高中化学《分子晶体与原子晶体》文字素材1 新人教版选修3VIP专享

碳 60C60 的结构与足球相似 近年来，科学家们发现，除金刚石、石墨外，还有一些新的以单质形式存在的碳。其中发现较早并已在研究中取得重要进展的是 C60 分子。C60 分子是一种由 60 个碳原子构成的分子，它形似足球，因此又名足球烯。 C60 是单纯由碳原子结合形成的稳定分子，它具有 60 个顶点和 32 个面，其中 12个为正五边形，20 个为正六边形。其相对分子质量为 720。 处于顶点的碳原子与相邻顶点的碳原子各用 sp2 杂化轨道重叠形成 σ 键，每个碳原子的三个 σ 键分别为一个五边形的边和两个六边形的边。碳原子的三个 σ 键不是共平面的，键角约为 108°或 120°，因此整个分子为球状。每个碳原子用剩下的一个 p轨道互相重叠形成一个含 60 个 π 电子的闭壳层电子结构，因此在近似球形的笼内和笼外都围绕着 π 电子云。分子轨道计算表明，足球烯具有较大的离域能。 足球烯是美国休斯顿赖斯大学的克罗脱(Kroto,H.W.)和史沫莱(Smalley,R.E.)等人于 1985 年提出的。他们用大功率激光束轰击石墨使其气化，用 1MPa 压强的氦气产生超声波，使被激光束气化的碳原子通过一个小喷嘴进入真空膨胀，并迅速冷却形成新的碳原子，从而得到了 C60。C60 的组成及结构已经被质谱、X 射线分析等实验所证明。此外，还有 C70 等许多类似 C60 的分子也已被相继发现。 我国北京大学化学系和物理系研究小组也研制出 C60 分子。目前，人们对 C60 分子的结构和反应的认识正在不断深入，它应用于材料科学、超导体等方面的研究正在进行中。C60 是 80 年代中期新发现的一种碳原子簇，它是单质，是石墨、金刚石的同素异形体。很久以前在宇宙光谱中就发现过它，直到 1985 年人们才用激光的方法合成并分离得到较纯的 C60（含 C70），它有确定的组成，60 个碳原子构成像足球一样的32 面体，包括 20 个六边形，12 个五边形。由于这个结构的提出是受到建筑学家富勒（Buckminster Fuller）的启发。富勒曾设计一种用六边形和五边形构成的球形薄壳建筑结构。因此科学家把 C60 叫做足球烯，也叫做富勒烯，为什么叫烯呢？因为 32面体的每个顶点上的碳原子跟三个其它的碳原子相邻。如同苯环上每个碳原子都是SP2 杂化。P 轨道在环的上、下形成 π 键一样，足球烯每个顶角上的碳原子也都满足SP2 杂化的要求，（类似萘环上两个不带氢原子的碳原子）剩余的 P 轨道在 C60 分子的外围和内腔形成 π 键。也可...