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. 足球烯结构解析 C60 是一种由 60 个碳原子构成的分子，形似足球所以称为足球烯；由于这个结构的提出是受到建筑学家富勒的启发，（富勒曾设计一种用六边形和五边形构成的球形薄壳建筑结构）因此科学家也把 C60 叫做富勒烯。C60 是单纯由碳原子结合形成的稳定分子，其相对分子质量约为 720。它具有60 个碳原子、90 个 C-C 键，和32 个环，其中12 个为正五边形，20 个为正六边形；有两种键角分别为 108°和 120°；碳原子是 sp2 杂化，具有超导性、强磁性等优良性质，是超导温度最高的无机分子材料；可以由苯和石墨等材料合成。 球棍模型 比例模型 结构解析： 一、90 个 C-C 单键 每个碳原子可以形成 3 个 C-C 单键，而每个 C-C 键需要 2 个碳原子构成，所以每个 C-C 键中属于一个 C 的只有 1 ，那么每个碳原子形成的单键数为 1 ? 3 ? 3 ，则足球烯中 C-C 键 总数为 N= 3 ? 60 ? 90 。 2 2 2 2 二、32 个环、12 个五边形、20 个六边形 设一个分子中有x 个五元环、y 个六元环。 根据欧拉定理（任何一个凸多面体中，定点数+面数-边数=2）有 60 + x + y - 90 = 2 ① 在足球烯中，每个正五边形周围有 5 个正六边形，而每个正六边形周围均匀分布 3 个正五边形和 3 个正六边形（见下图）。那么每个 C-C 单键供 2 个环用，属于其中任何一个环的C-C 单键只有 1 ，则每个正五边形具有的边数为 1 ? 5 ? 3 ，每个正六边形具有的边数为 1 ? 6 ? 3 ， 2 2 2 2 足球烯一个分子所具有的总边数（C-C 键数）为联立①②式可解的 x=12 y=20 .. 3 x ? 3y ? 90 ② 2 . 三、键角为 108°和 120° 由于足球烯中的所有碳都成环，且构成的环为正五边形或正六边形，所有 C-C 键的键角为 108°（正五边形环）和 120°（正六边形环）。 四、超导、强磁性 足球烯分子中的碳原子是以sp2 杂化形式成键的，每个碳原子原子核的最外层都有一个未成对电子，这些电子所在的 p 轨道互相重叠形成一个含 60 个π电子的闭壳层电子结构， 因此在近似球形的笼内和笼外都围绕着π电子云。但 C60 常态下不导电，因为其分子大得可以将其他原子放进它内部， 并影响其物理性质，因而不可导电。随着科学进步，科学家 们发现在C60 内掺杂一些碱金属后，C60 具有金属性质，在低温下导电能力非常强，也是迄今为止发现的超导温度最高的无机非金属分子物质。 在 C60 的甲苯溶液中加入过量的强供电子有机物四（二甲氨基）乙烯（TDAE），得到了 C60(TDAE)C0.86 的黑色微晶沉淀，经磁性研究后表明是一种不含金属的软铁磁性材料，居里温度为 16.1K，高于迄今报道的其它有机分子铁磁体的居里温度。 五、合成 可以用石墨或苯合成足球烯分子。 很多学生做题时遇到这一项都会判断错误，认为足球烯有五元环、六元环，而石墨和苯 都只有六元环，所以不能合成足球烯。但是要注意，每 5 个六边形围起来就会出现一个五边形，所以，用石墨和苯是可以合成足球烯的，而且科学家们已经在实验室实现了这种合成。 ..