Рис. 21. Кристаллическая структура фуллерида Cs3C60.

Благодаря сравнительно большим размерам молекул фуллеренов, в их твердых фазах, фуллеритах, присутствуют большие межмолекулярные пустоты, в которые могут быть внедрены атомы и небольшие молекулы. Молекулярные кристаллы фуллеренов — полупроводники, однако в начале 1991 года было установлено, что легирование твёрдого С₆₀ небольшим количеством щелочного металла приводит к образованию материала с металлической проводимостью, который при низких температурах переходит в сверхпроводник. Легирование С₆₀ производят путём обработки кристаллов парами металла при температурах в несколько сотен градусов Цельсия. При этом образуется структура типа X₃С₆₀ (Х — атом щелочного металла). Первым интеркалированным металлом оказался калий. Переход соединения К₃С₆₀ в сверхпроводящее состояние происходит при температуре 19 К. Это рекордное значение для молекулярных сверхпроводников. Вскоре установили, что сверхпроводимостью обладают многие фуллериты, легированные атомами щелочных металлов в соотношении либо Х₃С₆₀, либо XY₂С₆₀ (X,Y — атомы щелочных металлов).

 

Другие свойства:

• Фуллерит не отличается высокой химической активностью. Молекула С₆₀ сохраняет стабильность в инертной атмосфере аргона вплоть до температур порядка 1200 К. Однако в присутствии кислорода уже при 500 К наблюдается значительное окисление с образованием СО и СO₂. Процесс, продолжающийся несколько часов, приводит к разрушению ГЦК-решетки фуллерита и образованию неупорядоченной структуры, в которой на исходную молекулу С₆₀ приходится 12 атомов кислорода. При этом фуллерены полностью теряют свою форму.
• Фуллериты достаточно легко растворяются в неполярных ароматических растворителях и в сероуглероде CS₂.
• Фуллерены растворимы в воде. Гидратированный фуллерен С₆₀ — C₆₀HyFn — это прочный, гидрофильный супрамолекулярный комплекс, состоящий из молекулы фуллерена С₆₀, заключенной в первую гидратную оболочку, которая содержит 24 молекулы воды: C₆₀@(H₂O)₂₄. Гидратная оболочка образуется вследствие донорно-акцепторного взаимодействия неподеленных пар электронов кислорода молекул воды с электрон-акцепторными центрами на поверхности фуллерена. При этом, молекулы воды, ориентированные вблизи поверхности фуллерена связаны между собой объёмной сеткой водородных связей. В настоящее время, максимальная концентрация С₆₀, в виде C₆₀HyFn, которую удалось создать в воде, эквивалентна 4 мг/мл.

 

Рис. 22. Водный раствор C60HyFn.

• Фуллерены также могут быть прогидрированы с образованием продуктов от С₆₀Н₂ до С₆₀Н₅₀.
• Внедрение атомов и малых кластеров внутрь углеродного каркаса приводит к эндоэдральным фуллеренам, из которых наиболее интересны металлофуллерены (например, La@C₈₂, Sc₃N@C₈₀). В настоящее время известно, что более трети элементов периодической таблицы могут быть помещены внутрь молекулы С₆₀.

Рис. 23. Гетерофуллерен C48N12.

 

• При замещении атомов углерода в каркасе получают гетерофуллерены (например, C₅₉B, C₄₈N₁₂, C_59–2nFe, где n = 0–10, или C₆₀,₇₀M_x, где M= Rh, Ir и x = 3–15 для Rh и x = 2–5 для Ir).

К содержанию.