουν παντού στη Φύση, και ειδικά όπου υπάρχει άνθρακας και υψηλές ενέργειες. Υπάρχουν κοντά σε αστέρια άνθρακα, στο διαστρικό διάστημα, σε μέρη όπου χτυπούν κεραυνοί, κοντά σε κρατήρες ηφαιστείων και σχηματίζονται όταν καίγεται αέριο στο σπίτι. σόμπα υγραερίουή στη φλόγα ενός κανονικού αναπτήρα.

Τα φουλερένια βρίσκονται επίσης σε μέρη όπου συσσωρεύονται αρχαία πετρώματα άνθρακα. Ξεχωριστή θέση ανήκουν στα ορυκτά της Καρελίας - σουνγκίτες. Αυτά τα πετρώματα, που περιέχουν έως και 80% καθαρό άνθρακα, είναι περίπου 2 δισεκατομμυρίων ετών. Η φύση της προέλευσής τους δεν είναι ακόμη σαφής. Μία από τις υποθέσεις είναι η πτώση ενός μεγάλου μετεωρίτη άνθρακα.

Τα Fullerenes in Shungites Stone είναι ένα θέμα που συζητείται ευρέως σε πολλούς έντυπες εκδόσειςκαι στις σελίδες των δικτυακών τόπων. Υπάρχουν πολλές αντικρουόμενες απόψεις σχετικά με αυτό το θέμα, γεγονός που εγείρει πολλά ερωτήματα τόσο στους αναγνώστες όσο και στους χρήστες των προϊόντων shungite. Περιέχουν πράγματι οι σουνγκίτες τη μοριακή μορφή άνθρακα - φουλλερένια; Περιέχουν φουλερένια τα θεραπευτικά «Πολεμικά Νερά»; Είναι δυνατόν να πίνετε νερό εμποτισμένο με σουνγκίτη και ποιο θα είναι το όφελος από αυτό; Με βάση την εμπειρία μας στην επιστημονική έρευνα για τις ιδιότητες των διάφορων shungites, παρακάτω παρουσιάζουμε τη γνώμη μας για αυτές και μερικές άλλες συχνές ερωτήσεις.

Επί του παρόντος, τα προϊόντα που κατασκευάζονται με χρήση σουνγκίτη Καρελίας έχουν γίνει ευρέως διαδεδομένα. Πρόκειται για διάφορα φίλτρα καθαρισμού νερού, πυραμίδες, μενταγιόν, προϊόντα που προστατεύουν από την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, πάστες και απλά θρυμματισμένη πέτρα shungite και πολλά άλλα είδη προϊόντων που προσφέρονται ως προληπτικά, θεραπευτικά και υγιεινά προϊόντα. Παράλληλα, κατά κανόνα, τα τελευταία χρόνια, οι φαρμακευτικές ιδιότητες διάφορα είδηΟι σουνγκίτες αποδίδονται στα φουλερένια που περιέχουν.

Λίγο μετά την ανακάλυψη των φουλερενίων το 1985, ξεκίνησε μια ενεργή αναζήτηση για αυτά στη Φύση. Τα φουλερένια ανακαλύφθηκαν στον καρελικό σουνγκίτη, όπως αναφέρεται σε διάφορες επιστημονικές δημοσιεύσεις. Με τη σειρά μας, έχουμε αναπτύξει εναλλακτικές μεθοδολογικές προσεγγίσεις για την απομόνωση των φουλερενίων από τους σουνγκίτες και την απόδειξη της παρουσίας τους. Οι μελέτες ανέλυσαν δείγματα που ελήφθησαν σε διάφορες περιοχές του Zaonezhye, όπου εμφανίζονται πετρώματα σουνγκίτη. Πριν από την ανάλυση, τα δείγματα σουνγκίτη συνθλίβονται σε κατάσταση μικροδιασποράς.

Ας θυμηθούμε ότι οι σουνγκίτες είναι ένα διάτρητο πυριτικό πλέγμα, τα κενά του οποίου γεμίζουν με άνθρακα σουνγκίτη, ο οποίος στη δομή του είναι ένα ενδιάμεσο προϊόν μεταξύ άμορφου άνθρακα και γραφίτη. Ο άνθρακας σουνγκίτη περιέχει επίσης φυσικές οργανικές ενώσεις χαμηλού και υψηλού μοριακού βάρους (POHCS) άγνωστης χημικής σύστασης. Οι σουνγκίτες διαφέρουν ως προς τη σύνθεση της ορυκτής βάσης (αλουμινοπυριτικό, πυριτικό, ανθρακικό) και τη σύνθεση του άνθρακα σουνγκίτη. Οι σουνγκίτες χωρίζονται σε χαμηλού άνθρακα (έως 5% C), μεσαίου άνθρακα (5 - 25% C) και υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα (25 - 80% C). Μετά την πλήρη καύση του σουνγκίτη, εκτός από το πυρίτιο, βρίσκονται στη στάχτη εκτός από το πυρίτιο Fe, Ni, Ca, Mg, Zn, Cd, V, Mo, Cu, Ce, As, W και άλλα στοιχεία.

