Органические металлы

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В 1971 году профессор Токийского технологического института Хидеки Широкава дал аспиранту задание синтезировать полиацетилен, но тот в 1000 раз превысил дозу катализатора и вместо темного порошка получил блестящую пленку. Оказалось, что эта пленка обладает проводящими свойствами за счет делокализованных пи-электронов. С помощью допирования иодом удалось повысить проводимость пленки настолько, что она приблизилась к проводимости металлов. Так началась эра проводящих полимеров.

полимер проводимость органический металл кристаллический

Органические металлы

Металлы органические - органическое соединение, обладающие металлической проводимостью. В органических металлах перенос электрона в твердой фазе осуществляется по органической компоненте молекулы. Металлы органические называют также "синтетическими металлами". К органическим металлам относятся мономерные и высокомолекулярные ион-радикальные соли и комплексы с переносом заряда (см. Молекулярные комплексы), например комплекс тетратиофульвалена с 7,7,8,8-тетрациа-нохинодиметаном (формула I) и бис-(тетраселенотетрацен)хло-рид (II), иодированный полиацетилен и политиофентетра-фтороборат (III, m > n), вещества на основе металлофтало-цианинов и металлобензопорфиринов-соединение соответственно формул IV и V и др.

Удельной электрический проводимость (s).Органические металлы при обычной температуре 10-105 Ом-1.см-1 При понижении температуры величина s может достигать 105 Ом-1.см-1, однако при низких температурах Органические металлы претерпевают переход металл-диэлектрик. Существуют Органические металлы, у которых металлическое состояние сохраняется при низких температурах (ниже 40 К), и Органические металлы, способные к переходу в сверх-проводящее состояние. На стабильность металлического состояния существенное влияние оказывают природа гетероатома в циклах, давление, ионизирующее излучение и другие факторы.

Характерная особенность кристаллической структуры Органических металлов - наличие регулярных "стопок", слоев, цепочек, состоящих из доноров и акцепторов электронов. В мономерных Органических металлах расстояния между молекулами в стопках существенно меньше ван-дер-ваальсовых и значительно меньше расстояний между самими стопками. Благодаря особенностям кристаллической структуры Органические металлы - квазиодномерные проводники, т.е. для них характерна анизотропия электрический проводимости, которая максимальна вдоль длинной оси кристалла и минимальна в перпендикулярном направлении (s||/s| достигает 103).

Синтез органических металлов

Методы синтеза Органических металлов основаны на частичном восстановлении или окислении акцептора или донора электронов с помощью, например, Na, I2, Br2, AsF5; используют также электрохимическое, фотохимическое, электрофотохимическое окисление. Органические металлы получают в виде монокристаллов, порошков, пленок и др. Возможно использование металлов органических в качестве неметаллических проводников, сверхпроводников, электродов в химических источниках тока, для записи и преобразования информации и др.

Органический кристалл, обладающий свойствами металла, создали материаловеды Института проблем химической физики РАН, университетов Киото (Kyoto University) и Мэидзё (Meijo University). В основе разработки - фуллерены.

В том, что сферы из атомов углерода обладают необычными свойствами, учёные почти за 30 лет со дня их открытия успели убедиться не раз и даже не два. В этот раз россияне и японцы собрали из них структуру со свойствами металла, при этом не добавляя ни единого атома самих металлов (не то что раньше).

Дмитрий Конарев, Гундзи Саито (Gunzi Saito) и их коллеги решили создать своеобразную соль фуллерена C60, но собрать её исключительно из атомов углерода, водорода и азота. Для этого они использовали три компонента: анионы фуллереновых «мячиков», в качестве катионов - положительно заряженные органические молекулы, а также большие нейтральные органические молекулы как каркас.

«Позвоночником» был выбран триптицен (triptycene). Геометрия и размеры молекул этого вещества позволили упаковать анионы таким образом, что материал приобрёл металлические свойства. В полученной структуре слои фуллеренов перемежались со слоями остальных компонентов.

Двумерные слои из фуллеренов (анионы расположены в виде сотовой структуры) обладают хорошей проводимостью в диапазоне температур 1,9-200 К

Хорошо исследованы органические металлы, представляющие собой соединения с двумя проводящими стопками: донорной и акцепторной

Условия существования органический металлов

Молекулярная и кристаллическая структура компонентов органических металлов должна отвечать следующим требованиям.

1) Молекулы должны быть плоскими в нейтральном и ионном состоянии; возможно небольшое отклонение (2--4°) от плоскости кольца.

Это создает условия для максимально плотной упаковки молекул в кристалле. Межмолекулярное взаимодействие компонентов в проводящей органической стопке осуществляется посредством перекрывания молекулярных я-орбиталей, и описывается суммарными волновыми функциями неспаренных электронов, делокализованных вдоль всей молекулы.

2) Молекулы должны быть симметричны, чтобы исключить возможность возникновения сильного случайного потенциала, который может привести систему в состояние диэлектрика. Слабый электронный или структурный беспорядок может стабилизировать металлическое состояние.

3) Рассматриваемые соединения должны упаковываться в регулярные стопки. Движение электронов осуществляется вдоль стопки органических молекул легче, чем в двух других направлениях (вещества в кристаллическом состоянии анизотропны).

4) Расстояния между молекулами в стопке должны быть одинаковыми и минимальными для обеспечения безактивационного движения электронов вдоль стопки.

5) Для стабилизации металлического состояния до низких температур и для появления сверхпроводящего перехода необходимо, помимо укороченных расстояний между молекулами внутри стопки, наличие укороченных расстояний между отдельными стопками.

Электронная структура рассматриваемых соединений также должна обладать рядом особенностей.

1) Необходимо присутствие неспаренных электронов в системе.

2) Должен осуществляться неполный перенос заряда. Этому критерию отвечают умеренно сильные доноры и умеренно сильные акцепторы. При этом разница в окислительно-восстановительных потенциалах донора и акцептора должна быть минимальной.

3) Необходима минимальная энергия кулоновского отталкивания, чтобы дестабилизировать переход в состояние моттовского изолятора.

Заключение

Возможно, в недалеком будущем будут построены дома, автомобили или, например, легкие самолеты, оклеенные тонкой пленкой и работающие на энергии, которая производиться ею. Пока ещё нет промышленных приборов, использующих новые вещества - органические металлы. Однако есть все основания думать, что разнообразие свойств этих материалов и возможности изменения их свойств с помощью современных методов химической технологии приведут к широкому внедрению органических металлов в практику и к открытию новой страницы в развитии электроники.

Список литературы

1. Шибаева Р. П. Итоги науки и техники. Сер. кристаллохимия. М.: Изд. ВИНИТИ,

1981, т. 15, с. 189.

2. Стародуб В. А., Кривошей И. В. Успехи химии, 1982, т. 5, с. 764.

3. Золотухин С. П., Каминский В. Ф., Котов А. И., Любовский Р. Б., Хидекель М. Л.,

Шибаева Р. Л„ Щеголев И. Ф., Ягубский Э. Б. Письма в ЖЭТФ, 1977, т. 25,

с. 480.

4. Жуховицкий В. Б., Хидекель М. Л., ДюмаевК.М., "Успехи химии", 1985, т. 54, в. 2, с. 239-52.

Размещено на Allbest.ru