碳的同素異形體

1、碳的同素異形體碳的同素異形體王法澤F0611004班5061109114摘要：摘要：歸納總結(jié)了碳的四種同素異形體，并從結(jié)構(gòu)和性質(zhì)方面進行簡要地比較，從而體現(xiàn)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的化學(xué)思想。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：同素異形體、富勒烯、碳納米管。碳是最早被發(fā)現(xiàn)和利用的元素之一。長期以來人們以為單質(zhì)碳的同素異形體有金剛石、石墨和無定形碳三種，1985年C60的發(fā)現(xiàn)將人類領(lǐng)入認識碳的全新領(lǐng)域——富勒烯，美國科學(xué)家Curl和Smalley教授及英國科學(xué)家Krot

2、o教授為此獲得1996年諾貝爾化學(xué)獎。從平面低對稱性分子到全對稱的球形分子，從簡單分子到富勒烯籠內(nèi)包原子的超分子，從一維超導(dǎo)到三維超導(dǎo)，從平面的石墨到一維管狀的碳納米管，富勒烯已經(jīng)廣泛地影響到物理、化學(xué)、材料科學(xué)、生命及醫(yī)藥科學(xué)各領(lǐng)域，極大地豐富和提高了科學(xué)理論，同時也顯示出巨大的潛在應(yīng)用前景。圖1各種結(jié)構(gòu)的碳：金剛石，C60，石墨，（10，10）型納米碳管（FromNanotubeimagegalleryatRiceUniversit

3、y）下面簡單介紹幾種同素異形體的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)：成的σ鍵，是以sp2.28雜化軌道（s成分為30％，p成分為70％）形成的σ鍵。C60的л鍵垂直于球面，含有10％的s成分，90％的p成分，即為s0.1p0.9。C60中兩個σ鍵間的夾角為106o，σ鍵和л鍵的夾角為101.64o。由于C60的共軛π鍵是非平面的，環(huán)電流較小，芳香性也較差，顯示不飽和雙鍵的性質(zhì)，易于發(fā)生加成、氧化等反應(yīng)，現(xiàn)已合成了大量的C60衍生物。富勒烯及其衍生物具有許多優(yōu)異

4、的性能，具有超導(dǎo)，半導(dǎo)體，強磁性等特點，在光、電、磁等領(lǐng)域有潛在的應(yīng)用前景。例如，摻雜有堿金屬的C60－K3C60和Rb3C60，具有超導(dǎo)性，有較高的超導(dǎo)臨界溫度，分別為18K和28K。最近，美國朗訊公司貝爾實驗室將氯仿（CHCI3）和溴仿（CHBr3）摻入C60中，使超導(dǎo)臨界溫度大大提高。將來如能將C60摻雜物的超導(dǎo)臨界溫度提高到室溫，人類就得到了極理想的超導(dǎo)材料。（5）碳納米管的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1)結(jié)構(gòu)：碳納米管(Carbonnanotu

5、be)是1991年被日本科學(xué)家飯島（Iijima）發(fā)現(xiàn)的一種針狀的管形碳單質(zhì)結(jié)構(gòu)。理想碳納米管是由碳原子形成的石墨烯片層卷成的無縫、中空、兩端基本上都封口的管體。石墨烯的片層一般可以從一層到上百層，含有一層石墨烯片層的稱為單壁納米碳管(SinglewalledcarbonnanotubeSWNT)，多于一層的則稱為多壁納米碳管(MultiwalledcarbonnanotubeMWNT)。SWNT的直徑一般為1－6nm，最小直徑大約為0

6、.5nm，與C36分子的直徑相當(dāng)?shù)玈WNT的直徑大于6nm以后特別不穩(wěn)定，會發(fā)生SWNT管的塌陷，長度則可達幾百納米到幾個微米。因為SWNT的最小直徑與富勒烯分子類似，故也有人稱其為巴基管或富勒管。MWNT的層與層之間保持固定的距離，約為0.34nm，直徑一般為2～2Onm，長度一般在微米量級，最長者可達數(shù)毫米。由于碳納米管具有較大的長徑比，所以可以把其看圖3碳納米管的高分辨電子顯微鏡照片，從左到右為SWNT，MWNT（包含2層、3層、