Επιστήμονες κατασκεύασαν μια δομή από άνθρακα μικρότερη από το φουλερένιο

Από ABC News, 30 Απριλίου 2004 

Δεξιά: Το μικρότερο αδελφάκι ενός buckyball ή αλλιώς φουλερένιου με 50 άτομα άνθρακα αντί για 60. Ονομάστηκαν έτσι προς τιμή του αρχιτέκτονα Buckminste, που ήταν ο σχεδιαστής ενός γεωδεσικού θόλου που μοιάζει με αυτό το μόριο.

Μια νέα σφαιρική μορφή του άνθρακα, μικρότερη από το διάσημο buckyball, που ανακαλύφθηκε πριν, σχεδόν, 20 χρόνια, φτιάχτηκε από κινέζους επιστήμονες.

Ο Su-Yuan Xie του Πανεπιστημίου Xiamen μαζί με συναδέλφους του αναφέρει στο τελευταίο τεύχος του Science, ότι παρασκεύασαν  μερικά χιλιοστόγραμμα της στερεής αυτής μορφής του άνθρακα.

Ενώ το μικρότερο buckyball είχε μελετηθεί προηγουμένως στην αέρια μορφή του, ήταν οι πρώτοι επιστήμονες που για πρώτη φορά το έκαναν στερεό.

Το μόριο που δημιούργησαν είναι μέρος μιας κλάσης μορίων του άνθρακα, τα λεγόμενα φουλερένια ή buckyballs, που ανακαλύφθηκαν το 1985.

Το φουλερένιο έχει ένα κοίλωμα από άτομα του άνθρακα, που μπορεί να αντισταθεί στις πολύ υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις.

Το διασημότερο μέλος της ομάδας είναι το C60 με 60 άτομα άνθρακα, που μοιάζει με μια μπάλα ποδοσφαίρου, ενώ το τελευταίο μόριο έχει 50 άτομα.

Μέχρι τώρα, οι επιστήμονες που είχαν βρει τα μικρότερα φουλερένια δεν μπορούσαν να το κάνουν σε σταθερή και στέρεα μορφή, όπως το C60.

"Τα μικρότερα φουλερένια από το C60 προβλέπεται να έχουν ασυνήθιστες ηλεκτρονικές, μαγνητικές, και μηχανικές ιδιότητες, που προκύπτουν κυρίως από την υψηλή κυρτότητα της μοριακής επιφάνειας", γράφουν οι ερευνητές, περιγράφοντας το μόριο που δημιούργησαν ως ένα "από καιρό αναμενόμενο αδελφάκι του C60".

Σύμφωνα με τον αυστραλό χημικό, Barrie Peel του Πανεπιστημίου La Trobe της Μελβούρνης, που έχει εμπλακεί στα πειράματα του φουλερενίου, τα C60 είναι σχετικά σταθερά λόγω της δομής τους.

Έχουν και εξάγωνα έξι ατόμων άνθρακα και πεντάγωνα από πέντε άτομα. Ενώ τα εξάγωνα είναι εγγενώς σταθερές δομές, τα πεντάγωνα είναι σχετικά ασταθή. Το C60 είναι σταθερό επειδή αυτά τα ασταθή πεντάγωνα διατηρούνται χωριστά.

"Στο C60 τα πεντάγωνα είναι απομονωμένα. Με άλλα λόγια, κανένα πεντάγωνο δεν ενώνεται με ένα άλλο πεντάγωνο. Κάθε πεντάγωνο περιβάλλεται από πέντε εξάγωνα", λέει ο Peel.

Αλλά αυτός ο "κανόνας των απομονωμένων πενταγώνων" δεν ισχύει στα μικρότερα φουλερένια.

"Οτιδήποτε μικρότερο από το C60 πρέπει να έχει μερικά πεντάγωνα δίπλα-δίπλα και αυτό κάνει τη δομή αυτή λιγότερο σταθερή", εξηγεί ο Peel.

Για να υπερνικήσουν αυτό το πρόβλημα, ο Xie και η ομάδα του εφάρμοσαν μια μέθοδο για να κάνουν ένα C60 να παραγάγει ένα μόριο με 50 άτομα άνθρακα με ένα δακτύλιο 10 ατόμων χλωρίου γύρω από το μέσον του, ή "τον ισημερινό του".

"Η επικόλληση των ατόμων χλωρίου έκανε το μόριο σταθερό και με μεγάλη διάρκεια ζωής κι έτσι μπορούν να απομονώσουν μικρές ποσότητες του", λέει ο Peel.

Οι ερευνητές δημιούργησαν το νέο άνθρακα εφαρμόζοντας υψηλή ηλεκτρική τάση για να δημιουργήσουν ηλεκτρικό τόξο μεταξύ δύο ηλεκτροδίων από γραφίτη σε ένα θάλαμο αερίου υψηλής θερμοκρασίας,  περισσότερο από 1000°C.

Οι υψηλές θερμοκρασίες ήταν αναγκαίες καθώς ο γραφίτης είναι πολύ σταθερός και χρειάζεται αρκετή ενέργεια για να εξατμιστεί.

Οι άκρες των ηλεκτροδίων τότε εξατμίστηκαν και σταθεροποιήθηκαν ως λεπτή αιθάλη όταν το σύστημα ψύχθηκε.

Η βασική τροποποίηση των ερευνητών σε αυτήν την μέθοδο, που χρησιμοποιείται για να παραγάγει C60, ήταν να προσθέσουν λίγων σταγόνων τετραχλωράνθρακα (ένας ιδιαίτερα τοξικός διαλύτης που κάποτε χρησιμοποιείτο στο ξηρό καθάρισμα) σαν πηγή ατόμων χλωρίου. Τα άτομα του χλωρίου συνδέθηκαν με τα άτομα του άνθρακα κι έτσι σχηματίστηκαν τα σταθερά μόρια C50.

Ο Peel περιέγραψε το άρθρο ως "άριστη δημοσίευση".