ボールカーボンC60からグラフェンへ：次の炭素星分子はありますか？

化学元素の単一の（純粋な）質量は、この元素の同素体と呼ばれるさまざまな形の分子や結晶で存在します。元素Cの同素体「ボールカーボン」C60の発見により、3人の科学者が1996年のノーベル化学賞を共有しました。わずか16年後、Cの別の同素体「グラフェン」の分離により、2人の科学者が2010年のノーベル物理学賞を共有しました。 1991年、C60はアメリカンサイエンスによって今年のスターに選ばれ、グラフェンは確かに新しいスターになりました！

質問せずにはいられません：要素Cにはいくつの同素体がありますか？将来、新しいCスタープレーヤーが登場しますか？

元素物質の相によって分類すると、C同素体は、結晶、アモルファス、ガス状の分子Cn（n = 1、2、3 ...）として大まかに説明できます。しかし、私たちは、ダイヤモンド、グラファイト、球状炭素、鎖状炭素化合物など、私たちの生活に密接に関連し、本質的に結晶性である可能性のあるよく知られた異性体の組成と構造に関心があります。 。その中で、私たちは最も初期のダイヤモンドとグラファイトのファミリーを知っており、グラファイトから分離されたグラフェンは最新のものです。

ダイヤモンド結晶は主に立方晶の対称性です。さらに、自然界には六角形の異性体があり、その構造は立方晶および六角形の硫化亜鉛に対応しています。両方のC原子は、sp3軌道四面体タイプによって結合されています。これはC原子の高密度充填方法ではありませんが、ダイヤモンドは自然界で最も硬い物質です。人々はそのモール硬度を10に設定しました。これは人間の生産と生命に重要な価値があります。興味深いことに、ダイヤモンドのCC距離は1.54オングストロームですが、CCの最短結合長ではありません。

グラファイト結晶は、グラフェンが積み重なった三次元構造として特徴づけることができます。グラフェンは、C原子がsp2軌道三角形にスプライン結合され、ファンデルワールス結合の分子間弱い相互作用力によって層がグラファイト結晶に層状になっている単分子平面高分子です。積層のサイクルが異なるため、グラファイトには2つの主要な異性体、つまりABABABがあります。 。 。六角形の積み重ねられたアルファタイプとプレスされたABCABC。 。 。三方積み重ねβ型構造。もちろん、自然界にはもっと複雑な蓄積方法がたくさんあります。

上記2とは異なり、球形炭素のC原子は2次元空間の曲面に分布しており、接続モードはsp2〜sp3混合軌道の三角円錐型であり、調和のとれた共存に対応しています。 6員C-リングと5員C-リング。 、したがって、一般的な「サッカー」などが表示されます。ボールカーボンは、球体や楕円体を含む大きなファミリーです。カーボンナノチューブを長距離管状炭素と見なすと、炭素はもちろん、いくつの炭素が均質であるかという質問に答えることは困難です。元素によって形成される絶えず変化する有機化合物。

ボールやグラフェンの炭素に関係なく、これらの星の分子は既存の自然の母親の傑作です。それらは人々の科学的認識を高めることがわかっており、それらの特別な特性は、自然界には見られない特別な特性を持つ材料を探索する場合でも、科学者が研究を続けることを奨励します。 「結晶工学」とは、自然の賜物だけでなく、自然に挑戦することを意味します。超伝導、超強力、超硬、超軽量、超高密度の高エネルギー材料など、私たちはイノベーションの課題と機会が多すぎます！

質問：ダイヤモンドよりも硬い物質を合成することは不可能ですか？人々はこれを長い間楽しみにしています！炭化水素から、CC単結合の長さは1.44オングストロームと短く、ダイヤモンドのC原子に対して0.14オングストロームと短いことが知られています。理論計算によると、一部の超四面体アルカンは、単一のCC結合で結合されている場合、この超短距離に近づく可能性があります。それから誰かが「ゲームをする」ためにそこにいました、そして新しいスターになるために炭素同種移植片を持つことは本当に不可能でした。

これは空想ではないと思いますか、それとも楽観的になりますか？喜んで参加していただけるかわかりません！

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