У листопаді 1985 року хіміки оприлюднили молекулу безпрецедентної симетрії — бакмінстерфуллерен, або «бакібол», відкриття, яке змінило матеріалознавство та принесло його творцям Нобелівську премію з хімії 1996 року. Історія його появи — це поєднання випадковості, теоретичного проникнення та невтомних експериментів.
Таємниця міжзоряних вуглецевих ланцюгів
Пошуки почалися в 1970-х роках, викликані незрозумілими спостереженнями вуглецевмісних молекул у міжзоряному просторі. Астрономи виявили більше довгих вуглецевих ланцюгів, ніж могли б пояснити існуючі астрофізичні моделі. Переважаюча теорія припускала, що охолоджувані червоні гіганти посіяли ці ланцюги в космос, але докази залишалися неповними.
Прорив в Університеті Райса
Ключовий момент стався в Університеті Райса, де хімік Роберт Керл розробив унікальну техніку лазерної вапоризації. Випаровуючи атоми з металевого диска за допомогою лазера, а потім охолоджуючи їх у хмарі гелію, він міг проаналізувати їхній склад. Гаррі Крото, який відвідав Університет Сассекса, запропонував замінити металевий диск графітом – чистою формою вуглецю – щоб імітувати зовнішні оболонки червоних гігантів.
Непрохані гості
Протягом десяти днів у вересні 1985 року Крото, Керл і Річард Смоллі разом з аспірантами Шоном О’Браєном і Джимом Хітом відтворили довгі вуглецеві ланцюги, очікувані в зоряних атмосферах. Однак в результаті експерименту з’явилися несподівані «непрохані гості»: молекули, що містять рівно 60 і 70 атомів вуглецю. Ці структури ненадовго спостерігалися в попередньому експерименті в Exxon, але їхнє значення було пропущено.
Структура фулерену
Після кількох днів ретельного аналізу команда зрозуміла, що молекула C60 з 60 атомів вуглецю надзвичайно стабільна. На відміну від плоского графенового листа, який був би дуже реактивним через звисаючі зв’язки, C60 був напрочуд інертним. Розгадування його структури захопило команду, яка вдалася до примітивного моделювання за допомогою зубочисток, драже та паперових вирізок.
Спадщина Бакмінстера Фуллера
Прорив стався, коли Крото згадав геодезичні куполи Бакмінстера Фуллера — сферичні структури, побудовані з переплетених трикутників. Смоллі дістав книгу Фуллера на цю тему, і команда дізналася структуру молекули C60: футбольний м’яч, що складається з п’ятикутників і шестикутників. Отриману сполуку назвали бакмінстерфуллереном на честь далекоглядного архітектора та винахідника.
Розквіт фулеренів
Публікація в журналі Nature 14 листопада 1985 року ознаменувала народження фулеренів, нового класу замкнутих молекул вуглецю. У 1990 році вчені виявили, що вони можуть виробляти велику кількість бакіболів, пропускаючи електричну дугу між вугільними стрижнями. Це відкриття відкрило нову галузь матеріалознавства, де фулерени знайшли застосування в нанотехнологіях, медицині тощо.
Історія бакіболів є свідченням сили допитливого наукового пошуку. Те, що почалося як спроба зрозуміти міжзоряну хімію, перетворилося на новаторське відкриття, яке переосмислило наше розуміння молекулярних можливостей вуглецю.
