2. Структура карбина

‎ При использовании высокоэнергетических методов исследований возможен переход карбина в другие формы углерода. При этом представления о структуре карбина длительное время были несовершенством.

Авторы открытия карбина пришли к модели его кристаллической структуры в виде совокупности цепочек кумуленового или полиинового типа, упакованных в кристаллы за счет вандерваальсовых сил. Цепочки предполагали прямолинейными, т.к. каждый атом углерода находится в состоянии sp-гибридизации.

При полном отсутствии химических межмолекулярных сшивок между цепочками изначально получается постулированный карбин, т.е. совокупность химически не связанных прямолинейных цепочек. Поэтому параметр c кристаллической ячейки должен иметь два значения для исследуемого карбина соответственно – 2,9 и 1,3 . Реальные же значения этого параметра изменялись от 7,68 до 15,36 . Сладков пришел к заключению о множестве карбиновых форм углерода, о существовании большого числа регулярных углеродных полимеров.

Это несоответствие было устранено Р.Хайманном, который предположил, что внутри цепочек есть зигзаги, причем углы этих зигзагов равны 120°, а расстояния между ними (длина прямой части цепочки) определяются статистически. Зигзаги в цепочках завершают период идентичности в кристалле. Скорее всего, в реальных объектах отдельные углеродные цепочки сшиты друг с другом, причем сшивки расположены с определённой частотой и периодичностью и протяженность линейных фрагментов разная.

В настоящее время установлено, что структуру карбина действительно образуют атомы углерода, собранные в цепочки двойными связями (β-карбин) или чередующимися одинарными и тройными связями (α-карбин). Полимерные цепочки имеют химически активные концы (несут локализованный отрицательный заряд) и имеют изгибы с цепочечными вакансиями, где цепочки соединяются между собой за счет перекрывания-орбиталей атомов.

Важное значение для образования сшивок имеет присутствие примесей металлов, как Fe, K. Доказательством присутствия зигзагов в линейной углеродной цепочке было получено в теоретической работе Коршака: результаты его расчета хорошо согласуются с экспериментальным ИК-спектром карбина.

В результате последующих исследований структуры кристаллического карбина была предложена модель элементарной его ячейки. Согласно этой модели элементарная ячейка карбина составлена параллельными цепочками углерода, которые имеют зигзаги и в результате чего ячейка становится двуслойной. Толщина одного слоя цепочки состоит из шести атомов углерода. В нижнем слое цепочки атомы плотно упакованы и расположены в центре и по углам гексагона, в то время как в верхнем слое центральная цепочка отсутствует, а в образовавшейся вакансии могут располагаться атомы примеси. Это могут быть катализаторы кристаллизации карбина. Такая модель дает основания к раскрытию феномена карбина, а также объясняет, в какой конфигурации может стабилизироваться в общем случае неустойчивая совокупность линейных цепочек углерода.[3]