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Fulleren


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Mit Fulleren (Plural Fullerene ) wird eine spezielle Gruppe von ausschließlich Kohlenstoff bestehenden Makromolekülen der Zusammensetzung <math>C_n</math> bezeichnet gleichfalls die dritte Element-Modifikation des Kohlenstoffs (neben Diamant und Graphit ) darstellen. Ihre Entdecker R. Curl H. und R. Smalley erhielten 1996 den Nobelpreis Chemie. Die bekanntesten und stabilsten Vertreter haben Summenformeln <math>C_{60}</math> <math>C_{70}</math> <math>C_{76}</math> <math>C_{80}</math> <math>C_{82}</math> <math>C_{84}</math> <math>C_{90}</math> <math>C_{94}</math>. Das mit Abstand am besten ist <math>C_{60}</math> das zu Ehren des Architekten Fuller Buckminister-Fulleren genannt wurde da es den von konstruierten geodätischen Kuppeln ähnelt. Es besteht aus 12 Fünfecken 20 Sechsecken. Da ein Fußball die gleiche hat wird es auch Fußballmolekül (oder auf Englisch Bucky Ball ) genannt.

Bild 1: Struktur von &lt;math&gt;C_{60}&lt;/math&gt;

Bild 2: Fussball als Modell für &lt;math&gt;C_{60}&lt;/math&gt;-Fullerenmolekül.

Inhaltsverzeichnis

Herstellung

Graphit wird unter Schutzgas mit einer Widerstandsheizung am Lichtbogen verdampft. Dabei entstehen kleine Kohlenstoff-Moleküle <math>C_2</math> <math>C_4</math> und <math>C_6</math> die bei Abkühlung zu größeren Einheiten zusammentreten. Im Ruß der nach Abkühlung zurückbleibt werden die aber auch Kohlenstoff- Nanoröhren gefunden. Durch Chromatographie können die Bestandteile des Ruß aufgetrennt die Fullerene isoliert werden.

Eigenschaften

Die Fullerene sind braun-schwarze Pulver von Glanz. Sie lösen sich in organischen Lösungsmitteln charakteristischer Färbung. An der Luft zersetzen sich Fullerene langsam unter Bildung von Graphit.

Struktur und Stabilität

Alle bekannten Fullerene bestehen aus 12 die von einer unterschiedlichen Anzahl an Sechsecken sind. Durch die Unmöglichkeit eine Ebene mit vollständig zu bedecken ergibt sich die sphärische (Bild 3).

Bild 3: Konstruktion einer gewölbten Fläche durch und Sechsecke

<math>C_{60}</math> hat Ikosaeder -Symmetrie. Die Fullerene mit mehr als 60 weichen zwangsläufig von der Kugelform ab <math>C_{70}</math> ist ein Ellipsoid .

Die Stabilität eines Fullerens ist dann größten

  • wenn die Fünfecke nicht aneinander grenzen nur von Sechsecken umgeben sind ( Fünfeckregel )
  • der aromatische Charakter ausgeprägt ist (siehe Aromatizität )
  • wenn es eine magische Zahl (60 70 76 usw.) an C-Atomen

Reaktionen von <math>C_{60}</math>

<math>C_{60}</math> besitzt einen Hohlraum mit einem von 700 pm in den Metall- und eingelagert werden können. Ein Beispiel ist die des Heliums die mit der Notation He@<math>C_{60}</math> korrekt wird. He@<math>C_{60}</math> wird erhalten wenn Graphit in Helium-Atmosphäre verdampft wird.

Weiterhin kann <math>C_{60}</math> die für Aromaten auch Olefine typischen Reaktionen wie Hydrierung Halogenierung Ozonolyse und Birch-Reduktion eingehen. Jedoch findet in der Regel vollständige Umsetzung aller Doppelbindungen statt; nur mit Fluor kann die Zusammensetzung <math>C_{60}F_{60}</math> erreicht werden.

Weitere interessante Verbindungen sind die ionischen <math>C_{60}</math> kann mit Natrium und Kalium reduziert Dabei entstehen Verbindungen der Zusammensetzung <math>MC_{60}</math> <math>M_2C_{60}</math> <math>M_3C_{60}</math> (M = Na K). <math>KC_{60}</math> kristallisiert Natriumchlorid-Gitter . In <math>K_3C_{60}</math> liegt das <math>C_{60}\!^{3-}</math>-Anion vor bildet eine kubisch-dichteste Kugelpackung; <math>K^+</math> ist in Tetraeder- und Oktaeder-Lücken eingebaut. <math>K_3C_{60}</math> ist ein Supraleiter .

Die Nanopartikel stellen Gefahren für die Umwelt dar zum Teil noch nicht erforscht sind. Nachgewiesen folgende Auswirkungen:

  • Wasserflöhe sterben nach dem Kontakt mit
  • Fischen bekommen nach dem Kontakt Gehirnstörungen

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