Летопись важнейших открытий в химии. Карбин – третья аллотропная модификация углерода: Структура карбина.

Зябкина О.А., учитель химии МБОУ Митрофановской СОШ Летопись важнейших открытий в химии. Карбин – третья аллотропная модификация углерода: Структура карбина. По мнению некоторых исследователей, однозначных и строгих доказательств индивидуальности карбина и его строения до сих пор не получено, другие же авторы, наоборот, считают, что такие доказательства имеются. Дискуссия по поводу существования карбина во многом обусловлена тем, что диагностика его   имеет   ряд   технических   сложностей,   поскольку   при   использовании высокоэнергетических методов возможен переход карбина в другие формы углерода.   К   тому   же   представления   о   структуре   карбина   долгое   время отличались несовершенством. Авторы   открытия   карбина   предложили   модель   его   кристаллической структуры в виде совокупности цепочек кумуленового или полиинового типа, упакованных в кристаллы за счет вандерваальсовых сил. Цепочки полагались прямолинейными,   поскольку   каждый   атом   углерода   находится   в состоянии sp­гибридизации. При   полном   отсутствии   химических   межмолекулярных   сшивок   между цепочками   получается   первоначально   постулированный   карбин,   т.е. совокупность   химически   не   связанных   прямолинейных   цепочек.   Поэтому параметр c кристаллической ячейки должен иметь два значения – 2,9 и 1,3    ­карбина соответственно. Реальные же значения этого параметра для  изменялись от 7,68 до15,36  . Сладков пришел к заключению о множестве карбиновых   форм   углерода,   о   существовании   бесконечно   большого   числа регулярных углеродных полимеров. ­ и  Такое несоответствие было устранено Р.Хайманном, который предположил, что внутри цепочек есть зигзаги, причем углы этих зигзагов равны 120°, а расстояния   между   ними   (т.е.   длина   прямой   части   цепочки)   определяются статистически.   Зигзаги   в   цепочках   завершают   период   идентичности   в кристалле.   Вероятно,   в   реальных   объектах   отдельные   углеродные   цепочки сшиты друг с другом, причем сшивки расположены с той или иной частотой и периодичностью, а протяженность линейных фрагментов разная. Действительно, к настоящему времени установлено, что структуру карбина образуют атомы углерода, собранные в цепочки двойными связями ( ­карбин) ­карбин). или   чередующимися   одинарными   и   тройными   связями   (Полимерные   цепочки   имеют   химически   активные   концы   (т.е.   несут локализованный отрицательный заряд) и изгибы с цепочечными вакансиями, в местах которых цепочки соединяются между собой за счет перекрывания  ­ орбиталей атомов углерода (рис. 3). Рис.   3.   Зигзагообразное   строение углеродных   цепочек   в  ­ карбине ­   и  Важное значение для образования сшивок имеет присутствие таких примесей металлов,   как   Fe,   K.   Убедительное   свидетельство   наличия   зигзагов   в линейной   углеродной   цепочке   было   получено   в   теоретической   работе Коршака: результаты его расчета хорошо согласуются с экспериментальным ИК­спектром карбина. На   основании   результатов   дальнейших   исследований   структуры кристаллического карбина была предложена модель его элементарной ячейки. Согласно   этой   модели   элементарная   ячейка   карбина   составлена параллельными цепочками углерода, имеющими зигзаги, благодаря которым ячейка оказывается двуслойной. Толщину одного слоя составляет цепочка из шести   атомов   углерода.   В   нижнем   слое   цепочки   плотно   упакованы   и расположены   в   центре   и   по   углам   гексагона,   тогда   как   в   верхнем   слое центральная   цепочка   отсутствует,   а   в   образовавшейся   вакансии   могут располагаться   атомы   примеси.   Возможно,   что   они   –   катализаторы кристаллизации   карбина.   Такая   модель   дает   ключ   к   раскрытию   феноменакарбина   и   объясняет,   в   какой   конфигурации   может   стабилизироваться   в общем случае неустойчивая совокупность линейных цепочек углерода.