Fulleren – definition och fakta om kol-molekyler i sfärer och nanorör
Fulleren – lär dig definition, egenskaper och upptäckt av kolmolekyler i sfärer (buckyballs) och nanorör. Fakta, tillverkning och användningar av C60 och kolnanorör.
En fulleren är en molekyl som består helt av kol i form av en ihålig sfär, en ellipsoid eller ett rör. De sfäriska fullerenerna kallas ofta buckyballs och liknar de bollar som används i föreningsfotboll, medan de cylindriska varianterna kallas kolnanorör eller buckytubes. Fullerenen upptäcktes 1985 av Robert Curl, Harold Kroto och Richard Smalley vid University of Sussex och Rice University, och uppkallades efter Buckminster Fuller eftersom hans berömda geodetiska kupoler har en liknande form.
Struktur och vanliga varianter
Den mest kända fullerenen är C60, ofta kallad buckminsterfulleren eller C60-fulleren, som består av 60 kolatomer bundna i ett mönster av fem- och sexhörningar (liknande en fotboll). Det finns också andra vanliga former som C70 och större klustermolekyler. Fullerenfamiljen inkluderar även endohedral-fullerener (där atomer eller joner finns inneslutna i den ihåliga strukturen) och exohedral-derivat (där andra atomer och grupper binder till utsidan).
Framställning
Fullerener framställs ofta genom att man förångar eller förkolnar kol i en kontrollerad miljö. Ett vanligt laboratorieförfarande är att upphetta grafit med en elektrisk ljusbåge i närvaro av inerta gaser som helium eller argon. Genom att sedan samla upp och separera de bildade kolklustren med hjälp av kromatografi kan man isolera olika fullerener såsom C60 och C70. Det finns även andra syntesmetoder, till exempel laserförångning och pyrolys av kolhaltiga föreningar, samt katalytiska metoder för att producera kolnanorör.
· 
Roterande struktur hos C60
Fysiska och kemiska egenskaper
Fullerener har unika egenskaper som skiljer dem från andra kolformer som grafit och diamant:
- Geometri: Ihåliga, symmetriska strukturer med hög konjugation av π-elektroner.
- Elektriska egenskaper: Beroende på struktur och dopning kan fullerener vara isolatorer, halvledare eller uppvisa supraledning vid låga temperaturer (i vissa dopade material).
- Mechaniska egenskaper: Särskilt kolnanorör är mycket starka och har hög draghållfasthet och styvhet.
- Kemisk reaktivitet: Ytan kan funktionaliseras (binda till kemiska grupper) vilket gör fullerener användbara i organisk syntes, läkemedel och materialvetenskap.
- Solubilitet: Rena fullerener som C60 är svårlösliga i vatten men lösliga i vissa organiska lösningsmedel; funktionalisering ökar lösligheten i polära medier.
· .svg.png)
En fotboll är en modell av C60-fullerenen.
Tillämpningar
Fullerener och kolnanorör används eller studeras för en rad olika tillämpningar:
- Materialförstärkning (polymerkompositer) tack vare höga mekaniska egenskaper.
- Elektronik och optoelektronik — i organiska solceller, transistorer och som ledande eller halvledande komponenter.
- Medicin — som bärarmolekyler för läkemedel, som antioxidanter i viss forskning och i bilddiagnostik under utveckling (endohedral metallinneslutningar kan ge speciella magnetiska egenskaper).
- Katalys och energilagring — i elektroder för batterier och superkondensatorer samt som katalysatorstöd.
· 
Nätverk för C60-fullerenen
Historia och namngivning
Upptäckten 1985 belönades med Nobelpriset i kemi 1996 till Robert Curl, Harold Kroto och Richard Smalley för deras arbete med fullerenforskning. Namnet syftar till arkitekten Buckminster Fuller på grund av likheten mellan C60:s struktur och hans geodetiska kupoler.
Säkerhet och miljö
Fullerener är nanomaterial, och deras hälso- och miljöeffekter studeras aktivt. Toxicitet beror på partikelstorlek, ytbehandling och exponeringstyp. Funktionaliserade fullerener som är lösliga i vatten kan bete sig annorlunda än rena C60-kristaller. Försiktighetsåtgärder vid hantering i labb och industri rekommenderas, och säkerhetsdatablad bör följas.
Sammanfattning
Fullerener är en mångsidig klass av kolmolekyler med unika geometriska, elektriska och mekaniska egenskaper. Från C60-buckyballs till kolnanorör har de gett upphov till ny materialforskning och potentiella tillämpningar inom elektronik, medicin och materialteknik. Fortsatt forskning fokuserar på bättre syntesmetoder, funktionalisering och förståelse av deras interaktioner med biologiska system och miljön.
Frågor och svar
Fråga: Vad är en fulleren?
S: En fulleren är en molekyl som består helt av kol i form av en ihålig sfär, en ellipsoid eller ett rör.
Fråga: Vem upptäckte fullerenen?
Svar: Fullerenen upptäcktes 1985 av Robert Curl, Harold Kroto och Richard Smalley vid University of Sussex och Rice University.
F: Varför är den uppkallad efter Buckminster Fuller?
S: Den är uppkallad efter Buckminster Fuller eftersom hans berömda geodetiska kupoler har samma form som de sfäriska fullerenerna, som också kallas buckyballs.
F: Hur tillverkas fullerener?
S: Fullerener tillverkas vanligen genom att grafit värms upp i en ljusbåge i närvaro av inerta gaser som helium eller argon.
Fråga: Vad avser C60?
S: C60 avser en roterande struktur av en viss typ av fulleren som liknar en fotboll.
Fråga: Vad avser nätverket av C60?
S: C60:s nätverk avser dess kemiska struktur som består av 60 kolatomer som är sammankopplade med bindningar som bildar hexagoner och pentagoner som de som finns på en fotboll.
Sök