α-कार्बाइन का बैंड गैप यांत्रिक तनाव के परिमाण के आधार पर भिन्न होता है।

राइस यूनिवर्सिटी (ह्यूस्टन, यूएसए) के वैज्ञानिकों के एक समूह ने कार्बाइन के गुणों का अध्ययन करने वाले एक अध्ययन के परिणाम प्रकाशित किए, जो कार्बन परमाणुओं की एक श्रृंखला है। इसके लिंक के बीच कनेक्शन या तो दोहरा या वैकल्पिक (ट्रिपल और सिंगल) हो सकता है। कार्बाइन रसायनज्ञों और नैनोटेक्नोलॉजिस्टों के लिए विशेष रुचि रखता है क्योंकि यह सभी ज्ञात सामग्रियों में सबसे मजबूत और कठोर है।

आवर्त सारणी के छठे तत्व कार्बन ने दुनिया को बहुत कुछ दिया है असामान्य सामग्री. स्कूल से ज्ञात कार्बन के रूपों - ग्रेफाइट और हीरे के अलावा, वैज्ञानिकों ने इस संग्रह में फुलरीन को जोड़ा, कार्बन नैनोट्यूबऔर कई विदेशी संशोधन, ग्राफीन शीट से "मुड़ा हुआ"।

सैद्धांतिक रूप से, कार्बन के एक श्रृंखलाबद्ध रूप के अस्तित्व की भविष्यवाणी 19वीं शताब्दी के अंत में की गई थी। खगोलविदों ने कार्बाइन की मौजूदगी के संकेत खोजे हैं अंतरतारकीय धूलऔर उल्कापिंडों का पदार्थ। कार्बाइन प्राकृतिक रूप से और ग्रेफाइट के आघात संपीड़न के दौरान बन सकता है। प्रयोगशाला स्थितियों में, पर्याप्त लंबी कार्बन श्रृंखलाएं (44 परमाणुओं तक) केवल कुछ साल पहले ही संश्लेषित की गई थीं। वैज्ञानिक कमरे के तापमान पर कार्बाइन का उत्पादन और स्थिरीकरण करने में भी सक्षम थे।

कार्बाइन को लेकर कई अटकलें लगाई गई हैं। उदाहरण के लिए, यह माना जाता था कि जब दो कार्बाइन स्ट्रैंड परस्पर क्रिया करते हैं, तो एक विस्फोटक संलयन प्रतिक्रिया घटित होगी। वैज्ञानिकों ने सर्वसम्मति से तर्क दिया कि कार्बाइन बहुत मजबूत और कठोर है, लेकिन कितना मजबूत? शोधकर्ताओं ने अब केवल प्रयोगात्मक रूप से सिद्धांतों का परीक्षण करना और कार्बाइन की विशेषताओं को संख्यात्मक रूप से मापना शुरू कर दिया है।

कार्बिन वास्तव में "सर्वोत्तम" निकला। इसकी विशिष्ट कठोरता (लगभग 109 एनएम/किग्रा) ग्राफीन (0.45 109 एनएम/किग्रा) से दोगुनी है, और इसकी विशिष्ट शक्ति (6.0 107 - 7.5 107 एनएम/किग्रा) ग्राफीन (4.7 107 -) सहित सभी ज्ञात सामग्रियों को पीछे छोड़ देती है। 5.5·107 एनएम/किग्रा), कार्बन नैनोट्यूब (4.3·107 - 5.0 107 एनएम/किग्रा) और हीरा (2.5·107 - 6.5·107 एनएम/किग्रा)। कार्बाइन श्रृंखला को तोड़ने के लिए लगभग 10 nN का बल लगाना होगा।

कार्बाइन का लचीलापन (आमतौर पर अधिकांश पॉलिमर और डीएनए श्रृंखला के लिए इस संकेतक के मूल्यों के बीच कहीं स्थित होता है) को श्रृंखला के अंत में एक निश्चित मात्रा जोड़कर "बंद" किया जा सकता है। रासायनिक समूह. इस मामले में, कार्बाइन श्रृंखला एक "धागे" से "सुई" में बदल जाती है।

कार्बाइन की स्थिरता के लिए, शोधकर्ता इस बात पर सहमत हुए कि दो कार्बन श्रृंखलाओं के संपर्क पर "विस्फोट" वास्तव में संभव है, लेकिन इसके लिए कुछ प्रकार की सक्रियण ऊर्जा बाधा को दूर करना आवश्यक है। इस अवरोध के कारण, लगभग 14 एनएम लंबी कार्बाइन श्रृंखलाएं कमरे के तापमान पर लगभग एक दिन तक स्थिर रह सकती हैं।

वैज्ञानिक खोजकार्बन के गुणों के अध्ययन में।

वैज्ञानिक खोज "कार्बन का एक नया क्रिस्टलीय रूप - कार्बाइन।"

उद्घाटन सूत्र:"कार्बन के एक नए क्रिस्टलीय रूप - कार्बाइन के अस्तित्व की पहले से अज्ञात घटना, हीरे और ग्रेफाइट के विपरीत, कार्बन मैक्रोमोलेक्यूल्स की एक श्रृंखला (रैखिक) संरचना द्वारा विशेषता, प्रयोगात्मक रूप से स्थापित की गई है।"
लेखक:वी. आई. कसाटोचिन, ए. एम. स्लैडकोव, यू. पी. कुड्रियावत्सेव, वी. वी. कोर्शक।
प्राथमिकता संख्या और दिनांक: 4 नवंबर 1960 की संख्या 107

खोज का विवरण.
कार्बन – अद्वितीय तत्व. यह अनगिनत यौगिक बनाता है, सबसे अधिक प्राप्त करने के लिए एक उत्कृष्ट ईंधन और कच्चे माल के रूप में कार्य करता है विभिन्न सामग्रियांऔर उनसे बने उत्पाद। इसकी संरचना के कारण, यह केवल हाइड्रोजन के साथ बड़ी संख्या में यौगिक बनाता है, और कुलसभी प्रकार की रासायनिक यौगिकजीवित प्राणियों की कोशिकाओं सहित, कार्बन की मात्रा दो मिलियन से अधिक है।

