ГИГАНТСКИЕ НЕОРГАНИЧЕСКИЕ КЛАСТЕРЫ
В. Федин,
доктор химических наук.
Одно из важных направлений в современной неорганической химии --
изучение кластеров. Это класс химических соединений, в составе
которых имеется разное число атомов переходных металлов;
взаимодействие между атомами металлов может меняться от весьма
слабого до сильного. Исследования в данной области существенно
расширили наши представления о природе химической связи. Теперь
мы знаем, как удивительно богата и красива эта химия, кластеры
демонстрируют уникальную реакционную способность, велико также и
практическое значение таких соединений.
Вполне понятно стремление химиков получить кластеры, содержащие
все большее и большее число атомов металла и имеющие наноразмеры.
Еще недавно химики только мечтали о кластерах, содержащих
несколько десятков атомов металла. Теперь кластеры, насчитывающие
более 100 атомов металла, открыты.
Рис.1
Замечательные успехи по получению больших кластеров достигнуты в
химии полиоксометаллатов. Из малых фрагментов, состоящих из
атомов металла и кислорода, можно формировать очень большие
(наноразмерные) молекулярные кластеры с уникальной структурой.
Важные сообщения пришли совсем недавно из лаборатории профессора
А.Мюллера (университет Билефельд, Германия). Получен самый
большой неорганический кластер, строение которого определено
методом рентгеноструктурного анализа. Он содержит 248(!) атомов
молибдена, связанных через мостиковые атомы кислорода. В
подкисленных водных растворах молибдата при восстановлении быстро
образуется раствор синего цвета, содержащий полиоксомолибдат,
имеющий в своем составе 176 атомов молибдена. Структура кластера
похожа на автомобильную покрышку и показана в левой части рис.1.
Если такой большой кластер долго хранится в реакционном
растворе, то в подходящих экспериментальных условиях происходит
дальнейший его рост. При этом отверстие в кластере Mo176
закрывается симметрично с двух сторон крышками, в каждой из
которых -- 36 атомов молибдена. В целом структура гигантского
кластера, имеющего наноразмеры, напоминает летающую тарелку.
Внутри молекулярного кластера имеется большая эллипсовидная
полость с размерами примерно 8,5х20 ангстрем.
 |
|
Рис.2 |
При восстановлении молибдата в других экспериментальных условиях
(в ацетатном буфере) образуется раствор другого цвета --
красно-коричневый. Из него с высоким выходом получена и
структурно охарактеризована аммонийная соль, имеющая в своем
составе кластерный анионный комплекс
[Mo132O372(CH3COO)30(H2O)72]42-
уникального строения. Это
гигантская наноразмерная сфера (диаметр около 25 ангстрем),
построенная из более чем 500 атомов молибдена и кислорода, имеет
икосаэдрическую симметрию. На рис.2 показано строение
молекулы. 12 вершин икосаэдра заняты атомами молибдена фрагментов
{MoO7}, которые в свою очередь связаны с 5 октаэдрами {MoO6}
через общие ребра. 30 биядерных фрагментов Mo2 связывают эти
кластерные фрагменты, и из таких простых структурных фрагментов
образуется сфера. Она имеет такие большие размеры, что внутри ее
могут свободно разместиться несколько таких относительно больших
молекул как фуллерен С60.
Синтез гигантского кластера, имеющего высокую (икосаэдрическую)
симметрию, безусловно уникальное событие в химии. Для комплекса
предложено тривиальное название кеплерат.
Гигантские полиоксомолибдатные кластеры, полученные профессором
Мюллером, могут, на мой взгляд, претендовать на звание Молекулы
года.
стр.
|
