How big is Buckyball?

Ein Buckyball ist ein Molekül aus 60 Kohlenstoffatomen, die zu einem geschlossenen, kugelförmigen Käfig verbunden sind, mit demselben Muster wie ein Fußball. Sein vollständiger Name ist Buckminsterfulleren, und seine Formel lautet C₆₀. Er ist etwa 1 Nanometer breit, gemessen als Abstand zwischen den Mittelpunkten benachbarter Buckybälle, die in einem Feststoff dicht gepackt sind. Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter.

Größe

Die 60 Kohlenstoffatome sitzen auf der Oberfläche des Käfigs, der innen hohl ist. Die Entdecker fanden später Kohlenstoffkäfige, in deren Innerem Metallatome eingeschlossen waren. Der Käfig aus Kohlenstoffatomen selbst ist 0,71 Nanometer breit.

Ein Molekül hat keinen scharfen Rand, weil die Elektronen um seine Atome über deren Mittelpunkte hinausreichen. Deshalb nimmt jeder Buckyball mehr Raum ein als sein Käfig aus Atomen. In Kristallen aus festem C₆₀ liegen die Mittelpunkte benachbarter Moleküle 1,0 Nanometer auseinander. Der Wert von 1 Nanometer im Explorer entspricht diesem Abstand.

Der Käfig hat 20 sechseckige und 12 fünfeckige Flächen. Die Felder eines Fußballs folgen demselben Muster, ebenso wie die geodätische Kuppel, die der amerikanische Architekt R. Buckminster Fuller für die Weltausstellung 1967 in Montreal entwarf. Nach ihm ist das Molekül benannt.

Größenvergleiche

Etwa 80.000–100.000 Buckybälle, nebeneinander gelegt, würden die Breite eines Menschenhaares ergeben, das 0,08–0,1 Millimeter breit ist.
Ein Fußball ist etwa 220 Millionen Mal so breit wie ein Buckyball. Ein um denselben Faktor vergrößerter Fußball wäre etwa 48.000 Kilometer breit, fast viermal so breit wie die Erde.
Zwei Cäsiumatome – sie zählen zu den größten Atomen – würden, nebeneinander gelegt, die Breite eines Buckyballs ergeben.

Wie Buckybälle entdeckt wurden

Robert Curl, Harold Kroto und Richard Smalley entdeckten Buckybälle 1985 gemeinsam mit den Doktoranden J. R. Heath und S. C. O'Brien. Sie richteten einen intensiven Laserpuls auf eine Kohlenstoffoberfläche und vermischten die freigesetzten Kohlenstoffatome mit einem Strom aus Heliumgas. Die Atome verbanden sich zu Clustern, und Cluster aus 60 Atomen waren am häufigsten. Ihre Stabilität deutete auf eine hochsymmetrische Form hin.

1990 stellten die Physiker W. Krätschmer und D. R. Huffman C₆₀ in Mengen her, die groß genug waren, um es zu sammeln. Untersuchungen daran bestätigten die kugelförmige Struktur. Curl, Kroto und Smalley teilten sich 1996 den Nobelpreis für Chemie für die Entdeckung der Fullerene, der Familie geschlossener Kohlenstoffkäfige, zu der auch Buckybälle gehören.

Buckybälle im Weltraum

Kroto beteiligte sich an dem Experiment, um herauszufinden, wie kettenförmige Kohlenstoffmoleküle entstehen könnten, die er in den Atmosphären kohlenstoffreicher Riesensterne gefunden hatte. Kurz nach der Entdeckung schlugen Wissenschaftler vor, dass Buckybälle um solche Sterne herum vorkommen könnten. 2010 fand das Spitzer-Weltraumteleskop der NASA erstmals überzeugende Hinweise darauf im Weltraum.

Spitzer entdeckte Buckybälle in Tc 1, einer Wolke aus Material, die ein sterbender Stern abgestoßen hatte. Der Stern glich einst der Sonne, stieß aber im Alter seine äußeren Schichten ab. Astronomen vermuten, dass sich die Buckybälle in diesen abgestoßenen Kohlenstoffschichten gebildet haben.