कार्बन के व्यवहार का सुराग ढूंढना तुरंत संभव नहीं था, जिसमें परमाणु श्रृंखलाओं की कुछ संरचनाएं होती हैं। यह दशकों के वैज्ञानिक अनुसंधान से पहले हुआ था। लंबे समय तक, कार्बन के केवल दो क्रिस्टलीय रूप ज्ञात थे - हीरा और ग्रेफाइट, जिनके गुण पूरी तरह से अलग हैं। हीरा, पृथ्वी पर ज्ञात सबसे कठोर पदार्थ है, पारदर्शी है और इसमें विद्युत इन्सुलेटर के विशिष्ट गुण हैं। ग्रेफाइट बहुत नरम, अपारदर्शी होता है और विद्युत धारा का अच्छे से संचालन करता है।

जीवाश्म ईंधन संस्थान से डॉक्टर ऑफ केमिकल साइंसेज वी. आई. कसाटोचिन, इंस्टीट्यूट ऑफ ऑर्गेनोएलिमेंट कंपाउंड्स के वैज्ञानिकों के साथ, डॉक्टर ऑफ केमिकल साइंसेज ए.एम. स्लैडकोव, केमिकल साइंसेज के उम्मीदवार यू , कार्बाइन नामक कार्बन के एक नए क्रिस्टलीय रूप के अस्तित्व की घटना की खोज की। इसे एसिटिलीन से प्राप्त किया गया था। क्रिस्टलीय कार्बन के तीसरे रूप में अर्धचालक गुण और फोटोकंडक्टिविटी होती है।

कार्बाइन भी प्राकृतिक रूप में पाया गया है। हाल ही में, रीज़ क्रेटर (बवेरिया) में कार्बाइन के करीब संरचना वाले क्रिस्टलीय कार्बन की खोज की गई थी, जो उल्कापिंड गिरने के परिणामस्वरूप बना था। वही कार्बन यूएसएसआर एकेडमी ऑफ साइंसेज के इंस्टीट्यूट ऑफ जियोकेमिस्ट्री के वैज्ञानिकों ने न्यू यूरेअस उल्कापिंड में पाया था। ये तथ्य दर्शाते हैं कि कार्बाइन बहुत स्थिर है और विशिष्ट प्राकृतिक परिस्थितियों में बनता है। इन स्थितियों के अध्ययन से ब्रह्मांड रसायन विज्ञान के विकास में मदद मिलेगी। क्रिस्टलीय कार्बन के तीन रूपों: हीरा, ग्रेफाइट और कार्बाइन की संरचना और गुणों में तीव्र अंतर कार्बन परमाणुओं की संकर इलेक्ट्रॉनिक संरचना की तीन संभावित किस्मों से जुड़े हैं और इसलिए, अंतर-परमाणु बांड के प्रकारों में अंतर के साथ जुड़े हुए हैं।

कार्बन के संक्रमणकालीन रूपों के सिद्धांत के अनुसार, एक एकल बहुलक संरचना में परमाणुओं की असमान संकर किस्मों का संयोजन इस पदार्थ के कई अनाकार रूपों को जन्म देता है। कार्बन ग्लास अनाकार कार्बन का एक विशिष्ट उदाहरण है, जो सभी तीन प्रकार के संकर परमाणुओं को तीन प्रकार के बंधनों - हीरा, ग्रेफाइट और कार्बाइन के साथ जोड़ता है। विभिन्न अनुपातों में संकर परमाणुओं के संयोजन की संख्या बहुत बड़ी है। यही कारण है कि अब विविध गुणों वाले नए कार्बन पदार्थ सामने आ रहे हैं। इन सामग्रियों का आधार अनाकार कार्बन है।

दुनिया भर में इन अद्भुत सामग्रियों पर ध्यान हर साल बढ़ रहा है। बड़े विशिष्ट वैज्ञानिक केंद्र बनाए जा रहे हैं। नई कार्बन सामग्री की खोज जारी है। असाधारण हल्कापन, गर्मी प्रतिरोध, आक्रामक रासायनिक वातावरण के प्रतिरोध और चुंबकत्व की अक्षमता के साथ मिलकर, निस्संदेह इन पदार्थों को निकट भविष्य में विज्ञान के प्रगतिशील क्षेत्रों में अन्य संरचनात्मक सामग्रियों के बीच अग्रणी स्थान लेने की अनुमति देगा।

गुण

कार्बाइन एक महीन-क्रिस्टलीय काला पाउडर (घनत्व 1.9÷2 ग्राम/सेमी³) है और इसमें अर्धचालक गुण हैं। में प्राप्त हुआ कृत्रिम स्थितियाँएक दूसरे के समानांतर व्यवस्थित कार्बन परमाणुओं की लंबी श्रृंखलाओं से बना है। कार्बाइन कार्बन का एक रैखिक बहुलक है। कार्बाइन अणु में, कार्बन परमाणु श्रृंखलाओं में बारी-बारी से या तो ट्रिपल और सिंगल बॉन्ड (पॉलीइन संरचना) या स्थायी रूप से डबल बॉन्ड (पॉलीक्यूमुलीन संरचना) द्वारा जुड़े होते हैं। यह पदार्थ सबसे पहले 60 के दशक की शुरुआत में सोवियत रसायनज्ञ वी.वी. कोर्शाक, ए.एम. स्लैडकोव, वी.आई. कुड्रियावत्सेव द्वारा प्राप्त किया गया था। यूएसएसआर एकेडमी ऑफ साइंसेज (आईएनईओएस) में। कार्बाइन में अर्धचालक गुण होते हैं, और प्रकाश के संपर्क में आने पर इसकी चालकता बहुत बढ़ जाती है। पहला इस संपत्ति पर आधारित है प्रायोगिक उपयोग- फोटोकल्स में.