Το φουλερένιο σε άνθρακα σουνγκίτη έχει τη μορφή ειδικών, πολικών συμπλεγμάτων δότη-δέκτη με PONVS. Επομένως, η αποτελεσματική εκχύλιση φουλλερενίων από αυτό με οργανικούς διαλύτες, για παράδειγμα, τολουόλιο, στο οποίο τα φουλερένια είναι εξαιρετικά διαλυτά, δεν λαμβάνει χώρα και η επιλογή μιας τέτοιας μεθόδου εκχύλισης συχνά οδηγεί σε αντικρουόμενα αποτελέσματα σχετικά με την πραγματική παρουσία φουλλερενίων στους σουνγκίτες.

Από αυτή την άποψη, έχουμε αναπτύξει μια μέθοδο για την εκχύλιση με υπερήχους μιας διασποράς σουνγκιτών με απορρυπαντικό νερού με την επακόλουθη μεταφορά φουλλερενίων από ένα πολικό μέσο στη φάση του οργανικού διαλύτη. Μετά από πολλά στάδια εκχύλισης, συμπύκνωσης και καθαρισμού, είναι δυνατό να ληφθεί ένα διάλυμα σε εξάνιο, τα φάσματα UV-vis και IR του οποίου είναι χαρακτηριστικά των φασμάτων του καθαρού φουλερενίου C60. Επίσης, ένα σαφές σήμα στο φάσμα μάζας με m/z = 720 (Εικ. παρακάτω) είναι μια ξεκάθαρη επιβεβαίωση της παρουσίας μόνο φουλλερενίου C60 στους σουνγκίτες.

252 Cf-PD φάσμα μάζας εκχυλίσματος σουνγκίτη. Το σήμα στο 720 amu είναι C60 φουλλερένιο, και τα σήματα στα 696, 672 είναι χαρακτηριστικά θραύσματα ιόντα φουλλερενίου C60 που σχηματίζονται υπό συνθήκες ιονισμού εκρόφησης πλάσματος.

Ωστόσο, ανακαλύψαμε ότι δεν περιέχει κάθε δείγμα σουνγκίτη φουλλερένια. Από όλα τα δείγματα σουνγκίτη που μας παρέχονται από το Ινστιτούτο Γεωλογίας του Καρελιανού Επιστημονικού Κέντρου της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών (Petrozavodsk, Ρωσία) και επιλέχθηκαν από διαφορετικές περιοχές εμφάνισης πετρωμάτων σουνγκίτη, το φουλλερένιο C 60 βρέθηκε μόνο σε ένα δείγμα Σουνγκίτης υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα που περιέχει περισσότερο από 80% άνθρακα. Επιπλέον, περιείχε περίπου 0,04 wt φουλερένιο. %. Από αυτό μπορούμε να συμπεράνουμε ότι δεν περιέχει κάθε δείγμα σουνγκίτη φουλερένιο, τουλάχιστον σε ποσότητα που μπορεί να ανιχνευθεί με σύγχρονες εξαιρετικά ευαίσθητες μεθόδους φυσικοχημικής ανάλυσης.

Μαζί με αυτό, είναι ευρέως γνωστό ότι οι σουνγκίτες μπορούν να περιέχουν μια αρκετά μεγάλη ποσότητα ακαθαρσιών, συμπεριλαμβανομένων ιόντων βαρέων πολυσθενών μετάλλων. Και επομένως, το νερό που έχει εγχυθεί με σουνγκίτη μπορεί να περιέχει ανεπιθύμητες, τοξικές ακαθαρσίες.

Αλλά γιατί τότε το πολεμικό νερό (φυσικό νερό της Καρελίας που περνά μέσα από βράχους που περιέχουν σουνγκίτη) έχει τόσο μοναδικές βιολογικές ιδιότητες; Ας θυμηθούμε ότι την εποχή του Πέτρου Α, και με προσωπική του πρωτοβουλία, ανακαλύφθηκε στην Καρελία η θεραπευτική πηγή «Marcial Waters» (για περισσότερες λεπτομέρειες, βλ.). Για πολύ καιρό, κανείς δεν μπορούσε να εξηγήσει τον λόγο για τις ιδιαίτερες θεραπευτικές ιδιότητες αυτής της πηγής. Θεωρήθηκε ότι η αυξημένη περιεκτικότητα σε σίδηρο σε αυτά τα νερά είναι ο λόγος για τις επιδράσεις που προάγουν την υγεία. Ωστόσο, υπάρχουν πολλές πηγές σιδήρου στη Γη, αλλά, κατά κανόνα, τα θεραπευτικά αποτελέσματα από τη λήψη τους είναι πολύ περιορισμένα. Μόνο μετά την ανακάλυψη του φουλερενίου σε πετρώματα σουνγκίτη μέσω των οποίων ρέει η πηγή, προέκυψε η υπόθεση ότι το φουλερένιο είναι κύριος λόγος, πεμπτουσία θεραπευτικό αποτέλεσμα Marcial Waters.

