Richard Buckminster Fuller

IntroducereRezumatIstoric i denumireCe sunt fulerenele?Reprezentani Proprieti fiziceProprieti chimicePosibile aplicaiiConcluzii Bibliografie

Pentru acest proiect am ales tema FULERENELE deoarece sunt o speran a viitorului.Cunotinele noastre despre carbon sunt cam tot att de vechi ca i cele despre foc, dar, cu toate acestea, fiecare secol, fiecare deceniu chiar, deschid noi perspective asupra acestui, n aparen, att de banal element numit FULEREN.

Fulerenele reprezint o clas de compui de atomi de carbon.Au culoarea neagr, sunt opace, solubile i slab conductoare de electricitate i cldur.Sunt o provocare pentru viitor, avnd utilizri nc nedescoperite.

nainte de 1985 se cunoteau doar dou forme alotropice ale carbonului: diamantul i grafitul. Cea de a treia form alotropic a carbonului,FULERENELE, a fost descoperit de H. W. Kroto, R. E. Smalley, R. F. Curl i colaboratorii acestora.Prima publicaie care a prezentat fulerena este revista "Nature" n numrul din 4-20 noiembrie 1985. ase ani mai trziu, n 1991, revista Science va declara fulerena molecula anului.Dup ce au elucidat structura fulerenei, cei trei descoperitori ai acesteia au luat premiul Nobel pentru chimie n 1996 pentru descoperirea i cercetarea fulerenelor.Numele lor provine de la numele americanului Richard Buckminster Fuller , creatorul domului geodezic.

Fulerenele sau "C60" reprezint o clas de compui de atomi de carbon, care prezint per ansamblul structurii fie forme sferice de tip dom geodezic (C60, C540) sau forme cilindric de "tip cuc" (nanotuburile). Aceast clas de substane este considerat, alturi de carbonul amorf, grafitul i diamantul o form alotropic distinct a carbonului. Din punct de vedere al legturilor chimice dintre atomii de carbon constituei, fulerenele sunt nrudite structural cu grafitul.

Domul geodezic al lui Fuller

Principalul reprezentant al clasei este fulerena C60, care are 60 de atomi de carbon aranjai ntr-o structur icosaedric. Unul din cele 5 solide platonice, icosaedrul este un poliedru format din 12 fee pentagonale i 20 de fee hexagonale. Structura este extrem de asemanatoare cu cea a unei mingi de fotbal modern, al crui design a fost total inspirat de domul geodezic a lui Fuller. C60 este cea mai mic fuleren stabil (cu fee pentagonale non-adiacente i alternativ hexagonale).O clas de compui strns nrudii, practic fulerene mult alungite, sunt nanotuburile de carbon, descoperite dupa 1991 de ctre japonezul Sumio Iijima, specialist n microscopie electronic.

Fulerena C60 Nanotub avnd o structur de fuleren aflat ntr-o rotaie simulat nfind structura sa tridimensional.

Fulerene cu numar de atomi de carbon mai mare decat 60

C70C76C84

Fulerenele prezint urmatoarele proprieti:solide negreopaceduritate micslab conducatoare de cldur i electricitatesolubile n benzinq=1,75-2,19 g/ cm2

Fulerenele reprezint un exemplu al unei clase complet nou de compui organici . Una din primele ntrebri pe care i le-au pus chimitii organicieni a fost " Care sunt proprietile chimice ale acestor substane?"Se tie c atomii de carbon din fulerene sunt hibridizai sp2 , C60 se poate asemna cu benzenul, C6H6, sau ca eten, care este o alchen tipic. Dubla legatur n alchene este reactiv, ea putnd adiiona multi compusi, modificandu-si hibridizarea de la sp2 la sp3. Moleculele aromatice sunt destul de stabile n comparaie cu alte clase de substane care au legturi duble. Cei ase electroni ai celor 3 legturi din molecula de benzen conduc la o stabilitate mare i o reactivitate sczut la legturile duble.

Astfel, substane care n mod obinuit reacioneaz la dubla legatur a alchenelor au tendina de a nu ataca benzenul. Dac reacia are loc cu un derivat al benzenului, produsul este de obicei un produs de substituie, n care legtura C-H din benzen este nlocuita cu o legtur C-X (X fiind gruparea cu care s-a substituit nucleul aromatic), dar C60 nu are legturi C-H care pot fi substituite. O alt curiozitate a chimiei fulerenelor este faptul c C60 poate adiiona diferite categorii de substane n dou moduri diferite la o dubl legtur mparit de dou hexagoane ( o legatur 6-6) sau la o dubl legatur mparit de un hexagon i un pentagon ( o legtur 6-5). Acest fapt conduce la posibilitatea apariiei unui numar mare de izomeri la adiia unor substane la C60.

Reactiile fulerenei C60 nu sunt recii guvernate de caracterul aromatic n adevaratul sens al cuvntului. Din acest motiv exist 2 proprieti care influeneaz mecanismul de reacie al fulerenelor: Delocalizarea electronic este slabC60 poate fi privit mai degrab ca o mare sfer format din alchene conjugate dect ca o molecul aromatic.Deoarece toi atomii de carbon ai moleculei sunt hibridizai sp2 ei exercit un efect -I la fiecare legtur dubl .Acest fapt duce la o cretere a deficitului de electroni i la favorizarea unui atac nucleofilasipr acestei molecule. Acest lucru se observ i n modul su de oxidare i din caracterul electrofil al acesteia. Datorit proprietilor menionate mai sus C60 actioneaz ca un excelent reactant electrofil. O alt curiozitate este faptul c legatura ce unete dou hexagoane este mai scurt dect legatura ce unete un hexagon de un pentagon, motiv pentru care adiiile au de obicei loc la legtura dintre dou hexagoane. Prezena a 30 de astfel de legturi n C60 este o alt cauz ce duce la obinerea unei varieti de aduci.