उद्घाटन की पृष्ठभूमि

परमाणुओं के एसपी-संकरण के साथ कार्बन के रूपों के अस्तित्व की संभावना के सवाल पर सैद्धांतिक रूप से बार-बार विचार किया गया है। 1885 में, जर्मन रसायनज्ञ एडॉल्फ बेयर ने चरणबद्ध विधि का उपयोग करके एसिटिलीन डेरिवेटिव से चेन कार्बन को संश्लेषित करने का प्रयास किया। हालाँकि, बेयर का प्रयास प्राप्त करना है पॉलीइन(एक अणु में कम से कम तीन पृथक या संयुग्मित C≡C बांड वाला एक यौगिक) असफल रहा; उन्होंने एक श्रृंखला में जुड़े चार एसिटिलीन अणुओं से युक्त एक हाइड्रोकार्बन प्राप्त किया, जो बेहद अस्थिर निकला। निचले पॉलीइन्स की अस्थिरता ने बायर के लिए तनाव सिद्धांत बनाने के आधार के रूप में कार्य किया, जिसमें उन्होंने श्रृंखला कार्बन प्राप्त करने की असंभवता को दर्शाया। वैज्ञानिक के अधिकार ने पॉलीइन्स के संश्लेषण में शोधकर्ताओं की रुचि को ठंडा कर दिया और इस दिशा में काम लंबे समय तक बंद रहा।

कार्बन का एक-आयामी (रैखिक) रूप लंबे समय से कार्बन अपरूपता में लुप्त कड़ी बना हुआ है। इस क्षेत्र में काम को फिर से शुरू करने के लिए एक महत्वपूर्ण प्रोत्साहन 1930 के दशक में प्रकृति में पॉलीएसिटिलीन श्रृंखला के प्रतिनिधियों की खोज थी। कुछ पौधों और निचले कवक में, पांच संयुग्मित एसिटिलीन समूहों वाले पॉलीइन यौगिकों की खोज की गई। अपने पूर्ववर्तियों के अधिकार को चुनौती देने का निर्णय लेने वाले पहले लोगों में से एक थे INEOS में मैक्रोमोलेक्युलर यौगिकों की प्रयोगशाला के प्रमुख, वासिली व्लादिमीरोविच कोर्शक और एलेक्सी मिखाइलोविच स्लैडकोव। उनके काम से कार्बन के एक नए रैखिक एलोट्रोपिक रूप की खोज हुई।

1959-1960 में, शिक्षाविद् कोर्शक की अध्यक्षता में आईएनईओएस के मैक्रोमोलेक्यूलर यौगिकों की प्रयोगशाला में डायएसिटिलीन यौगिकों की ऑक्सीडेटिव युग्मन प्रतिक्रिया का व्यवस्थित अध्ययन किया गया था। यह पाया गया कि द्विसंयोजक तांबे के लवण की उपस्थिति में, पॉलिमर बनाने के लिए किसी भी डायएसिटिलीन यौगिकों के साथ इस प्रतिक्रिया को अंजाम दिया जा सकता है, जिसकी प्राथमिक इकाई मूल डायएसिटिलीन के कार्बन कंकाल को बरकरार रखती है। इस मामले में, सबसे पहले पॉलिमरिक Cu(I) पॉलीएसेटाइलेनाइड्स बनते हैं। ऑक्सीडेटिव युग्मन प्रतिक्रिया के इस प्रकार को ऑक्सीडेटिव डीहाइड्रोपॉलीकंडेंसेशन कहा जाता था। वैज्ञानिकों ने सुझाव दिया है कि ऐसे पॉलीकंडेंसेशन के लिए एसिटिलीन को मोनोमर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। दरअसल, जब एसिटिलीन को Cu(II) नमक के जलीय अमोनिया घोल में डाला गया, तो तुरंत एक काला अवक्षेप बन गया। यह वह मार्ग था जिसने ए.एम. स्लैडकोव, वी.वी. कोर्शाक, वी.आई. कासाटोचिन और यू.पी. कुद्रियात्सेव को कार्बन के रैखिक रूप की खोज के लिए प्रेरित किया, जिसे उन्होंने स्लैडकोव के सुझाव पर कहा। काबैन».

कार्बाइन के खोजकर्ताओं के अनुसार, उनके लिए सबसे कठिन काम यह निर्धारित करना था कि कार्बन परमाणु एक श्रृंखला में किस बंधन से जुड़े हुए थे। ये वैकल्पिक सिंगल और ट्रिपल बॉन्ड (–С≡С–С≡С–), केवल डबल बॉन्ड (=С=С=С=С=), या एक ही समय में दोनों हो सकते हैं। कुछ साल बाद ही यह साबित करना संभव हो सका कि परिणामी कार्बाइन में कोई दोहरा बंधन नहीं था। कार्बाइन के ओजोनेशन के दौरान ऑक्सालिक एसिड के गठन से श्रृंखलाओं की पॉलीनी संरचना की पुष्टि की गई थी।

हालाँकि, सिद्धांत ने केवल दोहरे बांड के साथ एक रैखिक कार्बन पॉलिमर के अस्तित्व की अनुमति दी, जिसे 1968 में स्लैडकोव के स्नातक छात्र वी.पी. नेपोचातिख ने प्राप्त किया था: काउंटर संश्लेषण (पॉलिमर ग्लाइकोल की कमी से) क्यूम्यलीन बांड के साथ एक रैखिक कार्बन पॉलिमर के गठन का कारण बना। , जिसे पॉलीक्यूम्यलीन कहा जाता था। परिणामी पदार्थ में दोहरे बंधन की उपस्थिति का प्रमाण यह तथ्य था कि जब पॉलीक्यूमुलीन को ओजोनाइज़ किया जाता है, तो केवल कार्बन डाइऑक्साइड प्राप्त होता है।