Πράγματι, το νερό που διέρχεται από στρώματα «πλυμένου» βράχου σουνγκίτη για μεγάλο χρονικό διάστημα δεν περιέχει πλέον αξιοσημείωτες ποσότητες επιβλαβών ακαθαρσιών. Το νερό είναι «κορεσμένο» με τη δομή που του δίνει ο βράχος. Το φουλερένιο που περιέχεται στον σουνγκίτη συμβάλλει στη διάταξη των υδάτινων δομών και στο σχηματισμό συστάδων ένυδρων που μοιάζουν με φουλερένιο σε αυτό και στην απόκτηση μοναδικών βιολογικών ιδιοτήτων των νερών Marcial. Ο σουνγκίτης ντοπαρισμένος με φουλερένιο είναι ένα είδος φυσικού δομητή για το νερό που διέρχεται από αυτόν. Ταυτόχρονα, κανείς δεν μπόρεσε ακόμη να ανιχνεύσει φουλλερένια στα ύδατα Marcial ή σε μια υδατική έγχυση σουνγκίτη: είτε δεν ξεπλένονται από σουνγκίτες, είτε εάν ξεπλένονται, τότε σε τόσο μικρές ποσότητες που δεν είναι ανιχνεύεται με οποιαδήποτε από τις γνωστές μεθόδους. Επιπλέον, είναι γνωστό ότι τα φουλερένια δεν διαλύονται αυθόρμητα στο νερό. Και αν τα μόρια φουλερενίου περιέχονταν στο Πολεμικό νερό, τότε οι ευεργετικές του ιδιότητες θα διατηρούνταν για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Ωστόσο, είναι ενεργό μόνο για μικρό χρονικό διάστημα. Ακριβώς όπως το «λιωμένο νερό», κορεσμένο με συμπλέγματα, δομές που μοιάζουν με πάγο, το νερό Marcial, που περιέχει ζωογόνους δομές που μοιάζουν με φουλερένιο, διατηρεί τις ιδιότητές του μόνο για λίγες ώρες. Κατά την αποθήκευση του πολεμικού νερού, καθώς και του "λιωμένου νερού", τα διατεταγμένα σμήνη νερού αυτοκαταστρέφονται και το νερό αποκτά δομικές ιδιότητες όπως το συνηθισμένο νερό. Επομένως, δεν έχει νόημα να ρίχνουμε τέτοιο νερό σε δοχεία και να το αποθηκεύουμε για μεγάλο χρονικό διάστημα. Του λείπει ένα στοιχείο σχηματισμού και υποστήριξης δομής - φουλλερένιο C 60 σε ενυδατωμένη κατάσταση, το οποίο είναι ικανό να διατηρεί διατεταγμένες συστάδες νερού για απεριόριστο χρονικό διάστημα. Με άλλα λόγια, για να διατηρήσει το νερό για μεγάλο χρονικό διάστημα τις φυσικές του δομές συστάδων, είναι απαραίτητη η συνεχής παρουσία ενός παράγοντα διαμόρφωσης δομής σε αυτό. Για αυτό, το μόριο φουλερενίου είναι το βέλτιστο, όπως πειστήκαμε μελετώντας τις μοναδικές ιδιότητες του ενυδατωμένου φουλερενίου C 60 για πολλά χρόνια.

