Nobelprijs ontdekkers 'Buckyballs'

ROTTERDAM, 10 OKT. De Nobelprijs voor de scheikunde is gisteren toegekend aan de ontdekkers van Buckyballs of fullerenen: de Brit Harold Kroto (57) en de Amerikanen Robert Curl (63) en Richard Smalley (53). Kroto is hoogleraar aan de Universiteit van Sussex. Curl en Smalley werken allebei aan de Rice Universiteit in Houston, Texas.

Na experimenten en metingen construeerden de drie chemici in 1985 het model voor een bolvormig molecuul, bestaand uit zestig koolstofatomen. Zij vroegen een wiskundige of zo'n model echt bestond. De mathematicus liet weten dat er een wiskundige naam voor was, maar dat je ook kon zeggen dat het eenvoudigweg om het model van een voetbal ging. De zestig koolstofatomen bevinden zich op de hoekpunten van twaalf regelmatige vijfhoeken en twintig zeshoeken die zich tot een regelmatig veelvlak laten schikken. Archimedes had dit veelvlak 2000 jaar eerder al beschreven. Het is een afgeknotte icosaëder, waarin bij ieder hoekpunt twee zeshoeken en een vijfhoek samenkomen.

Kroto nam ooit het initiatief voor het onderzoek, dat nu voor het driemanschap tot de Nobelprijs heeft geleid. De Engelsman zocht naar de structuur van lange koolstofmoleculen in de interstellaire ruimte. Via zijn kennis Curl kwam hij met Smalley in contact die over de apparatuur beschikte om deze moleculen op aarde te maken. Kroto verdampte grafiet in het apparaat en liet dat vervolgens snel condenseren. Behalve de verwachte lineaire koolstofmoleculen met twee tot dertig atomen ontstonden er grote moleculen met zestig en zeventig atomen. Een tijdlang was de vraag welke structuur die grote moleculen konden hebben. Na talrijke metingen en veel puzzelwerk vonden de drie chemici de voetbal opnieuw uit.

De vorm bleek een nieuwe, derde koolstofstructuur te zijn. De grafiet- en diamantstructuur waren bekend, de drie onderzoekers die nu de Nobelprijs delen voegden daar de fullereenstructuur aan toe. De volledige naam voor het 60-atomige koolstofmolecuul is overigens buckminsterfullereen, genoemd naar de architect R. Buckminster Fuller, de ontwerper van koepels gebaseerd op de afgeknotte icosaëder. Kroto had die koepels wel eens nagebouwd.

Een paar jaar sluimerde de ontdekking omdat de moleculen maar mondjesmaat bereid konden worden. In 1991 ontdekten enkele fysici echter bij toeval dat bij het vonken van elektriciteit tussen koolstofstaven (booglamp of koolspitslamp) makkelijk grammen buckyballs ontstaan. Snel daarna ontstonden mogelijkheden om bijvoorbeeld metaalionen in de ballen op te sluiten en om chemische zijgroepen aan de ballen te synthetiseren. Ook kunnen een soort kokers van kippengaas worden gemaakt. De drie hebben daarmee een gebied van de organische chemie opengelegd waarin nu ook de eerste toepassingen ontstaan. Gedacht wordt bijvoorbeeld aan het verpakken van medicijnen in zo'n chemische voetbal om agressieve moleculen veilig het lichaam binnen te kunnen krijgen.