De Buckybal

Allotropische vormen van koolstof Inleidend We kennen van koolstof waarschijnlijk wel twee hoofdmodificaties: diamand en kool (of grafiet). Er is echter ook nog een derde: fullereen. Buckminsterfullereen, ook buckybal genoemd, is een bolvormige koolstofmolecule die bestaat uit een cluster van 60 koolstofatomen. Dit molecule heeft de vorm van een afgeknot regelmatig twintigvlak, een 'voetbal'. De bolvorm levert een uitermate stabiel molecule op. Het kan tamelijk eenvoudig worden gesynthetiseerd. Oorsprong De eerste koolstofbal werd gemaakt in 1982. Na veel onderzoek en experimenten lukt het Leo Paquette om een dodecahedron te maken, een bol bestaande uit 5-hoekige vlakken. Deze bol bestond echter nog niet uit pure koolstof. Bij onderzoek naar koolstofverbindingen in de atmosfeer van sterren vond men in 1985 atoomclusters met een even aantal moleculen, zoals C60. Uit de metingen kon men echter geen structuren afleiden. Verder bleek dat de C60 vaker voorkwam. Al snel kwam men met oplossingen. De C60 zou misschien een cluster kunnen zijn dat uit grafietachtige laagjes bestaat. Maar toch hoopten ze op een interessantere structuur. Deze structuur zou vanwege de vrije verbindingen ook veel te snel weer weg reageren. Een ander idee voor de structuur kwam van een van de bouwwerken van architect Richard Buckminster Fuller. Deze architect werd beroemd door zijn bolvormige bouwwerken die uit bijvoorbeeld driehoeken. Met verschillende methodes proberen ze de vorm te achterhalen. De een met karton en tape, de ander met kauwgomballen en tandenstokers. Al snel vond Smalley de bekende voetbal vorm. Een structuur van vijf en zes hoeken. En dan komen ook andere vormen. Met kleine aanpassingen kunnen C70, C32 en C50 worden gemaakt. De nieuwe familie werd genoemd naar de architect, fullerenen. En toen wilde men deze structuren natuurlijk zelf maken. Het leek mogelijk dat de vorm kon ontstaan in roet, aangezien roet bestaat uit niet meer dan "misvormde" koolstof structuren. En de bolle vorm leek de beste manier om open plekken aan de uiteinden te vermeiden die wel een probleem waren bij de eerde genoemde oplossing van laagjes grafiet. En inderdaad bleek dat bij bepaalde verbrandingsverhoudingen er aan zienlijke hoeveelheden C70 en C32 kon worden gevormd. De mens heeft deze stof dus waarschijnlijk al tijden lang onbewust gemaakt. De reële structuur bleef echter nog buitenbereik tot 1990. Eerder in 1982 hadden een paar wetenschappers, Donald Huffman en Wolfgang Kratschmer, ook nieuwsgierig naar nieuwe koolstof vormen, al vreemde waarnemingen gedaan nadat ze in een bepaald experiment roet hadden gemaakt. Het was pas in 1988 dat Huffman het verband bracht met het in 1985 uitgebrachte artikel over C60. Het idee werd niet hartelijk ontvangen maar men vond het wel waard om verder te onderzoeken. Ze verwarmden weer op dezelfde manier grafiet en kregen weer roet. Bij een massa spectrum metingen zagen ze inderdaad een hoge piek van C60. Ook was C70 aanwezig.
Toepassing Als toepassing dacht men aan bijvoorbeeld smeermiddel. De ronde vorm zou daar heel goed geschikt voor kunnen zijn. Ook was het geschikt als kooi voor bijvoorbeeld radioactieve stoffen. Maar geen goedkope. De waarde ligt zo op de 40 maal die van het goud, maar men verwacht dat het ooit rond de prijs van aluminium zal liggen. Verder is er nog het probleem om pure stoffen te krijgen.