तो, रैखिक कार्बन के दो रूप प्राप्त हुए: पॉलीइन (-C≡C–) n, या α-कार्बाइन, और पॉलीक्यूमुलीन (=C=C=) n, या β-कार्बाइन। खोज के लेखकों ने कार्बाइन की संरचना का विस्तृत अध्ययन किया विभिन्न तरीके, इसके थर्मोडायनामिक और इलेक्ट्रोफिजिकल गुणों का अध्ययन किया गया है।

कार्बाइन पर संरचना

कुछ शोधकर्ताओं के अनुसार, कार्बाइन की वैयक्तिकता और इसकी संरचना का स्पष्ट और कठोर प्रमाण अभी तक प्राप्त नहीं हुआ है, जबकि इसके विपरीत, अन्य लेखकों का मानना ​​है कि ऐसे सबूत मौजूद हैं। कार्बाइन के अस्तित्व के बारे में चर्चा काफी हद तक इस तथ्य के कारण है कि इसके निदान में कई तकनीकी कठिनाइयाँ हैं, क्योंकि उच्च-ऊर्जा विधियों का उपयोग करते समय, कार्बाइन का कार्बन के अन्य रूपों में संक्रमण संभव है। इसके अलावा, कार्बाइन की संरचना के बारे में विचार लंबे समय से अपूर्ण हैं। कार्बाइन की खोज के लेखकों ने वैन डेर वाल्स बलों के कारण क्रिस्टल में पैक किए गए क्यूम्यलीन या पॉलीनी प्रकार की श्रृंखलाओं के एक सेट के रूप में इसकी क्रिस्टल संरचना का एक मॉडल प्रस्तावित किया। श्रृंखलाओं को सीधा माना गया, क्योंकि प्रत्येक कार्बन परमाणु एसपी-संकरण की स्थिति में है।

दरअसल, अब यह स्थापित हो गया है कि कार्बाइन की संरचना दोहरे बंधन (बीटा-कार्बाइन) या वैकल्पिक एकल और ट्रिपल बांड (α-कार्बाइन) के साथ श्रृंखलाओं में इकट्ठे कार्बन परमाणुओं द्वारा बनाई गई है। पॉलिमर श्रृंखलाओं में प्रतिक्रियाशील सिरे होते हैं (यानी, वे एक स्थानीय नकारात्मक चार्ज ले जाते हैं) और श्रृंखला रिक्तियों के साथ झुकते हैं, उन स्थानों पर जहां कार्बन परमाणुओं के ओवरलैपिंग π-ऑर्बिटल्स के कारण श्रृंखलाएं एक-दूसरे से जुड़ी होती हैं। क्रॉसलिंक के निर्माण के लिए लौह और पोटेशियम जैसी धातु की अशुद्धियों की उपस्थिति महत्वपूर्ण है। कोर्शक के सैद्धांतिक कार्य में एक रैखिक कार्बन श्रृंखला में ज़िगज़ैग की उपस्थिति के लिए ठोस सबूत प्राप्त किए गए थे: उनकी गणना के परिणाम कार्बाइन के आईआर स्पेक्ट्रम के साथ अच्छे समझौते में हैं।

क्रिस्टलीय कार्बाइन की संरचना के आगे के अध्ययन के परिणामों के आधार पर, इसकी इकाई कोशिका का एक मॉडल प्रस्तावित किया गया था। इस मॉडल के अनुसार कार्बाइन की इकाई कोशिका ज़िगज़ैग वाली समानांतर कार्बन श्रृंखलाओं से बनी होती है, जिसके कारण कोशिका दो-परत वाली बन जाती है। एक परत की मोटाई छह कार्बन परमाणुओं की एक श्रृंखला है। निचली परत में, जंजीरों को कसकर पैक किया जाता है और षट्भुज के केंद्र और कोनों में स्थित किया जाता है ऊपरी परतकोई केंद्रीय श्रृंखला नहीं है, और परिणामी रिक्ति में अशुद्धता परमाणु हो सकते हैं। यह संभव है कि वे कार्बाइन के क्रिस्टलीकरण के लिए उत्प्रेरक हों। यह मॉडल कार्बाइन घटना को उजागर करने की कुंजी प्रदान करता है और बताता है कि रैखिक कार्बन श्रृंखलाओं के आम तौर पर अस्थिर सेट को किस कॉन्फ़िगरेशन में स्थिर किया जा सकता है।

यह सभी देखें

लिंक

• * वी.आई. सारनचुक, वी. वी. ओशोव्स्की, जी. ओ. व्लासोव। ज्वलनशील कोपलिन का रसायन और भौतिकी। - डोनेट्स्क: समान विदावनिची हाउस, 2003। -204 पी।
• एलेक्सी स्लैडकोव द्वारा कार्बन - कार्बाइन की खोज का इतिहास
• स्लैडकोव ए.एम., कुड्रियावत्सेव यू. पी. हीरा, ग्रेफाइट, कार्बाइन - कार्बन के एलोट्रोपिक रूप // प्रकृति। 1969.सं.5. पृ.37-44.

टिप्पणियाँ

विकिमीडिया फाउंडेशन. 2010.

