Karbin

Karbin – hipotetyczna alotropowa odmiana węgla o strukturze polialkinu −(C≡C)
n−, w której atomy tworzą długie łańcuchy o występujących naprzemiennie pojedynczych i potrójnych wiązaniach lub skumulowanych wiązaniach podwójnych^[1].

Na podstawie badania dyfrakcji elektronowej zasugerowano, że chaoit może mieć strukturę karbinu^[2]. Potwierdzeniem tych wniosków mogą być doniesienia o uzyskaniu identycznych struktur poprzez sublimację grafitu w temperaturze 2400–2700 °C lub poprzez naświetlanie grafitu laserem w wysokiej próżni (otrzymane w ten sposób substancje nazwano cerafitem)^[3][4]. Jednak późniejsza publikacja zakwestionowała karbinową budowę chaoitu, przypisując uzyskane wyniki dyfrakcji zanieczyszczenia minerału gliną^[5].

Lagow wraz z zespołem przygotowali alotrop węglowy oparty na hybrydyzacji „sp”, zawierający naprzemienne wiązania potrójne i pojedyncze (tzw. acetylenowy lub liniowy alotrop węglowy). Badania stosunkowo niewielkich (od 8 do 28 atomów węgla) związków modelowych tego typu pokazują, że takie odmiany mogą być dość stabilne (130 do 140 °C) pod warunkiem, że posiadają niereaktywne grupy końcowe (takie jak grupa tert-butylowa lub grupa trifluorometylowa), które zapobiegają niepożądanym reakcjom następczym. W obecności odpowiednich grup ograniczających, laserowe techniki syntetyczne, podobne do tych zwykle stosowanych w procesach otrzymywania fulerenów, wytwarzają termostabilne acetylenowe formy węgla ograniczone grupami trifluorometylowymi lub nitrylowymi o długości łańcucha przekraczającej 300 atomów węgla. W tych warunkach powstaje tylko niewielka ilość fulerenów. Acetylenowe związki węgla nie są szczególnie wrażliwe na wilgoć lub tlen, ale są umiarkowanie wrażliwe na światło^[6].

W 2013 roku obliczono, że moduł sprężystości podłużnej karbinu wynosi blisko 32,7 TPa^[7], czyli blisko 32 razy więcej niż naturalnego diamentu^[8].

Przypisy

1. Kuan-HongK.H. Xue Kuan-HongK.H. i inni, Linear carbon allotrope – carbon atom wires prepared by pyrolysis of starch, „Chemical Physics Letters”, 385 (5–6), 2004, s. 477–480, DOI: 10.1016/j.cplett.2004.01.007 (ang.).
2. Carbyne and Carbynoid Structures Series. Physics and Chemistry of Materials with Low-Dimensional Structures, R.B.R.B. Heimann (red.), S.E.S.E. Evsyukov (red.), L.L. Kavan (red.), t. 21, Dordrecht: Kluwer Academic, [cop. 1999], s. 452, ISBN 0-7923-5323-4.
3. C.C. Nakayama C.C., M.M. Okawa M.M., H.H. Nagashima H.H., Ceraphite, a hard and high-strength new carbon material, Thirteenth Conference on Carbon, Irvine 1977, s. 424–425 (ang.).
4. D.J.D.J. Johnson D.J.D.J., D.D. Crawford D.D., C.C. Oates C.C., The Fine Structure of a Range of PAN-Based Carbon Fibers, Tenth Biennial Conference on Carbon, Bethlehem 1971, s. 29–30 (ang.).
5. P.P.K.P.P.K. Smith P.P.K.P.P.K., Peter R.P.R. Buseck Peter R.P.R., Carbyne Forms of Carbon: Do They Exist?, „Science”, 216 (4549), 1982, s. 984–986, DOI: 10.1126/science.216.4549.984 (ang.).
6. Richard J.R.J. Lagow Richard J.R.J. i inni, Synthesis of Linear Acetylenic Carbon: The “sp” Carbon Allotrope, „Science”, 267 (5196), 1995, s. 362–367, DOI: 10.1126/science.267.5196.362, PMID: 17837484 (ang.).
7. MingjieM. Liu MingjieM. i inni, Carbyne from First Principles: Chain of C Atoms, a Nanorod or a Nanorope?, „ACS Nano”, 7 (11), 2013, s. 10075–10082, DOI: 10.1021/nn404177r, arXiv:1308.2258 (ang.).
8. Diamond (C) – Properties and Applications [online], AZO Materials [dostęp 2019-11-19] (ang.).