Όλα ξεκίνησαν το 1995, όταν αναπτύξαμε μια μέθοδο για την παραγωγή μοριακών κολλοειδών διαλυμάτων ενυδατωμένων φουλερενίων στο νερό. Ταυτόχρονα, γνωρίσαμε ένα βιβλίο που αφηγείται τις ασυνήθιστες ιδιότητες των πολεμικών νερών. Προσπαθήσαμε να αναπαράγουμε τη φυσική ουσία των νερών Marcial σε εργαστηριακές συνθήκες. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε νερό υψηλής καθαρότητας, στο οποίο προστέθηκε ενυδατωμένο φουλερένιο C 60 σε πολύ μικρές δόσεις με χρήση ειδικής τεχνολογίας. Μετά από αυτό, άρχισαν να γίνονται διάφορες βιολογικές δοκιμές σε επίπεδο μεμονωμένων βιομορίων, ζωντανών κυττάρων και ολόκληρου του οργανισμού. Τα αποτελέσματα ήταν εκπληκτικά. Σχεδόν σε κάθε παθολογία, βρήκαμε μόνο θετικές βιολογικές επιδράσεις του νερού με ενυδατωμένο φουλερένιο C 60 και τα αποτελέσματα της χρήσης του όχι μόνο συνέπεσαν εντελώς, αλλά υπερέβαιναν από πολλές απόψεις τα αποτελέσματα που είχαν περιγραφεί για τα πολεμικά ύδατα στην εποχή του Πέτρου. Πολλές παθολογικές αλλαγές σε έναν ζωντανό οργανισμό υποχωρούν και επιστρέφει στην κανονική, υγιή του κατάσταση. Αλλά αυτό δεν είναι φαρμακευτικό προϊόνστοχευμένη δράση και όχι μια ξένη χημική ένωση, αλλά απλώς μια μπάλα άνθρακα διαλυμένη στο νερό. Επιπλέον, φαίνεται ότι το ενυδατωμένο φουλερένιο C 60 βοηθά στην επιστροφή σε «φυσιολογική κατάσταση» οποιωνδήποτε αρνητικών αλλαγών στο σώμα, αποκαθιστώντας και διατηρώντας εκείνες τις δομές που γέννησε, σαν μήτρα, στη διαδικασία της προέλευσης της ζωής.

Επομένως, προφανώς, δεν είναι τυχαίο ότι ο Orlov A.D. στο βιβλίο του «Ο σουνγκίτης είναι μια πέτρα καθαρού νερού», συγκρίνοντας τις ιδιότητες των σουνγκίτη και των φουλερενίων, μιλά για το τελευταίο ως την πεμπτουσία της υγείας.

1. Buseck et al. Φουλερένια από το Γεωλογικό Περιβάλλον. Science 10 Ιουλίου 1992: 215-217. DOI: 10.1126/science.257.5067.215.
2. Ν.Π. Ο Γιούσκιν. Σφαιρική υπερμοριακή δομή του σουνγκίτη: δεδομένα από μικροσκοπία σάρωσης σήραγγας. DAN, 1994, τομ. 337, αρ. 800-803.
3. V.A. Ο Ρέζνικοφ. Yu.S. Πολεχόφσκι. Ο άμορφος άνθρακας σουνγκίτη είναι ένα φυσικό μέσο για τον σχηματισμό φουλλερενίων. Επιστολές στον ZhTF. 2000. τ. 26. αιώνα. 15. σ.94-102.
4. Peter R. Buseck. Γεωλογικά φουλερένια: ανασκόπηση και ανάλυση. Earth and Planetary Science Letters.V 203, I 3-4, 15 Νοεμβρίου 2002, Σελίδες 781-792
5. Ν.Ν. Rozhkova, G. V. Andrievsky. Υδατικά κολλοειδή συστήματα με βάση τον άνθρακα σουνγκίτη και εξαγωγή φουλλερενίων από αυτά. The 4th Biennial International Workshop in Russia "Fullerene and Atomic Clusters" IWFAC"99 4 - 8 Οκτωβρίου 1999, Αγία Πετρούπολη, Ρωσία. Βιβλίο περιλήψεων, σ.330.
6. N.N Rozhkova, G.V. Αντριέφσκι. Φουλερένια σε άνθρακα σουνγκίτη. Σάβ. επιστημονικός λειτουργεί διεθνώς Symposium “Fullerene and fullerene-like structures”: 5-8 Ιουνίου 2000, BSU, Minsk, 2000, σελ. 63-69.
7. Ν.Ν. Rozhkova, G.V. Αντριέφσκι. Νανοκολλοειδή άνθρακα σουνγκίτη. εκχύλιση φουλερενίων με διαλύτες που περιέχουν νερό. Σάβ. Επιστημονικός πρακτικά του ΙΙΙ διεθνούς σεμιναρίου «Ορυκτολογία και ζωή: ομόλογα βιοορυκτών», 6-8 Ιουνίου 2000, Syktyvkar, Ρωσία, Geoprint, 2000, σ. 53-55.
8. Α.Ε. Βισνέφσκι. Θεραπευτικές περιοχές της Καρελίας. Κρατικός Εκδοτικός Οίκος της Αυτόνομης Σοβιετικής Σοσιαλιστικής Δημοκρατίας της Καρελίας, Petrozavodsk, 1957, 57 σελ.
9. Φουλερένια: Πεμπτουσία Υγείας. Κεφάλαιο στη σελ. 79-98 στο βιβλίο: A.D. Ορλόφ. "Ο Σουνγκίτης είναι μια πέτρα καθαρού νερού." Μόσχα-Αγία Πετρούπολη.