समानार्थी शब्द:

कार्बाइन एक महीन-क्रिस्टलीय काला पाउडर (घनत्व 1.9÷2 ग्राम/सेमी³) है और इसमें अर्धचालक गुण हैं। एक दूसरे के समानांतर रखी कार्बन परमाणुओं की लंबी श्रृंखलाओं से कृत्रिम परिस्थितियों में प्राप्त किया गया। कार्बाइन कार्बन का एक रैखिक बहुलक है। कार्बाइन अणु में, कार्बन परमाणु श्रृंखलाओं में या तो ट्रिपल और सिंगल बॉन्ड (पॉलीइन संरचना) द्वारा वैकल्पिक रूप से जुड़े होते हैं, या स्थायी रूप से डबल बॉन्ड (पॉलीक्यूम्यलीन संरचना) द्वारा जुड़े होते हैं। यह पदार्थ सबसे पहले सोवियत रसायनज्ञ यू.पी. कुड्रियावत्सेव, ए.एम. स्लैडकोव, वी.आई. कोर्शाक द्वारा यूएसएसआर एकेडमी ऑफ साइंसेज (आईएनईओएस) में प्राप्त किया गया था। कार्बाइन में अर्धचालक गुण होते हैं, और प्रकाश के संपर्क में आने पर इसकी चालकता बहुत बढ़ जाती है। पहला व्यावहारिक अनुप्रयोग इस संपत्ति पर आधारित है - फोटोवोल्टिक कोशिकाओं में।

उद्घाटन की पृष्ठभूमि

परमाणुओं के एसपी-संकरण के साथ कार्बन के रूपों के अस्तित्व की संभावना के सवाल पर सैद्धांतिक रूप से बार-बार विचार किया गया है। 1885 में, जर्मन रसायनज्ञ एडॉल्फ बेयर ने चरणबद्ध विधि का उपयोग करके एसिटिलीन डेरिवेटिव से चेन कार्बन को संश्लेषित करने का प्रयास किया। हालाँकि, बेयर का प्रयास प्राप्त करना है पॉलीइन(एक अणु में कम से कम तीन पृथक या संयुग्मित C≡C बांड वाला एक यौगिक) असफल रहा; उसे एक श्रृंखला में जुड़े चार एसिटिलीन अणुओं से युक्त एक हाइड्रोकार्बन प्राप्त हुआ, जो बेहद अस्थिर निकला। निचले पॉलीइन्स की अस्थिरता ने बायर के लिए तनाव सिद्धांत बनाने के आधार के रूप में कार्य किया, जिसमें उन्होंने श्रृंखला कार्बन प्राप्त करने की असंभवता को दर्शाया। वैज्ञानिक के अधिकार ने पॉलीइन्स के संश्लेषण में शोधकर्ताओं की रुचि को ठंडा कर दिया और इस दिशा में काम लंबे समय तक बंद रहा।

कार्बन का एक-आयामी (रैखिक) रूप लंबे समय से कार्बन अपरूपता में लुप्त कड़ी बना हुआ है। इस क्षेत्र में काम को फिर से शुरू करने के लिए एक महत्वपूर्ण प्रोत्साहन 1930 के दशक में प्रकृति में पॉलीएसिटिलीन श्रृंखला के प्रतिनिधियों की खोज थी। कुछ पौधों और निचले कवक में, पांच संयुग्मित एसिटिलीन समूहों वाले पॉलीइन यौगिकों की खोज की गई। अपने पूर्ववर्तियों के अधिकार को चुनौती देने का निर्णय लेने वाले पहले लोगों में से एक मैक्रोमोलेक्यूलर यौगिकों आईएनईओएस एलेक्सी मिखाइलोविच स्लैडकोव, यूरी पावलोविच कुड्रियावत्सेव की प्रयोगशाला के रसायनज्ञ थे। उनके काम से कार्बन के एक नए रैखिक एलोट्रोपिक रूप की खोज हुई।

1959-1960 में, शिक्षाविद् कोर्शक की अध्यक्षता में आईएनईओएस के मैक्रोमोलेक्यूलर यौगिकों की प्रयोगशाला में डायएसिटिलीन यौगिकों की ऑक्सीडेटिव युग्मन प्रतिक्रिया का व्यवस्थित अध्ययन किया गया था। यह पाया गया कि द्विसंयोजक तांबे के लवण की उपस्थिति में, पॉलिमर बनाने के लिए किसी भी डायएसिटिलीन यौगिकों के साथ इस प्रतिक्रिया को अंजाम दिया जा सकता है, जिसकी प्राथमिक इकाई मूल डायएसिटिलीन के कार्बन कंकाल को बरकरार रखती है। इस मामले में, सबसे पहले पॉलिमरिक Cu(I) पॉलीएसेटाइलेनाइड्स बनते हैं। ऑक्सीडेटिव युग्मन प्रतिक्रिया के इस प्रकार को ऑक्सीडेटिव डीहाइड्रोपॉलीकंडेंसेशन कहा जाता था। वैज्ञानिकों ने सुझाव दिया है कि ऐसे पॉलीकंडेंसेशन के लिए एसिटिलीन को मोनोमर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। दरअसल, जब एसिटिलीन को Cu(II) नमक के जलीय अमोनिया घोल में डाला गया, तो तुरंत एक काला अवक्षेप बन गया। यह वह मार्ग था जिसने ए.एम. स्लैडकोव, यू.पी. कुड्रियावत्सेव, वी.वी. कोर्शाक और वी.आई. को कार्बन के रैखिक रूप की खोज के लिए प्रेरित किया। काबैन».

कार्बाइन के खोजकर्ताओं के अनुसार, उनके लिए सबसे कठिन काम यह निर्धारित करना था कि कार्बन परमाणु एक श्रृंखला में किस बंधन से जुड़े हुए थे। ये वैकल्पिक सिंगल और ट्रिपल बॉन्ड (–С≡С–С≡С–), केवल डबल बॉन्ड (=С=С=С=С=), या एक ही समय में दोनों हो सकते हैं। कुछ साल बाद ही यह साबित करना संभव हो सका कि परिणामी कार्बाइन में कोई दोहरा बंधन नहीं था। कार्बाइन के ओजोनेशन के दौरान ऑक्सालिक एसिड के गठन से श्रृंखलाओं की पॉलीनी संरचना की पुष्टि की गई थी।

