Растворимость фуллеренов

С
₆₀в растворе

С
₆₀в оливковом масле первого отжима, показывающем характерный фиолетовый цвет чистого C
₆₀решения

Растворимость фуллеренов , как правило, низкая. Сероуглерод растворяет 8 г/л C60, а лучший растворитель ( 1-хлорнафталин ) растворяет 53 г/л. up Тем не менее, фуллерены являются единственным известным аллотропом углерода , который может быть растворен в обычных растворителях при комнатной температуре. Помимо этих двух, хорошими растворителями для фуллеренов являются 1,2-дихлорбензол , толуол , п-ксилол и 1,2,3-трибромпропан . Фуллерены очень нерастворимы в воде и практически нерастворимы в метаноле .

Растворы чистого C ₆₀ (бакминстерфуллерена) имеют темно-фиолетовый цвет. Растворы C 70 имеют красновато-коричневый цвет. Более крупные фуллерены C76к С84имеют различные цвета. C76имеет две оптические формы, в то время как другие более крупные фуллерены имеют несколько структурных изомеров.

Общие соображения

Некоторые структуры фуллеренов не растворимы, поскольку имеют небольшую запрещенную зону между основным и возбужденным состояниями . К ним относятся малые фуллерены C
₂₈, ^[1] С
₃₆и С
₅₀. С
₇₂Структура также относится к этому классу, но эндоэдральная версия с захваченным атомом лантаноидной группы растворима из-за взаимодействия атома металла и электронных состояний фуллерена. Исследователи изначально были озадачены C
₇₂отсутствуя в экстракте сажи, полученном из фуллереновой плазмы, но обнаруживаясь в эндоэдральных образцах. Фуллерены с малой запрещенной зоной обладают высокой реакционной способностью и связываются с другими фуллеренами или частицами сажи.

Растворимость С
₆₀в некоторых растворителях проявляет необычное поведение из-за существования сольватных фаз (аналогов кристаллогидратов). Например, растворимость C
₆₀в растворе бензола показывает максимум при температуре около 313 К. Кристаллизация из раствора бензола при температурах ниже максимальной приводит к образованию триклинного твердого сольвата с четырьмя молекулами бензола C
₆₀·4 С
₆H _{6 ,} который на воздухе весьма нестабилен. Вне раствора эта структура распадается на обычную гранецентрированную кубическую (ГЦК) C
₆₀в течение нескольких минут. При температурах выше максимума растворимости сольват нестабилен даже при погружении в насыщенный раствор и плавится с образованием ГЦК C
₆₀. Кристаллизация при температурах выше максимума растворимости приводит к образованию чистого ГЦК С
₆₀. Кристаллы C размером в миллиметр
₆₀и С
₇₀можно выращивать из раствора как сольваты, так и чистые фуллерены. ^{[2] [3]}

Таблица растворимости

Ниже приведены некоторые значения растворимости для C
₆₀и С
₇₀из литературы, в граммах на литр. ^{[4] [5] [6] [7] [8]}

Смотрите также

• Химия фуллеренов

Ссылки

1. Го, Т.; Смолли, Р. Э.; Скусерия, Г. Э. (1993). "Теоретические предсказания ab initio C
   ₂₈, С
   ₂₈Н ₄ , С
   ₂₈F ₄ , (Ti@ C
   ₂₈)H ₄ , и M@ C
   ₂₈(M = Mg, Al, Si, S, Ca, Sc, Ti, Ge, Zr и Sn)". Журнал химической физики . 99 (1): 352. Bibcode : 1993JChPh..99..352G. doi : 10.1063/1.465758.
2. Талызин, А.В. (1997). «Фазовый переход С»
   ₆₀− С
   ₆₀*4 С
   ₆H ₆ в жидком бензоле». Журнал физической химии B. 101 ( 47): 9679–9681. doi :10.1021/jp9720303.
3. Талызин, А.В.; Энгстрем, И. (1998). " С
   ₇₀в растворах бензола, гексана и толуола». Журнал физической химии B. 102 ( 34): 6477–6481. doi :10.1021/jp9815255.
4. Бек, Михай Т.; Манди, Геза (1997). «Растворимость C
   ₆₀". Фуллерены, нанотрубки и углеродные наноструктуры . 5 (2): 291–310. doi :10.1080/15363839708011993.
5. Безмельницын, ВН; Елецкий, А.В.; Окунь, М.В. (1998). «Фуллерены в растворах». Успехи физических наук . 41 (11): 1091–1114. Bibcode :1998PhyU...41.1091B. doi :10.1070/PU1998v041n11ABEH000502.
6. Руофф, Р. С.; Це, Дорис С.; Малхотра, Рипудаман; Лоренц, Дональд К. (1993). «Растворимость фуллерена (С60) в различных растворителях» (PDF) . Журнал физической химии . 97 (13): 3379–3383. doi :10.1021/j100115a049.
7. Сивараман, Н.; Дамодаран, Р.; Калиаппан, И.; Шринивасан, Т.Г.; Васудева Рао, ПРП; Мэтьюз, CKC (1994). «Растворимость C
   ₇₀в органических растворителях». Фуллереновая наука и технология . 2 (3): 233–246. doi :10.1080/15363839408009549.
8. Семенов, КН; Чарыков, НА; Кескинов, ВА; Пиартман, АК; Блохин, АА; Копырин, АА (2010). «Растворимость легких фуллеренов в органических растворителях». Journal of Chemical & Engineering Data . 55 : 13–36. doi :10.1021/je900296s.