Klasterlar birikmalar. Ularning tuzilishi va xossalari. Klaster birikmalarining tuzilishini aniqlash

Klasterlar birikmalar. Ularning tuzilishi va xossalari.
Reja:

1. 
   Klasterlar birikmalar.
   
2. 
   Ularning tuzilishi va xossalari.
   
3. 
   Klaster birikmalarining tuzilishini aniqlash.
   

Yilda kimyo, an atom klasteri (yoki oddiygina) klaster) bog'langan ansambldir atomlar yoki molekulalar bu oddiy molekula va a orasidagi kattalikdagi oraliqdir nanoparta; ya'ni bir nechtagacha nanometrlar (nm) diametrda. Atama mikroklaster o'nlab atomgacha bo'lgan ansambllar uchun ishlatilishi mumkin.

Muayyan tartibdagi atomlarning aniq soni va turiga ega klasterlar ko'pincha o'ziga xos deb hisoblanadi kimyoviy birikma va shunga o'xshash tarzda o'rganiladi. Masalan, fulleren a tepaliklari kabi joylashtirilgan 60 uglerod atomidan iborat klasterdir kesilgan icosahedr va dekaboran 10 dan iborat klaster bor to'liq bo'lmagan atomlarni hosil qiladi ikosaedr, 14 bilan o'ralgan vodorod atomlar
Ushbu atama eng ko'p uch o'lchovli tartibda bog'langan bir xil elementning bir nechta atomlaridan yoki bir nechta turli elementlardan tashkil topgan ansambllar uchun ishlatiladi. O'tish metallari va asosiy guruh elementlari ayniqsa mustahkam klasterlarni hosil qiladi.^[1] Darhaqiqat, ba'zi kontekstlarda bu atama a ga tegishli bo'lishi mumkin metall klasteryadro atomlari bo'lgan atomlar metallar va kamida bittasini o'z ichiga oladi metall bog'lanish.^[2] Bunday holda, saralash ko'p yadroli bir nechta metall atomlari bo'lgan klasterni belgilaydi va heteronükleer kamida ikki xil metall elementga ega klasterni belgilaydi. Yalang'och metall klasterlarda boshqa elementlarning tashqi qobig'i bo'lgan klasterlardan farqli o'laroq, faqat metall atomlari mavjud. Ikkinchisi bo'lishi mumkin funktsional guruhlar kabi siyanid yoki metil, yadro atomlariga kovalent ravishda bog'langan; yoki ko'p bo'lishi mumkin ligandlar tomonidan biriktirilgan koordinatsion bog'lanishlar, kabi uglerod oksidi, galogenidlar, izosiyanidlar, alkenlar va gidridlar.
Shu bilan birga, atamalar tarkibida hech qanday metal bo'lmagan ansambllar uchun ham foydalaniladi (masalan boran va karboranlar ) va yadro atomlari bir-biriga bog'langan kovalent yoki ionli bog'lanishlar. U shuningdek, birgalikda joylashgan atomlar yoki molekulalar ansambllari uchun ishlatiladi Van der Vaals yoki vodorod aloqalari, kabi suv klasterlari. Klasterlar muhim rol o'ynashi mumkin fazali o'tish kabi yog'ingarchilik dan echimlar, kondensatsiya va bug'lanish suyuq va qattiq moddalar, muzlash va eritish va adsorbtsiya boshqa materiallarga. Atom klasteri birikmalari, shu jumladan metall klasterlari qadimgi zamonlardan beri odamlar o'zlari bilmagan holda foydalanib kelmoqdalar. Sun'iy ravishda ishlab chiqarilgan eng qadimgi metall klaster bo'lishi mumkin kalomel Simob ustuni
₂Cl ₂Hindistonda XII asrda ma'lum bo'lgan.
Klaster birikmalarining tuzilishini aniqlash faqat 20-asrda mumkin bo'ldi. Masalan, a simob kalomelda simob bilan bog'lanish 1900 yillarning boshlarida o'rnatildi. Ushbu yutuqlar yagona kristalli kabi ishonchli strukturaviy tahlil vositalarini ishlab chiqish natijasida erishildi Rentgen difraksiyasi.
"Klaster" atamasi tomonidan ishlatilgan F.A.Paxta 1960-yillarning boshlarida, xususan, metall-metal birikmalarini o'z ichiga olgan birikmalarga murojaat qilish.
Uglerod klasterlari birinchi marta aniqlangan Erik A. Rohlfing, Donald M. Koks va Endryu Kaldor 1984 yilda, grafit bug'langan tajribalarda lazer va bug 'a tomonidan o'chirildi geliy atmosfera. A bilan quyultirilgan mahsulotlarni tahlil qilish mass-spektrometr molekulalarining ustunligi aniqlandi "sehrli raqamlar ".^[4] 1985 yilda ularning ishlari takrorlandi Garold Kroto, Jeyms R. Xit, Shon O'Brayen, Robert Curl va Richard Smalley, taniqli S uchun qisqartirilgan ikosaedr tuzilishini taklif qilgan₆₀ molekula hosil qildi va buning uchun "buckminsterfullerene" nomini taklif qildi. Atom klasterlarining fizikaviy va kimyoviy xossalari bir xil tarkibdagi quyma qattiq moddalardan juda farq qiladi. Farqi shundaki, ularning tarkibida atom atomlarining katta qismi ularning yuzasida topilgan. Bir necha o'ndan kamroq atom atomlari yoki molekulalarga ega klaster yadrolari uchun barqaror konfiguratsiyalar odatda yadro yuzasiga yaqin bo'lgan atomlarning ko'piga yoki barchasiga ega va shu bilan qisman boshqa yadro elementlari bilan bog'lanadi.
