Fullerène C70

Fullerène C70

Fullerène C70
Image illustrative de l’article Fullerène C70
Structure du fullerène C70
Identification
No CAS 115383-22-7
No ECHA 100.162.223
PubChem 16131935
ChEBI 33195
SMILES
InChI
Apparence Cristaux noirs en forme d'aiguilles
Propriétés chimiques
Formule brute C70  [Isomères]
Masse molaire[1] 840,749 ± 0,056 g/mol
C 100 %,
Propriétés physiques
Solubilité insoluble dans l'eau
Masse volumique 1,7 g·cm-3
Propriétés électroniques
Bande interdite 1,77 eV[2]
Précautions
SGH[3]
SGH07 : Toxique, irritant, sensibilisant, narcotique
Attention
H319, H335, P261, P305+P351+P338,

Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le fullerène C70 est une substance de type fullerène dont les molécules sont constituées de 70 atomes de carbone. Ceux-ci forment une cage dont la surface en forme d'ellipsoïde est matérialisée par 25 hexagones et 12 pentagones, chaque sommet de cette structure étant occupé par un atome de carbone et chaque côté par une liaison chimique. L'ensemble forme une structure semblable à celle du buckminsterfullerène, ou fullerène 60, emblématique de cette famille de molécules. La synthèse en 1985 de ces variétés allotropiques du carbone a valu à ses auteurs le prix Nobel de chimie 1996[4].

La molécule C70 a une symétrie D5h avec 32 faces (25 hexagones et 12 pentagones), soit une structure semblable à celle du buckminsterfullerène, qui est sphérique, mais avec une ceinture de 5 hexagones supplémentaires insérée à l'équateur, donnant au C70 une forme plus allongée. Les liaisons carbone-carbone peuvent avoir huit longueurs différentes dans la molécule, allant de 137 pm à 146 pm. Chaque atome de la structure est lié par covalence à trois atomes[5].

Les dix atomes en rouge indiquent les cinq hexagones supplémentaires du C70 par rapport au C60.

Propriétés

Le C70 peut subir six réductions successives conduisant à l'anion C70 de manière réversible, l'oxydation étant, quant à elle, irréversible. La première réduction requiert une tension de -1 V (Fc/Fc+), ce qui fait du C70 un accepteur d'électron.

Les fullerènes sont faiblement solubles dans de nombreux solvants aromatiques tels que le toluène, ainsi que dans des solvants tels que le disulfure de carbone CS2, mais n'est pas soluble dans l'eau. Les solutions de C70 sont de couleur brun rougeâtre. Il est possible de faire croître des cristaux de C70 de quelques millimètres à partir d'une solution[6].

Le C70 forme un solide cristallisé brunâtre. Il s'agit d'un semiconducteur de type n (accepteur d'électron) présentant une largeur de bande interdite de 1,77 eV[2] et dont la conductivité résulterait de la diffusion d'oxygène atmosphérique à l'intérieur du matériau[7]. Le motif élémentaire du C70 cristallisé sous forme cubique à faces centrées contient quatre sites octaédriques et douze sites tétraédriques vides suffisamment grands pour loger des impuretés. Lorsque des éléments donneurs d'électrons tels que des métaux alcalins sont introduits dans ces cavités, le C70 acquiert une conductivité pouvant atteindre de l'ordre de 2 S·cm-1[8].

Sous forme solide, les molécules C70 sont maintenues ensemble par des forces de van der Waals et cristallisent à température ambiante dans les systèmes monoclinique, hexagonal, rhomboédrique et cubique à faces centrées. Cette dernière est stable aux températures supérieures à 70 °C. On explique cela par le fait que le système cubique à faces centrées est favorisé lorsque la symétrie générale dépend de l'orientation relative des molécules C70, tandis que le système monoclinique, qui est le moins symétrique, s'observe lorsque l'orientation des molécules est bloquée par une température trop faible ou par une déformation. La rotation partielle le long d'un axe de symétrie des molécules conduit aux symétries hexagonales ou rhomboédriques, qui donnent une structure cubique lorsque les molécules peuvent tourner librement[2],[9].

La présence de fullerène C70 ainsi que de buckminsterfullerène a été détectée dans une nébuleuse planétaire en 2010[10], faisant de cette molécule la plus grosse alors détectée dans l'espace.

Notes et références

  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. a b et c  (en) K. Thirunavukkuarasu, V. C. Long, J. L. Musfeldt, F. Borondics, G. Klupp, K. Kamarás et C. A. Kuntscher, « Rotational Dynamics in C70: Temperature- and Pressure-Dependent Infrared Studies », The Journal of Physical Chemistry, vol. 115, no 9,‎ , p. 3646-3653 (DOI 10.1021/jp200036t, lire en ligne)
  3. Fiche Sigma-Aldrich du composé [5,6-Fullerene-C70 Green Alternative sublimed, ≥99% (HPLC)], consultée le 19 mars 2017.
  4. (en) « The Nobel Prize in Chemistry 1996 », (consulté le 19 mars 2017).
  5. (en) C. N. R. Rao, Ram Seshadri, A. Govindaraj et Rahul Sen, « Fullerenes, nanotubes, onions and related carbon structures », Materials Science and Engineering: R: Reports, vol. 15, no 6,‎ , p. 209-262 (DOI 10.1016/S0927-796X(95)00181-6, lire en ligne)
  6. (en) A. V. Talyzin et I. Engström, « C70 in Benzene, Hexane, and Toluene Solutions », The Journal of Physical Chemistry B, vol. 102, no 34,‎ , p. 6477-6481 (DOI 10.1021/jp9815255, lire en ligne)
  7. (en) Robert Fabiański, Lucyna Firlej, Ahmed Zahab et Bogdan Kuchta, « Relationships between crystallinity, oxygen diffusion and electrical conductivity of evaporated C70 thin films », Solid State Sciences, vol. 4, no 8,‎ , p. 1009-1015 (DOI 10.1016/S1293-2558(02)01358-4, Bibcode 2002SSSci...4.1009F, lire en ligne)
  8. (en) R. C. Haddon, A. F. Hebard, M. J. Rosseinsky, D. W. Murphy, S. J. Duclos, K. B. Lyons, B. Miller, J. M. Rosamilia, R. M. Fleming, A. R. Kortan, S. H. Glarum, A. V. Makhija, A. J. Muller, R. H. Eick, S. M. Zahurak, R. Tycko, G. Dabbagh et F. A. Thiel, « Conducting films of C60 and C70 by alkali-metal doping », Nature, vol. 350,‎ , p. 320-322 (DOI 10.1038/350320a0, Bibcode 1991Natur.350..320H, lire en ligne)
  9. (en) M. A. Verheijen, H. Meekes, G. Meijer et P. Bennema, « The structure of different phases of pure C70 crystals », Chemical Physics, vol. 166, nos 1-2,‎ , p. 287-297 (DOI 10.1016/0301-0104(92)87026-6, Bibcode 1992CP....166..287V, lire en ligne)
  10. (en) Jan Cami, Jeronimo Bernard-Salas, Els Peeters et Sarah Elizabeth Malek, « Detection of C60 and C70 in a Young Planetary Nebula », Science, vol. 329, no 5996,‎ , p. 1180-1182 (PMID 20651118, DOI 10.1126/science.1192035, Bibcode 2010Sci...329.1180C, lire en ligne)