How big is Fuleren?

Fuleren to cząsteczka z 60 atomów węgla połączonych w zamkniętą, kulistą klatkę o takim samym wzorze jak piłka nożna. Pełna nazwa to buckminsterfuleren, a wzór chemiczny to C₆₀. Cząsteczka ma około 1 nanometra szerokości, rozumianej jako odległość między środkami sąsiednich fulerenów upakowanych w ciele stałym. Nanometr to miliardowa część metra.

Rozmiar

Te 60 atomów węgla leżą na powierzchni klatki, która jest pusta w środku. Odkrywcy fulerenu znaleźli później klatki węglowe z uwięzionymi w środku atomami metali. Sama klatka z atomów węgla ma 0,71 nanometra szerokości.

Cząsteczka nie ma twardej krawędzi, ponieważ elektrony wokół jej atomów sięgają poza ich środki. Dlatego każdy fuleren zajmuje więcej miejsca niż sama klatka z atomów. W kryształach stałego C₆₀ środki sąsiednich cząsteczek leżą w odległości 1,0 nanometra. Wartość 1 nanometra podana w eksploratorze odpowiada temu odstępowi.

Klatka ma 20 sześciokątnych i 12 pięciokątnych ścian. Łaty piłki nożnej tworzą ten sam wzór. Ten sam wzór ma też kopuła geodezyjna, którą amerykański architekt R. Buckminster Fuller zaprojektował na wystawę światową w Montrealu w 1967 roku, a cząsteczka została nazwana na jego cześć.

Porównania rozmiarów

Około 80 000–100 000 fulerenów ułożonych obok siebie zmieściłoby się na szerokości ludzkiego włosa, który ma 0,08–0,1 milimetra szerokości.
Piłka nożna jest około 220 milionów razy szersza niż fuleren. Gdyby piłkę nożną powiększyć w tej samej skali, miałaby około 48 000 kilometrów średnicy i byłaby prawie cztery razy szersza niż Ziemia.
Dwa atomy cezu, jedne z największych atomów, ułożone obok siebie zmieściłyby się na szerokości fulerenu.

Jak odkryto fulereny

Robert Curl, Harold Kroto i Richard Smalley odkryli fulereny w 1985 roku, pracując z doktorantami J. R. Heathem i S. C. O'Brienem. Wystrzelili intensywny impuls światła laserowego w powierzchnię z węgla i zmieszali uwolnione atomy węgla ze strumieniem helu. Atomy łączyły się w skupiska, a najczęściej występowały skupiska po 60 atomów. Trwałość tych skupisk sugerowała, że mają bardzo symetryczny kształt.

W 1990 roku fizycy W. Krätschmer i D. R. Huffman wytworzyli C₆₀ w ilościach wystarczających do zebrania. Badanie go potwierdziło kulistą budowę cząsteczki. Curl, Kroto i Smalley wspólnie otrzymali w 1996 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za odkrycie fulerenów, rodziny zamkniętych klatek węglowych, do której należy buckminsterfuleren.

Fulereny w kosmosie

Kroto dołączył do eksperymentu, by dowiedzieć się, jak mogły powstawać cząsteczki węgla o kształcie łańcucha, które znalazł w atmosferach gwiazd olbrzymów bogatych w węgiel. Wkrótce po odkryciu naukowcy zaproponowali, że fulereny mogą unosić się wokół takich gwiazd. W 2010 roku Kosmiczny Teleskop Spitzera NASA po raz pierwszy znalazł w kosmosie przekonujące ślady fulerenów.

Teleskop Spitzera znalazł fulereny w Tc 1, obłoku materii odrzuconej przez umierającą gwiazdę. Gwiazda była kiedyś podobna do Słońca, ale w miarę starzenia się odrzuciła zewnętrzne warstwy. Astronomowie uważają, że fulereny powstały w odrzuconych warstwach węgla.