1. Descompunerea fulerenelor sub aciunea laseruluiS-a descoperit c dac se supun fulerenele la aciunea unui laser nu foarte puternic atunci structura lor de tip cuc nu se va distruge imediat ci se va restrnge pierznd treptat cte 2 atomi de carbon, pn cnd se ajunge la C32. Dup aceea clusterul se sparge n fragmente. A fost propus un mecanism pentru aceast pierdere a unui fragment C2, exemplificat n figura urmtoare: 2.Reacii redoxC60 i C70 au proprieti similare putnd fi supuse la ase reduceri reversibile a cte un electron. Au fost astfel obtinui toi anionii de la C60- pn la C606 - i de la C70- pn la C706 - . Oxidarea C60 i a C70 este, ns, ireversibil. Primul potenial de reducere, pentru ambele fulerene, este de aproximativ 1,0 V (pentru cuplul C60/C60-), indicnd c au proprieti de acceptor de electroni. C76 prezint att proprieti de donor ct i de acceptor de electroni.

3.Comportarea C60 n reaciile de halogenareC60 are tendina de a evita prezena dublelor legturi n cadrul pentagoanelor, ceea ce conduce la diminuarea delocalizrii electronice i a aromaticitii sale. Aceasta se comport n unele cazuri ca o alchen cu deficit electronic, reacionnd cu specii bogate n electroni, iar n alte cazuri se comport ca compuii aromatici.Un exemplu pentru comportarea de tip alchenic este reacia cu halogenii. Formarea compusului C60Br24 prin reacia dintre C60 solid cu brom lichid pur dureaz de obicei 5-8 zile, dar n septembrie 1996 o nou metod a fost dezvoltat la Widener University, care reduce timpul de reacie la aproximativ o or. Mecanismul se crede a fi similar unei substituii electrofile aromatice. Se formeaz din srm de fier introdus i brom FeBr3 (un acid Lewis), care catalizeaz reacia prin polarizarea moleculei de Br2 pentru atacul electrofil.Un alt exemplu de substituie electrofil aromatic este formarea compusului C60Ph5H, care se obine att prin reducerea compusului C60Ph5Cl, rezultat din reacia C60Cl6 cu benzen i FeCl3, ct i prin reacia dintre C60 i Br2 / FeCl3 / benzen ca produs principal.

4. Bromurarea fulerenei C60Alchenele adiioneaz brom la dubla legtur mult mai uor dect hidrocarburile aromatice. Deoarece bromul este un lichid galben-brun aceast reacie poate fi urmarit prin simpla observare a schimbrii culorii soluiei, aceasta decolorndu-se pe masur ce se consum bromul. Oricum dac produsul organic ce se obine n reacie este colorat s-ar putea s nu se observe o decolorare ci doar o modificare de culoare.

5. Reacia de cicloadiie a fulerenei C60 la compui nesaturai care conin heteroatomi de sulf i azotAceast reacie a fost studiat de ctre un grup de cercettori de la Institute of Petrochemistry and Catalysis din Rusia .S-a studiat o nou reacie de cicloadiie ce se desfaoar la temperatur i n prezen de catalizatori a fulerenelor la 3-sulfone alchil substituite, imidazole, triazoli nesaturai i baz Shiff.n urma interaciei fulerenelor cu 3-sulfonele i 3-metil-sulfonele n prezena de catalizator de complecsi de Pd, Zr i Ti la 80-1000 C n toluen timp de opt ore se observ obinerea C60-dihidrotiefin-1,1dioxid i derivaii si alchil substituii - aduci 1,4 la legatur 6,6 a fulerenei. O cicloadiie termic a 3- sulfonei, 3-metil i 3,4 dimetil-3-sulfonei la fuleren n aceleai condiii (80-1000 C, toluen) conduce la substane similare i la derivaii acestora.

Primul domeniu de interes a vizat posibilitatea de a furniza sau stoca energie, n pile solare i baterii, sau chiar drept combustibil de rachetFaptul c fulerenele pure i schimb culoarea la iradiere i-a gsit deja aplicaii n fotolitografie, la obinerea unor lacuri fotosensibileUtilizarea fulerenelor ca lubrifianiS-a dovedit c moleculele de fulerene au capacitatea, n anumite condiii, de a bloca virusul HIV.Aplicaii ale fulerenelor nu i-au gsit nc adevarata dimensiune.

La fel ca voi toi i eu am tras urmtoarele concluzii:Fulerenele sunt banale dar tot att de folositoareProprietile lor ne prezint posibile utilizri n industria energeticAcestea sunt compui ce trebuie explorai i exploatai pe ct posibilStudiul lor ar trebui finanat i luat n considerare de ct mai multe rii.

www.clopotel.ro/fulerenelewww.stiintasitehnica.ro/fulerenelewww.google.ro/fulerenelewikipediawww.google.ro/imaginifulerenewww.google.ro/istoricfulerenewww.google.ro/proprietatifulerenewww.google.ro/utilizarifulerene