碳在地壳中的含量为0.026%，在自然界中分布很广。目前全世界已经发现的化合物种类已达400多万种，其中绝大多数是碳的化合物，不含碳的化合物不超过10万种。 金刚石，石墨、碳60等都是碳元素的单质，它们互为同素异形体。 金刚石晶体，又称钻石。金刚石晶体中，每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体。由于金刚石中的C-C键很强，所以金刚石硬度大，熔点极高；又因为所有的价电子都被限制在共价键区域，没有自由子，电所以金刚石不导电。 石墨是碳质元素矿物，它的结晶格架为六边形层状结构。属六方晶系，具完整的层状解理。解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其天然可浮性很好。加工成电极是良好的导体。 碳60简称为C60，分子是由60个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，它形似足球，因此又被称为足球烯。 C60分子中碳原子有四个键，包括两个单键和两根双键，六边形与五边形共边为单键，另外为双键。由于这种结构与巴克敏斯特－富勒设计的穹顶相似,俗称C60为巴氏球。并且把具有类似结构的物质（如C50, C60, C70等）命名为富勒烯。 C60制备方法，目前有激光蒸发法、电弧法和火焰法三种。 现在简单介绍常用的电弧法合成技术：在氨气氛中用石墨电极放电的方法可合成常量的C60原子。 其合成装置中当石墨移动电极向石墨固定电极靠近至适当距离时，石墨电极放电(100--200A)的高温直接使石墨蒸发、气化． 在水冷却的放电室的内壁和两个电极的支架上淀积的碳超微颗粒(黑灰)中便含有C60，C70等原子簇。如何从黑灰中分离提纯C60？由于C60和C70等全碳分子可溶于苯、甲苯等有机溶剂中，其它非极性溶剂，例如CS2，CCl4等也能溶解全碳分子C60和C70等。而石墨黑灰则不溶于芳烃溶剂，从而通过过滤可将两者分开；加热溶液，在真空中蒸干，可获得暗褐色至黑色的C60和C70混合物。 C60和C70原子簇的分离用高压液相色谱法，由于溶于流动相已烷中的C60与C70在色谱柱多孔硅石珠固定相的流速不同，它们在色谱柱中的保留时间便不同，C70的保留时间比C60长，这样就可将C60和C70分离开来，可得纯度为99.9%的C60在芳烃溶剂中，C60为绛红色溶液的芥子色固体，C70则是一种红色溶液的红褐色固体。 C60晶体有金属光泽, 其苯溶液呈紫红色。C60分子特别稳定, 在进行化学反应时或在化合物中始终是一个整体。C60能抗辐射、耐高压、抗腐蚀。C60的能带结构与半导体材料相近，能带宽度为1.7电子伏特, 纯C60的导电率极低, 与绝缘体相差无几。 人们不能制取大量的C60, 就无法对巴氏球做进一步研究。有了简单的方法可以合成和分离出纯的C60之后, 才引起人们的注意,形成了C60研究热。 人们研究发现巴氏球能和一些元素化合，它的碱金属化合物有超导电性, 这点十分引人注目。C60和钾的化合物在18K下呈现超导状态。C60和铯的化合物获得了临界温度为33K的超导体。C60超导体其临界电流密度大, 且材料易于加工, 有很大实用价值。 世界真奇妙，一种元素由于结构差异，可以造就不同性能物质。人类的智慧可以创造美好的未来。
|