हालाँकि, सिद्धांत ने केवल दोहरे बंधनों के साथ एक रैखिक कार्बन पॉलिमर के अस्तित्व की अनुमति दी, जिसे 1968 में वी.पी. नेपोचातिख द्वारा प्राप्त किया गया था: काउंटर संश्लेषण (पॉलीमर ग्लाइकोल की कमी से) ने क्यूम्यलीन बांड के साथ एक रैखिक कार्बन पॉलिमर का निर्माण किया, जो था पॉलीक्यूम्यलीन कहा जाता है। परिणामी पदार्थ में दोहरे बंधन की उपस्थिति का प्रमाण यह तथ्य था कि जब पॉलीक्यूमुलीन को ओजोनाइज़ किया जाता है, तो केवल कार्बन डाइऑक्साइड प्राप्त होता है।

तो, रैखिक कार्बन के दो रूप प्राप्त हुए: पॉलीइन (-C≡C–) n, या α-कार्बाइन, और पॉलीक्यूमुलीन (=C=C=) n, या β-कार्बाइन। खोज के लेखकों ने विभिन्न तरीकों का उपयोग करके कार्बाइन की संरचना का विस्तृत अध्ययन किया और इसके थर्मोडायनामिक और इलेक्ट्रोफिजिकल गुणों का अध्ययन किया।

संयुक्त राज्य अमेरिका के विभिन्न राज्यों से सीलोन ग्रेफाइट और ग्रेफाइट में ए.जी. व्हिटेकर, प्राकृतिक हीरे में वी.आई. कसाटोचिन, श्रीलंका के ग्रेफाइट में एफ.जे. रीटिंगर, उल्कापिंड में जी.वी. वडोविकिन द्वारा बनाए गए कार्बाइन युक्त कार्बन पदार्थों की खोज की कई रिपोर्टें हैं

प्राप्त करने की विस्तृत विधियाँ, भौतिक एवं रासायनिक गुणकार्बाइन और इसके अनुप्रयोगों का वर्णन यू.पी. कुड्रियावत्सेव, एस.ई. एव्स्युकोवा, एम.बी. बाबेव, टी.जी. द्वारा किया गया है।

कार्बाइन संरचना

कुछ शोधकर्ताओं के अनुसार, कार्बाइन की वैयक्तिकता और इसकी संरचना का स्पष्ट और कठोर प्रमाण अभी तक प्राप्त नहीं हुआ है, जबकि इसके विपरीत, अन्य लेखकों का मानना ​​है कि ऐसे सबूत मौजूद हैं। कार्बाइन के अस्तित्व के बारे में चर्चा काफी हद तक इस तथ्य के कारण है कि इसके निदान में कई तकनीकी कठिनाइयाँ हैं, क्योंकि उच्च-ऊर्जा विधियों का उपयोग करते समय, कार्बाइन का कार्बन के अन्य रूपों में संक्रमण संभव है। इसके अलावा, कार्बाइन की संरचना के बारे में विचार लंबे समय से अपूर्ण हैं। कार्बाइन की खोज के लेखकों ने वैन डेर वाल्स बलों के कारण क्रिस्टल में पैक किए गए क्यूम्यलीन या पॉलीनी प्रकार की श्रृंखलाओं के एक सेट के रूप में इसकी क्रिस्टल संरचना का एक मॉडल प्रस्तावित किया। श्रृंखलाओं को सीधा माना गया, क्योंकि प्रत्येक कार्बन परमाणु एसपी-संकरण की स्थिति में है।

दरअसल, अब यह स्थापित हो गया है कि कार्बाइन की संरचना दोहरे बंधन (बीटा-कार्बाइन) या वैकल्पिक एकल और ट्रिपल बांड (α-कार्बाइन) के साथ श्रृंखलाओं में इकट्ठे कार्बन परमाणुओं द्वारा बनाई गई है। पॉलिमर श्रृंखलाओं में प्रतिक्रियाशील सिरे होते हैं (यानी, वे एक स्थानीय नकारात्मक चार्ज ले जाते हैं) और श्रृंखला रिक्तियों के साथ झुकते हैं, उन स्थानों पर जहां कार्बन परमाणुओं के ओवरलैपिंग π-ऑर्बिटल्स के कारण श्रृंखलाएं एक-दूसरे से जुड़ी होती हैं। क्रॉसलिंक के निर्माण के लिए लौह और पोटेशियम जैसी धातु की अशुद्धियों की उपस्थिति महत्वपूर्ण है। कोर्शक के सैद्धांतिक कार्य में एक रैखिक कार्बन श्रृंखला में ज़िगज़ैग की उपस्थिति के लिए ठोस सबूत प्राप्त किए गए थे: उनकी गणना के परिणाम कार्बाइन के आईआर स्पेक्ट्रम के साथ अच्छे समझौते में हैं।

क्रिस्टलीय कार्बाइन की संरचना के आगे के अध्ययन के परिणामों के आधार पर, इसकी इकाई कोशिका का एक मॉडल प्रस्तावित किया गया था। इस मॉडल के अनुसार कार्बाइन की इकाई कोशिका ज़िगज़ैग वाली समानांतर कार्बन श्रृंखलाओं से बनी होती है, जिसके कारण कोशिका दो-परत वाली बन जाती है। एक परत की मोटाई छह कार्बन परमाणुओं की एक श्रृंखला है। निचली परत में, श्रृंखलाएं घनी रूप से पैक की जाती हैं और केंद्र में और षट्भुज के कोनों पर स्थित होती हैं, जबकि ऊपरी परत में कोई केंद्रीय श्रृंखला नहीं होती है, और परिणामी रिक्ति में अशुद्धता परमाणु स्थित हो सकते हैं। संभव है कि वे नोट्स हों

