carbon sáu mươi

19

Cacbon 60 nguyên tử

Khoảng một năm trước, một báo cáo xuất hiện trên các tạp chí khoa học cho biết các nhà hóa học đã phát hiện ra một phân tử có hình dạng khác thường, “được tạo thành” từ 60 nguyên tử carbon. Công thức hóa học của phân tử đó là C₆₀. Tất cả sáu mươi nguyên tử của nó đều nằm ở các đỉnh của một icasadr bị cắt cụt - một khối đa diện có 60 đỉnh, 32 cạnh và 90 cạnh.

Những gì đã được nói rõ ràng cần phải bình luận. Trước hết, bạn cần phải sống đúng với ý nghĩa của việc “khám phá… một phân tử”. Thực tế là phân tử C₆₀ không được tổng hợp, chẳng hạn như phân tử mười hai C₂0H₂0 đã được tổng hợp cách đây vài năm (xem «Kvant», 1983, Số 9, trang 21), mà được phát hiện ra. Khi carbon bay hơi (bằng cách nung nóng) thành dòng gel trơ, người ta đã phát hiện ra sự hình thành các dạng (cụm) nhỏ gọn và khá ổn định của một số lượng lớn nguyên tử carbon. Thật bất ngờ, hóa ra lớp gồm 60 nguyên tử được hình thành nhiều nhất - trong mọi trường hợp, gấp 5-6 lần so với lớp gồm 59 hoặc 61 nguyên tử.

Có thể các phân tử 60 nguyên tử tồn tại là nhờ… hình học. Và lưu ý rằng một phân tử càng được tổng hợp nhiều thì càng khác biệt (năng lượng liên kết của nó càng lớn). Đây là lý do tại sao các phân tử dodecadron ổn định và các phân tử gồm 60 nguyên tử cacbon mới được phát hiện, trong khi các phân tử gồm 59 hoặc 61 nguyên tử không tồn tại được lâu và nhanh chóng tan rã.

Phân tử mới “có cấu trúc” như thế nào? Ví dụ, icasadr bị cắt cụt có lẽ gần như quen thuộc với một quả bóng đá “chính thức”, được khâu từ 20 hình lục giác (thường là màu sáng) và 12 hình ngũ giác (thường là màu tối). Hãy nhìn kỹ quả bóng này. Mối liên hệ của anh ta với Ikasadr không thể hiện rõ ngay lập tức - anh ta đã đốt cháy quá nhiều! Tuy nhiên, kết nối cũng rất trực tiếp.

Hãy tưởng tượng một icasadr - một khối đa diện có 20 cạnh hình tam giác và 12 đỉnh, trong đó các cạnh hội tụ dọc theo đường đi. Chúng ta hãy cắt một hình chóp từ mỗi đỉnh để tạo thành một hình ngũ giác ở vị trí của đỉnh. Các phần còn lại của các mặt cùng nhau có 3 cạnh và trở thành 6. Nếu bạn tạo thành nó “chính xác”, thì các hình lục giác sẽ đều và sẽ có 20 hình lục giác - cùng số với số mặt và hình chữ nhật. Kết quả là một khối đa diện có 12+20=32 cạnh. Nó có 60 đỉnh, vì các mặt phẳng có 5×12+6×20=180 đỉnh và tại mỗi đỉnh của khối đa diện có 3 mặt giống nhau (180:3=60). Số lượng xương sườn có thể được đếm theo nhiều cách khác nhau. Ví dụ như thế này. Tại mỗi đỉnh có 3 cạnh hội tụ nên các đầu của các cạnh sẽ là 3x60=180 và các đầu của các cạnh sẽ là 180:2=90. Do đó, ikasadr “biến” thành một đoạn bị cắt ngắn.

Và bây giờ bài toán. Carbon có điều kiện là hóa trị 4 và chỉ có 3 cạnh kéo dài từ mỗi đỉnh của icasadr bị cắt cụt. Điều này có nghĩa là một liên kết phải gấp đôi. Trong cấu trúc của các công thức hóa học, liên kết đôi thường được biểu thị bằng một đường đôi. Các đường đôi nên được định vị như thế nào để một và chỉ một đường đôi kéo dài từ mỗi đỉnh của icasadr bị cắt cụt? Tính xem có bao nhiêu cách thực hiện được việc này. (Lưu ý rằng bài toán này rất quan trọng để xác định mức độ ổn định của các phân tử - các nhà hóa học biết rằng càng có nhiều cách tạo liên kết đôi thì phân tử càng ổn định.)

Điều thú vị là phân tử mới được phát hiện có thể được sử dụng như một “cái lồng”, bên trong đó một số nguyên tử có thể bị “khóa”. Trong trường hợp này, nguyên tử sẽ được kết nối với “tế bào” như một tù nhân, nhưng không bị “xiềng xích” với nó bằng liên kết hóa học. Đây là cách chúng tôi “khóa” các nguyên tử lanthanum. “Chiếc lồng” khá rộng rãi - kích thước của các phân tử C₆0 xấp xỉ 7·10⁻¹⁰ m, lớn hơn 14 lần so với kích thước của một nguyên tử hydro.

Có giả thuyết cho rằng phân tử C₆0 có thể tham gia vào quá trình hình thành tổ chức các phân tử trong không gian.

Gần đây, người ta gợi ý rằng có thể có một phân tử không thể dạy được khác, C₁20, có “hình học” thậm chí còn gần với hình cầu hơn. Các nguyên tử của phân tử như vậy phải nằm ở các đỉnh của khối đa diện có 62 mặt, 180 cạnh và 120 đỉnh. Vẫn chưa rõ mức độ thực tế của sự tồn tại của một hợp chất kỳ lạ như vậy.

Bydem theo dõi tin tức.

TÔI Ở VỚI.