自然 化 學 的 問 題

the element carbon has many form- charcoal graphite and diamond recently a new form of carbon was found that is soft and slippery and can be used as a lubricant. it contain 60 carbon atoms bonded together in a shape similar to a soccer ball. what is this new form of carbon called?
誰可告訴我答案 (盡量事英文 中文也可以^^) 順便翻譯 一下^^
更新: C60是由60個碳原子所組成,其結構如圖一所示,是由20個六角形和12個五角形所圍成,外形像一顆英式足球,是目前已知對稱性最高的球狀分子,也是除了石墨(graphite)及金剛石(diamond)(如圖二)以外,第三個被發現的碳同素異形體(allotropic form) 。

從幾何結構來看, C60是一個截角正二十面體 ,亦即將正二十面體的每個凸角切掉大小適當的一塊(如圖二所示 ) [2] ,這樣的結構共有32個面、60個頂點以及90條邊。
更新 2: C60分子的直徑為7.1埃(1埃 = 10-10米),密度為1.68克/毫升,在室溫下呈紫紅色固態分子晶體。它與鑽石一樣不具導電性,但在18K時具有超導性;研究顯示,它是以晶格裡的電洞來傳導電流(類似p型半導體),若加入其它分子(例如三溴甲烷)來拉長晶格間距,還可以有效地提昇其超導相變溫度至117K[4]。
更新 3: 由化學性質來看,C60具有近似石墨的sp2混成軌域,每個碳原子僅與相鄰的三個碳原子鍵結,具有三個δ鍵和一個π鍵。其碳-碳鍵有兩種長度,分別為1.38埃和1.45埃;兩個相鄰六角形所共用的碳-碳鍵較短,接近雙鍵(C=C)的性質(由一個δ鍵及一個π鍵所組成),而六角環和五角環共用的鍵較長,接近單鍵(C=C)的性質[5] 。C60的化學性質相當穩定,即使在時速高達二萬四千公里的速度下撞擊鋼板也不會破裂,若在氮氣中加熱其晶體至550℃則會昇華。
更新 4: 美國夏威夷大學的科學家早已發現四十六億年前的隕石內存在著C60、C70以及C100至C300等純碳分子,並認為它們是宇宙早期即已存在的物質;然而,在地球上發現C60卻是天文物理研究「正打歪著」的意外收穫[6]。
更新 5: 1985年,英國化學家柯洛托(Sir Harold W. Kroto)為了探索在可見光與紫外光之間,是否存在屬於微小石墨碳粒的星際塵埃光譜,在柯爾(Robert F. Curl)與史莫利(Richard E. Smalley)的協助下,以聚焦雷射蒸發石墨,再與鈍氣混合由噴嘴噴出冷卻,並以質譜儀記錄產物,測出含有偶數個碳原子的碳簇(carbon cluster)。
1967年加拿大蒙特婁世界博覽會上的美國館,建築物高60公尺。取自Ref
更新 6: 同年,柯洛托在加拿大見到蒙特婁世界博覽會中由巴克明斯特‧富勒(R. Buckminster Fuller)所設計的圓頂建築物(圖三),受到啟發而推演出類似足球般空心籠狀結構的C60[6],並將它命名為Buckminsterfullerene,簡稱巴克球(Bucky ball)。這些成就使柯洛托、柯爾及史莫利三人於1996年共同榮膺諾貝爾化學獎。
更新 7: 此後,類似C60的純碳分子相繼被發現,由於碳簇分子具有烯類(C=C)的性質,所以稱碳原子數目在70以下的為富勒烯(Fullerenes),70-100的為大富勒烯(High Fullerenes),而超過100的為巨富勒烯(Giant Fullerenes)。C70呈卵形,含有25個六角環與12個五角環,而C80的結構則可視為C70的橫向伸展(參見圖四)。在數學上,必須有12個五角環才能組成一個封閉的結構,因此最小的純碳結構為C20。
更新 8: 另一種值得一提的碳簇成員為碳奈米管(Carbon nanotubes),其結構為捲成管狀的石墨外加兩顆做為封蓋的半球狀碳簇(如圖四)[9]。碳奈米管是1991年由日本NEC公司的飯島澄男(S. Ijinma)於研究碳簇時偶然發現[10],是目前自然界中已知最細的管子,它具有高導熱性、高強度、柔軟度高及化性穩定等特點,依其導電性可分為金屬、半導體及絕緣體型三種碳奈米管[9-11]。目前已知的碳簇家族除了上述的碳球及碳管外,還有碳奈米錐(nanocone)、碳奈米角(nanohorn)、樹狀碳微米結構(microtree)以及碳奈米滴管(carbon nanopipet)等[12]。
更新 9: C60是否存在於紅巨星四周的星塵中仍不確定,但人類因探索宇宙而意外新發現的知識,確實已為人類帶來無限好處。自從1991年霍夫曼(Huffman)及克瑞茲莫(W. Kratschmer)發現石墨電弧製備法可以產生足量的碳簇供實驗使用,碳簇的研究便如火如荼地展開,包括物理、化學、材料科學、生命科學、資訊科學等領域,均有很多專家學者積極投入相關研究[13]。至今,碳簇的製備、機械性質、光電性質、導熱性與傳輸行為、化學反應及其衍生物、碳簇化合物的超導及鐵磁性等,都是非常熱門的應用領域。
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