गुण

कार्बाइन एक महीन-क्रिस्टलीय काला पाउडर (घनत्व 1.9÷2 ग्राम/सेमी³) है और इसमें अर्धचालक गुण हैं। एक दूसरे के समानांतर रखी कार्बन परमाणुओं की लंबी श्रृंखलाओं से कृत्रिम परिस्थितियों में प्राप्त किया गया। कार्बाइन कार्बन का एक रैखिक बहुलक है। कार्बाइन अणु में, कार्बन परमाणु श्रृंखलाओं में बारी-बारी से या तो ट्रिपल और सिंगल बॉन्ड (पॉलीइन संरचना) या स्थायी रूप से डबल बॉन्ड (पॉलीक्यूमुलीन संरचना) द्वारा जुड़े होते हैं। यह पदार्थ सबसे पहले 60 के दशक की शुरुआत में सोवियत रसायनज्ञ वी.वी. कोर्शाक, ए.एम. स्लैडकोव, वी.आई. कुड्रियावत्सेव द्वारा प्राप्त किया गया था। यूएसएसआर एकेडमी ऑफ साइंसेज (आईएनईओएस) में। कार्बाइन में अर्धचालक गुण होते हैं, और प्रकाश के संपर्क में आने पर इसकी चालकता बहुत बढ़ जाती है। पहला व्यावहारिक अनुप्रयोग इस संपत्ति पर आधारित है - फोटोवोल्टिक कोशिकाओं में।

उद्घाटन की पृष्ठभूमि

परमाणुओं के एसपी-संकरण के साथ कार्बन के रूपों के अस्तित्व की संभावना के सवाल पर सैद्धांतिक रूप से बार-बार विचार किया गया है। 1885 में, जर्मन रसायनज्ञ एडॉल्फ बेयर ने चरणबद्ध विधि का उपयोग करके एसिटिलीन डेरिवेटिव से चेन कार्बन को संश्लेषित करने का प्रयास किया। हालाँकि, बेयर का प्रयास प्राप्त करना है पॉलीइन(एक अणु में कम से कम तीन पृथक या संयुग्मित C≡C बांड वाला एक यौगिक) असफल रहा; उन्होंने एक श्रृंखला में जुड़े चार एसिटिलीन अणुओं से युक्त एक हाइड्रोकार्बन प्राप्त किया, जो बेहद अस्थिर निकला। निचले पॉलीइन्स की अस्थिरता ने बायर के लिए तनाव सिद्धांत बनाने के आधार के रूप में कार्य किया, जिसमें उन्होंने श्रृंखला कार्बन प्राप्त करने की असंभवता को दर्शाया। वैज्ञानिक के अधिकार ने पॉलीइन्स के संश्लेषण में शोधकर्ताओं की रुचि को ठंडा कर दिया और इस दिशा में काम लंबे समय तक बंद रहा।

कार्बन का एक-आयामी (रैखिक) रूप लंबे समय से कार्बन अपरूपता में लुप्त कड़ी बना हुआ है। इस क्षेत्र में काम को फिर से शुरू करने के लिए एक महत्वपूर्ण प्रोत्साहन 1930 के दशक में प्रकृति में पॉलीएसिटिलीन श्रृंखला के प्रतिनिधियों की खोज थी। कुछ पौधों और निचले कवक में, पांच संयुग्मित एसिटिलीन समूहों वाले पॉलीइन यौगिकों की खोज की गई। अपने पूर्ववर्तियों के अधिकार को चुनौती देने का निर्णय लेने वाले पहले लोगों में से एक थे INEOS में मैक्रोमोलेक्युलर यौगिकों की प्रयोगशाला के प्रमुख, वासिली व्लादिमीरोविच कोर्शक और एलेक्सी मिखाइलोविच स्लैडकोव। उनके काम से कार्बन के एक नए रैखिक एलोट्रोपिक रूप की खोज हुई।

1959-1960 में, शिक्षाविद् कोर्शक की अध्यक्षता में आईएनईओएस के मैक्रोमोलेक्यूलर यौगिकों की प्रयोगशाला में डायएसिटिलीन यौगिकों की ऑक्सीडेटिव युग्मन प्रतिक्रिया का व्यवस्थित अध्ययन किया गया था। यह पाया गया कि द्विसंयोजक तांबे के लवण की उपस्थिति में, पॉलिमर बनाने के लिए किसी भी डायएसिटिलीन यौगिकों के साथ इस प्रतिक्रिया को अंजाम दिया जा सकता है, जिसकी प्राथमिक इकाई मूल डायएसिटिलीन के कार्बन कंकाल को बरकरार रखती है। इस मामले में, सबसे पहले पॉलिमरिक Cu(I) पॉलीएसेटाइलेनाइड्स बनते हैं। ऑक्सीडेटिव युग्मन प्रतिक्रिया के इस प्रकार को ऑक्सीडेटिव डीहाइड्रोपॉलीकंडेंसेशन कहा जाता था। वैज्ञानिकों ने सुझाव दिया है कि ऐसे पॉलीकंडेंसेशन के लिए एसिटिलीन को मोनोमर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। दरअसल, जब एसिटिलीन को Cu(II) नमक के जलीय अमोनिया घोल में डाला गया, तो तुरंत एक काला अवक्षेप बन गया। यह वह मार्ग था जिसने ए.एम. स्लैडकोव, वी.वी. कोर्शाक, वी.आई. कासाटोचिन और यू.पी. कुद्रियात्सेव को कार्बन के रैखिक रूप की खोज के लिए प्रेरित किया, जिसे उन्होंने स्लैडकोव के सुझाव पर कहा। काबैन».

