Buckyball

Hoe worden buckyballs gemaakt? Voor het produceren van fullerenen gebruikt met dezelfde boogontladingslamp als in een bioscoop, waar het licht ontstaat tussen twee koolstofstaven. Deze lamp wordt in een schone vacuüm ruimte met een watergekoelde wand gebracht waarna de ruimte volgepompt wordt met helium- of argongas om ongewenste reacties met zuurstof te voorkomen. Vervolgens ontsteekt men de lading tussen de beide koolstofstaven die elk een dikte hebben van een paar millimeters. Bij de zeer hete temperatuur die dan ontstaat verdampt de koolstof en komt zo in de gasfase terecht. Als de kamer geheel vacuüm zou zijn, dan zou de koolstof tegen de wand neerslaan als grafiet, maar omdat het edelgas niet-reactief is, wordt dat voorkomen. Het gas houdt de atomen lange tijd bij elkaar, zodat ze clusters kunnen gaan vormen. Bij het doorlopen van het temperatuurtraject krijgen de atomen binnen een cluster de tijd om energetisch de meest gunstige positie ten opzichte van elkaar in te nemen. In de zo ontstane vorm slaan clusters neer op de wand van de vacuümkamer. Na tien minuten zijn de koolstofstaven opgebrand en is alle koolstof neergeslagen tegen de wand van de vacuümkamer. Naast de clusters komt er ook nog roet vrij, die voor het grootste deel uit fullerenen bestaat en voor één vijfde deel uit C-60. Vervolgens worden de fullerenen van de andere (ongewenste) stoffen in het roet gescheiden door het roet op te lossen in normale organische oplosmiddelen. De fullerenen in het roet lossen op en de ongewenste stoffen blijven als bezinksel achter op de bodem. Die worden eruit gefilterd en het hele goedje wordt droog gekookt. Het zwarte poeder wat op deze manier kristalliseert bestaat dan voor vier vijfde deel uit C-60. De rest bestaat voornamelijk uit C-70, maar er komen ook nog kleine percentages C-76, C-78 en C-84 voor. Welke buckyballs zijn er gemaakt De belangrijkste buckyball is het C-60 molecuul. Dit molecuul is zeer stabiel. Het molecuul bestaat uit 60 koolstofatomen die in 12 vijfhoeken en 20 zeshoeken met elkaar verbonden zijn. Alle zestig koolstofatomen binden met de drie dichtstbijgelegen koolstofatomen. Alleen aangezien de co-valentie van koolstof vier is, moet er ergens een dubbele binding ontstaan. De zeshoeken bevatten drie dubbele bindingen en de vijfhoeken geen enkele. Naast C-60 bestaan er ook andere koolstofmoleculen met een typische bolstructuur, fullerenen. C-70 komt het meeste voor na C-60, maar er bestaan ook varianten die nog groter zijn. De varianten C-76, C-78 en C-84 zijn ook bekend. Ook kleinere varianten bestaan, zoals C-32 en C-50. Verder is K3C60 (kaliumbuckide) bekend en C60F6, C60F42 en C60F60. Bij de laatste drie moleculen is fluor toegevoegd. Tot slot heb je ook nog buckybuizen of koolstofnanobuizen. Dit zijn geen normale bolvormige fullerenen, maar deze moleculen zijn langwerpig van vorm. Het is een soort buckyball die in twee stukken is gehakt en waar een cilindervormige constructie is tussen gezet. Ze zijn ontdekt bij het maken van C-60 en hebben bijzondere eigenschappen. De buizen zijn heel erg sterk en ongelooflijk dun. Bovendien zijn er nanobuizen die elektriciteit geleiden, wat nuttig kan zijn bij het maken van computerchips, doordat ze zo dun zijn. Er zijn een aantal verschillende vormen van nanobuizen. Het kunnen rechte cilinders zijn, maar ze kunnen ook spiraalvormig en zelfs in een cirkel voorkomen, waarbij de buis als het ware met het begin aan het eind is vastgemaakt.
Wie stonden aan de wieg van de buckyball In 1986 ontdekten Richard Smalley en zijn team aan de Universiteit van Houston de buckyball. Dit was een zeer belangrijke ontdekking. Met experimenten waarbij gepulst laserlicht werd gebruikt om grafiet te verdampen, werd de vorming van koolstofdeeltjes onderzocht. Smalley en zijn team kwamen erachter dat onder bepaalde omstandigheden een koolstofvariant ontstond die een bolvormige structuur heeft. Deze reeks werd de fullerenen genoemd met als belangrijkste variant C-60, een voetbal van koolstof die uit 60 koolstofatomen bestaat en die dezelfde structuur heeft als een voetbal met vijf- en zeshoeken. Hierbij zijn de vijfhoeken altijd omgeven door zeshoeken. Deze koolstofvoetbal kreeg de naam buckminsterfullereen (buckyball). Dit was naar de architect Buckminster Fuller genoemd, die gebouwen ontwierp die dezelfde structuur hebben als de bijzondere koolstofmoleculen. Het C-60 molecuul bleek een heel stabiel molecuul te zijn. De Nijmeegse hoogleraar molecuul- en laserfysica, professor dr. G. Meijer verricht met zijn groep onderzoek aan de buckyball. Meijer is een buckyball-deskundige van het eerste uur die al in 1987 gefascineerd raakte door het molecuul. Voor de ontdekking van het voetbalvormige koolstofmolecuul in 1986 kregen de onderzoekers Richard Smalley, Robert Curl en Harold Kroto in 1996 de Nobelprijs voor chemie.