Резонансный захват электронов молекулами фуллерена С60 и его фторпроизводных

• Автор: Туктарев, Ренат Фаритович
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 122 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава I. Общие понятия. Терминология. Обзор литературы
§1.1 Нестационарные отрицательные ионы (резонансы)
§1.2 Фуллерены
Глава II. Методика эксперимента
Глава III. Исследование фуллеренов и их фторпроизводных
методом МС ОИ
§ 3.1 Резонансный захват электронов молекулами фуллеренов
§ 3.2 Спектры резонансного захвата электронов
молекулами Сбсз
§3.3 Резонансный захват электронов молекулами C6oF36
§ 3.4 Исследование CeoFis
§ 3.5 Исследование плазменных колебаний во фторированных
фуллеренах
Заключение
Выводы
Цитированная литература

Введение
Классическая проблема химической физики - это установление атомномолекулярной и электронной структуры частиц. Эта традиционная задача имеет сейчас новые особенности1 - движение к возбужденным и высоковозбужденным состояниям (1), стремление охарактеризовать необычные, нестабильные и экзотические частицы (2) и высокий метрологический уровень. Если область современной химической физики уподобить городу с прямо и вкривь пересекающимися улицами, то предлагаемая диссертационная работа возникла на одном из перекрестков, на пересечении уникального физического метода, возникшего и развиваемого в г. Уфе, и уникального объекта исследования, каковой является молекулярная система фуллерена, причем в данной работе в какой-то мере затронуты все перечисленные выше особенности.
Итак, с одной стороны речь идет о методе масс-спектрометрии (МС) отрицательных ионов (ОИ) в режиме резонансного захвата электронов (РЗЭ) и об исследовании с его помощью молекул с “лишним” (избыточным) электроном, т. е. об элементарных актах взаимодействия электронов контролируемых энергий с молекулами с образованием и последующим распадом газофазных ОИ. Последние играют важную роль в верхних слоях атмосферы планет, звезд и межзвездной среды. Они во многом определяют свойства низкотемпературной плазмы, их непременно нужно учитывать при конструировании газовых лазеров. От способности молекул захватывать низкоэнергетичные свободные электроны зависит электрическая прочность газов. Наконец, ОИ важны практически для всех разделов современной химии (от определения термохимических констант до анализа сложных смесей). Большинство химических реакций осуществляется через стадию образования заряженных частиц, поэтому изучение анионов играет важную роль в понимании механизма химических реакций. Информация же об ОИ
1 Бучаченко А. Л. Современная химическая физика//Успехи химии, 1987.-Т. ,№ .-С. 1593-1638.

многоатомных молекул несравнимо беднее, нежели для нейтральных молекул или положительных ионов. Метод МС ОИ РЗЭ был опробован на объектах многих классов органических и элементорганических соединений, показал свою характеристичность и способность устанавливать электронную структуру молекул и ОИ и механизмов электронно-молекулярного взаимодействия.
С другой стороны, одним из наиболее выдающихся достижений последних лет в области химической физики является открытие фуллеренов -новой формы чистого углерода. Группа учёных США и Англии, исследуя масс-спектры паров графита, полученных при лазерном облучении, обнаружили пики, соответствующие углеродным кластерам с 60 и 70 атомами. Уже первые поисковые работы показали, что фуллерены обладают уникальными физикохимическими свойствами. Прорыв в направлении исследования фуллеренов произошел в 1990 г. после разработки простого способа получения фуллеренов в макроколичествах. Сразу после этого начался лавинообразный рост числа публикаций по фуллереновой тематике. Можно без преувеличения сказать, что сейчас наблюдается настоящий “фуллереновый бум”. Во многих развитых странах, в частности в США, исследование фуллеренов - один из национальных приоритетов в науке. С июня 1994 г. в России также осуществляется межотраслевая научно-исследовательская программа “Фуллерены и атомные кластеры”, в которой участвуют около ста исследовательских групп из десятка регионов страны.
Уникальность фуллеренов проявляется в необычных свойствах разнообразных производных. Соединение К3С6о (“бакидова соль”) обладает металлической проводимостью, а при 19 К переходит в сверхпроводящее состояние. Значение критической температуры 33 К для ШэССбо является рекордным для молекулярных сверхпроводников. В многочисленных экспериментах установлена химическая инертность элементов внутри фуллерена (эндоэдральные комплексы), что открывает заманчивые перспективы для захоронения отходов. Способность фуллеренов относительно

ИЗОМерОВ, состоящих только из (5,6)-полиэдров, равно 21822. Таким образом, перед исследователями возникает непростая задача по отбору таких изомеров, которые, во-первых, являются наиболее стабильными и, во-вторых, обладают определенными физическими и химическими характеристиками. Такая задача была успешна решена при определении структуры Сб0, С7о и других высших фуллеренов. Рассмотрим работы, которые явились важным этапом при формировании современных представлений о строении фуллеренов.
По обширности исследований полиэдров, составляющих различные замкнутые углеродные кластеры, и разработке удовлетворительных критериев по их отбору, выполненные до 1988 г., выделяются работы американской группы: Т.Г. Шмальца, В.А. Зейтца, Д.Дж. Клейна и Г.Е. Хайта, итог которых подведен в работе [110]. Они вывели основные соотношения между параметрами, характеризующими топологию полиэдра, наложив на их отбор ограничение, связанное с тем, что эти полиэдры составляют углеродный каркас, т.е. каждый атом углерода должен быть связан с двумя или тремя атомами (вершины полиэдра должны иметь степень, равную трем), как это следует из теории валентности. Рассматривались грани, состоящие из трех-, четырех-, пяти-, шести-, семи-, восьми-, десятичленных циклов. В своем исследовании они взяли шестиугольные грани как структуры Кекуле и показали, что такая форма гексагона должна давать более устойчивую структуру, чем равносторонний шестиугольник, отобрали 54 структуры Сп с п=12, 20, 24, 28, 40, 48, 50, 56, 60, 70, 72, 80, 84 и провели для них расчеты методом Хюккеля. Подводя итог своему анализу, они вывели шесть правил, позволяющие отбирать наиболее стабильные (точнее, перспективные) структуры. Эти правила, которые мы в дальнейшем будем называть топологическими правилами, сформулированы ими следующим образом:
1. трехвалентностъ о-связи. Каждый атом углерода в карбополиэдре должен иметь координационное число три;