Фуллерены – удивительные полициклические структуры сферической формы, состоящие из атомов углерода, связанных в шести- и пятичленные циклы. Это новая модификация углерода, для которой, в отличие от трех ранее известных модификаций (алмаза, графита и карбина), характерна не полимерная, а молекулярная структура, т.е. молекулы фуллеренов дискретны.
Свое название эти вещества получили по имени американского инженера и архитектора Ричарда Букминстера Фуллера,
конструировавшего полусферические архитектурные сооружения, состоящие из шести- и пятиугольников.
Первоначально возможность существования структуры, состоящей из 60 углеродных атомов (C60-фуллерена),
была обоснована теоретически (Д.А. Бочвар, Е.Н. Гальперин, СССР, 1978 г.).
В 1980-х гг. астрофизическими исследованиями установлено присутствие чисто углеродных молекул различного размера на некоторых звездах ("красных гигантах"). Впервые фуллерены C60 и C70 были синтезированы в 1985 г
Х. Крото и Р. Смолли из графита под действием мощного лазерного пучка (Нобелевская премия по химии, 1996 г). Получить C60-фуллерен в количествах, достаточных для исследований, удалось в 1990 г Д. Хаффману и В. Кретчмеру, которые провели испарение графита с помощью электрической дуги в атмосфере гелия. В 1992 г. были обнаружены природные фуллерены в углеродном минерале - шунгите (свое название этот минерал получил от названия поселка Шуньга в Карелии) и других докембрийских породах.
Молекулы фуллеренов могут содержать от 20 до 540 углеродных атомов, расположенных на сферической поверхности. Наиболее устойчивое и лучше изученное из этих соединений – C60-фуллерен (60 атомов углерода) состоит из 20 шестичленных и 12 пятичленных циклов:
C60-фуллерен
3D-модель
Все атомы углерода в молекуле C60-фуллерена находятся в sp2-гибридном состоянии и связаны с тремя другими атомами углерода. Негибридизованные p-орбитали углеродных атомов располагаются перпендикулярно сферической поверхности,
образуя π-электронное облако снаружи и внутри сферы.
Углеродный скелет молекулы C60-фуллерена представляет собой усечённый икосаэдр.
Икосаэдр (от греч. eikosi - двадцать,
hedra - грань) - правильный многогранник, имеющий 20 граней (в виде равносторонних треугольников),
30 ребер, 12 вершин (в каждой сходится 5 ребер). Усечённый икосаэдр образован отсечением вершин икосаэдра и cостоит из 32 граней,
из которых 12 - правильные пятиугольники и 20 - правильные шестиугольники.
Данный многогранник имеет 60 вершин, в каждой из которых сходится 3 ребра. По форме этот многогранник похож на футбольный мяч.
