How big is Buckybal?

Een buckyball is een molecuul van 60 koolstofatomen die samen een gesloten, bolvormige kooi vormen, met hetzelfde patroon als een voetbal. De volledige naam is buckminsterfullereen en de formule is C₆₀. Een buckyball is ongeveer 1 nanometer breed, gemeten als de afstand tussen de middelpunten van naburige buckyballs die in een vaste stof dicht op elkaar gepakt zitten. Een nanometer is een miljardste van een meter.

Grootte

De 60 koolstofatomen zitten op het oppervlak van de kooi, die hol is. De ontdekkers van de buckyball vonden later koolstofkooien met metaalatomen erin opgesloten. De kooi van koolstofatomen zelf is 0,71 nanometer breed.

Een molecuul heeft geen scherpe rand, omdat de elektronen rond de atomen verder reiken dan hun middelpunten. Elke buckyball neemt dus meer ruimte in dan zijn kooi van atomen. In kristallen van vast C₆₀ liggen de middelpunten van naburige moleculen 1,0 nanometer van elkaar. De 1 nanometer van de verkenner komt overeen met die afstand.

De kooi heeft 20 zeshoekige vlakken en 12 vijfhoekige vlakken. De panelen van een voetbal volgen hetzelfde patroon. Hetzelfde geldt voor de geodetische koepel die de Amerikaanse architect R. Buckminster Fuller ontwierp voor de wereldtentoonstelling van 1967 in Montreal, en het molecuul is naar hem genoemd.

Groottevergelijkingen

Ongeveer 80.000–100.000 buckyballs, naast elkaar, zouden de breedte van een mensenhaar beslaan, dat 0,08–0,1 millimeter breed is.
Een voetbal is ongeveer 220 miljoen keer zo breed als een buckyball. Als een voetbal met diezelfde factor werd vergroot, zou die ongeveer 48.000 kilometer breed zijn, bijna vier keer zo breed als de Aarde.
Twee cesiumatomen, die tot de grootste atomen behoren, zouden naast elkaar de breedte van een buckyball beslaan.

Hoe buckyballs werden ontdekt

Robert Curl, Harold Kroto en Richard Smalley ontdekten de buckyballs in 1985, samen met de promovendi J. R. Heath en S. C. O'Brien. Ze vuurden een intense puls laserlicht af op een koolstofoppervlak en mengden de vrijgekomen koolstofatomen met een stroom heliumgas. De atomen vormden clusters, en clusters van 60 atomen kwamen het vaakst voor. De stabiliteit van die clusters deed vermoeden dat ze een sterk symmetrische vorm hadden.

In 1990 maakten de natuurkundigen W. Krätschmer en D. R. Huffman C₆₀ in hoeveelheden die groot genoeg waren om het te verzamelen. Onderzoek ernaar bevestigde de bolvormige structuur. Curl, Kroto en Smalley deelden de Nobelprijs voor de Scheikunde van 1996 voor de ontdekking van fullerenen, de familie van gesloten koolstofkooien waartoe de buckyballs behoren.

Buckyballs in de ruimte

Kroto sloot zich aan bij het experiment om te achterhalen hoe ketenvormige koolstofmoleculen die hij in de atmosferen van koolstofrijke reuzensterren had gevonden, zouden kunnen ontstaan. Kort na de ontdekking stelden wetenschappers voor dat buckyballs rond zulke sterren zouden kunnen zweven. In 2010 vond de ruimtetelescoop Spitzer van NASA voor het eerst overtuigende aanwijzingen voor buckyballs in de ruimte.

Spitzer vond buckyballs in Tc 1, een wolk materiaal die door een stervende ster is afgestoten. De ster was ooit een ster als de Zon, maar toen de ster ouder werd, stootte ze haar buitenste lagen af. Astronomen denken dat de buckyballs zijn ontstaan in de afgestoten lagen koolstof.