कार्बाइन के खोजकर्ताओं के अनुसार, उनके लिए सबसे कठिन काम यह निर्धारित करना था कि कार्बन परमाणु एक श्रृंखला में किस बंधन से जुड़े हुए थे। ये वैकल्पिक सिंगल और ट्रिपल बॉन्ड (–С≡С–С≡С–), केवल डबल बॉन्ड (=С=С=С=С=), या एक ही समय में दोनों हो सकते हैं। कुछ साल बाद ही यह साबित करना संभव हो सका कि परिणामी कार्बाइन में कोई दोहरा बंधन नहीं था। कार्बाइन के ओजोनेशन के दौरान ऑक्सालिक एसिड के गठन से श्रृंखलाओं की पॉलीनी संरचना की पुष्टि की गई थी।

हालाँकि, सिद्धांत ने केवल दोहरे बांड के साथ एक रैखिक कार्बन पॉलिमर के अस्तित्व की अनुमति दी, जिसे 1968 में स्लैडकोव के स्नातक छात्र वी.पी. नेपोचातिख ने प्राप्त किया था: काउंटर संश्लेषण (पॉलिमर ग्लाइकोल की कमी से) क्यूम्यलीन बांड के साथ एक रैखिक कार्बन पॉलिमर के गठन का कारण बना। , जिसे पॉलीक्यूम्यलीन कहा जाता था। परिणामी पदार्थ में दोहरे बंधन की उपस्थिति का प्रमाण यह तथ्य था कि जब पॉलीक्यूमुलीन को ओजोनाइज़ किया जाता है, तो केवल कार्बन डाइऑक्साइड प्राप्त होता है।

तो, रैखिक कार्बन के दो रूप प्राप्त हुए: पॉलीइन (-C≡C–) n, या α-कार्बाइन, और पॉलीक्यूमुलीन (=C=C=) n, या β-कार्बाइन। खोज के लेखकों ने विभिन्न तरीकों का उपयोग करके कार्बाइन की संरचना का विस्तृत अध्ययन किया और इसके थर्मोडायनामिक और इलेक्ट्रोफिजिकल गुणों का अध्ययन किया।

कार्बाइन पर संरचना

कुछ शोधकर्ताओं के अनुसार, कार्बाइन की वैयक्तिकता और इसकी संरचना का स्पष्ट और कठोर प्रमाण अभी तक प्राप्त नहीं हुआ है, जबकि इसके विपरीत, अन्य लेखकों का मानना ​​है कि ऐसे सबूत मौजूद हैं। कार्बाइन के अस्तित्व के बारे में चर्चा काफी हद तक इस तथ्य के कारण है कि इसके निदान में कई तकनीकी कठिनाइयाँ हैं, क्योंकि उच्च-ऊर्जा विधियों का उपयोग करते समय, कार्बाइन का कार्बन के अन्य रूपों में संक्रमण संभव है। इसके अलावा, कार्बाइन की संरचना के बारे में विचार लंबे समय से अपूर्ण हैं। कार्बाइन की खोज के लेखकों ने वैन डेर वाल्स बलों के कारण क्रिस्टल में पैक किए गए क्यूम्यलीन या पॉलीनी प्रकार की श्रृंखलाओं के एक सेट के रूप में इसकी क्रिस्टल संरचना का एक मॉडल प्रस्तावित किया। श्रृंखलाओं को सीधा माना गया, क्योंकि प्रत्येक कार्बन परमाणु एसपी-संकरण की स्थिति में है।

दरअसल, अब यह स्थापित हो गया है कि कार्बाइन की संरचना दोहरे बंधन (बीटा-कार्बाइन) या वैकल्पिक एकल और ट्रिपल बांड (α-कार्बाइन) के साथ श्रृंखलाओं में इकट्ठे कार्बन परमाणुओं द्वारा बनाई गई है। पॉलिमर श्रृंखलाओं में प्रतिक्रियाशील सिरे होते हैं (यानी, वे एक स्थानीय नकारात्मक चार्ज ले जाते हैं) और श्रृंखला रिक्तियों के साथ झुकते हैं, उन स्थानों पर जहां कार्बन परमाणुओं के ओवरलैपिंग π-ऑर्बिटल्स के कारण श्रृंखलाएं एक-दूसरे से जुड़ी होती हैं। क्रॉसलिंक के निर्माण के लिए लौह और पोटेशियम जैसी धातु की अशुद्धियों की उपस्थिति महत्वपूर्ण है। कोर्शक के सैद्धांतिक कार्य में एक रैखिक कार्बन श्रृंखला में ज़िगज़ैग की उपस्थिति के लिए ठोस सबूत प्राप्त किए गए थे: उनकी गणना के परिणाम कार्बाइन के आईआर स्पेक्ट्रम के साथ अच्छे समझौते में हैं।

क्रिस्टलीय कार्बाइन की संरचना के आगे के अध्ययन के परिणामों के आधार पर, इसकी इकाई कोशिका का एक मॉडल प्रस्तावित किया गया था। इस मॉडल के अनुसार कार्बाइन की इकाई कोशिका ज़िगज़ैग वाली समानांतर कार्बन श्रृंखलाओं से बनी होती है, जिसके कारण कोशिका दो-परत वाली बन जाती है। एक परत की मोटाई छह कार्बन परमाणुओं की एक श्रृंखला है। निचली परत में, श्रृंखलाएं घनी रूप से पैक की जाती हैं और केंद्र में और षट्भुज के कोनों पर स्थित होती हैं, जबकि ऊपरी परत में कोई केंद्रीय श्रृंखला नहीं होती है, और परिणामी रिक्ति में अशुद्धता परमाणु स्थित हो सकते हैं। यह संभव है कि वे कार्बाइन के क्रिस्टलीकरण के लिए उत्प्रेरक हों। यह मॉडल कार्बाइन घटना को उजागर करने की कुंजी प्रदान करता है और बताता है कि रैखिक कार्बन श्रृंखलाओं के आम तौर पर अस्थिर सेट को किस कॉन्फ़िगरेशन में स्थिर किया जा सकता है।

यह सभी देखें

लिंक

• * वी.आई. सारनचुक, वी. वी. ओशोव्स्की, जी. ओ. व्लासोव। ज्वलनशील कोपलिन का रसायन और भौतिकी। - डोनेट्स्क: समान विदावनिची हाउस, 2003। -204 पी।
• एलेक्सी स्लैडकोव द्वारा कार्बन - कार्बाइन की खोज का इतिहास
• स्लैडकोव ए.एम., कुड्रियावत्सेव यू. पी. हीरा, ग्रेफाइट, कार्बाइन - कार्बन के एलोट्रोपिक रूप // प्रकृति। 1969.सं.5. पृ.37-44.

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विकिमीडिया फाउंडेशन. 2010.

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