How big is Buckminsterfullereen?

Buckminsterfullereen, inglise keeles ka lühidalt buckyball, on molekul, milles 60 süsinikuaatomit on liitunud suletud, kerakujuliseks puuriks. Puuril on sama muster mis jalgpallil. Molekuli valem on C₆₀. Molekuli läbimõõt on umbes 1 nanomeetrit, mõõdetuna tahkises kokku pakitud naabermolekulide keskpunktide vahelise kaugusena. Nanomeeter on meetri miljardik.

Suurus

Kõik 60 süsinikuaatomit asuvad õõnsa puuri pinnal. Selle avastajad leidsid hiljem süsinikupuure, mille sees on kinni metalliaatomeid. Süsinikuaatomite puuri enda läbimõõt on 0,71 nanomeetrit.

Molekulil pole kindlat serva, sest aatomeid ümbritsevad elektronid ulatuvad nende keskpunktidest kaugemale. Seetõttu võtab iga molekul rohkem ruumi kui selle aatomite puur. Tahke C₆₀ kristallides on naabermolekulide keskpunktid teineteisest 1,0 nanomeetri kaugusel. Saidil esitatud 1 nanomeetri suurus vastab sellele vahekaugusele.

Puuril on 20 kuuenurkset ja 12 viisnurkset tahku. Jalgpalli paneelid järgivad sama mustrit. Sama mustrit järgib ka geodeetiline kuppel, mille Ameerika arhitekt R. Buckminster Fuller kavandas 1967. aasta maailmanäituseks Montrealis, ja molekul on nimetatud tema järgi.

Suuruste võrdlused

• Umbes 80 000–100 000 buckminsterfullereeni molekuli, kõrvuti asetatud, ulatuksid inimese juuksekarva laiuseni (0,08–0,1 millimeetrit).
• Jalgpall on umbes 220 miljonit korda laiem kui buckminsterfullereeni molekul. Kui jalgpall oleks suurendatud sama arv kordi, oleks see umbes 48 000 kilomeetrit lai, peaaegu neli korda laiem kui Maa.
• Kaks tseesiumi aatomit, aatomite seas ühed suurimad, ulatuksid kõrvuti asetatuna buckminsterfullereeni molekuli laiuseni.

Kuidas buckminsterfullereen avastati

Robert Curl, Harold Kroto ja Richard Smalley avastasid buckminsterfullereeni 1985. aastal, töötades koos kraadiõppuritega J. R. Heathi ja S. C. O'Brieniga. Nad suunasid süsinikpinnale võimsa laservalguse impulsi ja segasid vabanenud süsinikuaatomid heeliumgaasi vooluga. Aatomid liitusid klastriteks ja kõige sagedasemad olid 60 aatomist koosnevad klastrid. Nende püsivus viitas sellele, et tegu on väga sümmeetrilise kujuga.

1990. aastal valmistasid füüsikud W. Krätschmer ja D. R. Huffman C₆₀ piisavalt suurtes kogustes, et seda sai koguda. Selle uurimine kinnitas kerakujulist ehitust. Curl, Kroto ja Smalley jagasid 1996. aasta Nobeli keemiapreemia fullereenide avastamise eest. Fullereenid on suletud süsinikupuuride rühm, kuhu buckminsterfullereen kuulub.

Buckminsterfullereen kosmoses

Kroto liitus katsega, et uurida, kuidas võisid tekkida ahelakujulised süsinikumolekulid, mida ta oli leidnud süsinikurikaste hiidtähtede atmosfäärides. Varsti pärast avastust pakkusid teadlased, et buckminsterfullereeni molekulid võivad selliste tähtede ümber hõljuda. 2010. aastal leidis NASA kosmoseteleskoop Spitzer kosmosest esimest korda veenvaid märke nende olemasolust.

Spitzer leidis buckminsterfullereeni molekule Tc 1-st, surevast tähest eemale paisatud aine pilvest. Täht oli kunagi Päikesega sarnane, kuid vananedes paiskas ta oma välimised kihid ära. Astronoomid arvavad, et buckminsterfullereeni molekulid tekkisid eemale paisatud süsinikukihtides.

Allikad

• Press release: The Nobel Prize in Chemistry 1996. Royal Swedish Academy of Sciences, 1996.
• Raman Spectroscopy of Fullerenes: From C60 to Functionalized Derivatives. Qin et al., Molecules, 2025.
• Thermally Activated Sliding of C60 on Gold. Pierno et al., ACS Omega, 2025.
• Strain-Relief Patterns and Kagome Lattice in Self-Assembled C60 Thin Films Grown on Cd(0001). Wang et al., International Journal of Molecular Sciences, 2021.
• Space Balls (Artist's Concept). NASA Jet Propulsion Laboratory, 2010.
• Law 2: The Ball. International Football Association Board.
• Earth Fact Sheet. NASA, 2024.
• Cesium. PubChem, National Library of Medicine.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.