Molekulyar turlarning xossalari bilan mos keladigan massa sonining ko'payishi bilan asta-sekin o'tish sodir bo'ladi N yadrodagi atomlarning, chunki uning yuzasiga qo'shni bo'lgan atomlarning ulushi taxminan kattalashadi N^−1/3. Agar N 10 ga teng⁵, qachon klasterni ko'rib chiqish mumkin a nanoparta, yadrodagi atomlarning atigi 10 foizigina uning yuzasiga ta'sir qiladi. Bu hali ham muhim foiz, bu nanozarrachalarning xususiyatlari hali ham asosiy moddadan sezilarli darajada farq qilishining sababidir.
O'tish davri metall klasterlari tez-tez tuziladi olovga chidamli metall atomlar Umuman kengaytirilgan metall markazlarda d-orbitallar valentlik orbitallarining bir-biriga mos tushishi tufayli barqaror klasterlar hosil qiladi. Shunday qilib, past bo'lgan metallar oksidlanish darajasi keyingi metallar uchun va dastlabki metallar uchun oksidlanishning o'rtacha darajasi barqaror klasterlar hosil qilish tendentsiyasiga ega. Polinuklear metall karbonillari odatda kech topiladi o'tish metallari past formal oksidlanish darajalari bilan. The ko'p qirrali skelet elektron juftligi nazariyasi yoki Wade Elektronlarni hisoblash qoidalari ko'plab metall klasterlarning barqarorligi va tuzilmalari tendentsiyalarini bashorat qiladi. Jemmis mno qoidalar metall klasterlarining nisbiy barqarorligi to'g'risida qo'shimcha tushuncha berdi.
arqaror bo'lmagan klasterlarni gaz fazasida ham kuzatilishi mumkin mass-spektrometriya, garchi ular termodinamik jihatdan beqaror va kondensatlashganda osonlik bilan agregatlashsa ham. Bunday yalang'och klasterlar, ya'ni ligandlar tomonidan stabillashmaganlar, ko'pincha metall yoki metall o'z ichiga olgan birikmaning lazer tomonidan bug'lanishi yoki ablasyon natijasida hosil bo'ladi. Odatda, ushbu yondashuv o'lchamlarni taqsimlashning keng tarqalishini keltirib chiqaradi. Ularning elektron tuzilmalari kabi usullar bilan so'roq qilinishi mumkin fotoelektron spektroskopiya, esa infraqizil multipotonli dissotsilanish spektroskopiya klasterlar geometriyasini ko'proq tekshiradi.^[7] Ularning xususiyatlari (Reaktivlik, Ionlanish potentsiali, HOMO –LUMO -gap) ko'pincha aniq hajmga bog'liqlikni namoyon qiladi. Bunday klasterlarga ba'zi alyuminiy klasterlarni misol qilib keltirish mumkin superatomlar va aniq oltin klasterlar. Ma'lum bir metall klasterlar namoyish etiladi metallning xushbo'yligi. Ba'zi hollarda, lazer yordamida ablasyon tajribalarining natijalari ajratilgan birikmalarga o'tkaziladi va asosiy holatlar uglerod klasterlari fullerenlar, xususan, C formulali klasterlar₆₀, C₇₀va C₈₄. Fulleren sferasini kichik molekulalar bilan to'ldirish mumkin Endohedral fullerenlar. Bunday klasterlar uchun tuzilmalar asoslanadi deltahedra, qaysiki polyhedra unda har bir yuz uchburchak shaklida bo'ladi. 4n klasterlar quyidagicha tasniflanadi yopiq, nido-, araxno- yoki gif-, ular to'liqligini anglatadimi (yopiq) deltahedr, yoki etishmayotgan deltahedr (nido-), ikkita (araxno-) yoki uchta (gif-) tepaliklar.
Biroq, gif klasterlari nisbatan kam uchraydi, chunki elektronlar soni antibonding orbitallarni to'ldirishni boshlash va 4n tuzilishi. Agar elektronlar soni tepada 5 ta elektronga yaqin bo'lsa, unda struktura ko'pincha 3-ulangan ko'pburchakka asoslangan 5n qoidalari bilan boshqariladiganga o'zgaradi.
Elektronlar soni ortib borishi bilan 5n elektronlar soni bo'lgan klasterlarning tuzilishi beqaror bo'lib qoladi, shuning uchun 6n qoidalar amalga oshirilishi mumkin. 6n klasterlarda halqalarga asoslangan tuzilmalar mavjud.