BUCKYBAL BEGINT ALS KLEINE BOLLETJE EN GROEIT DAN VERDER

Elke week staat de wetenschappelijke literatuur vol met artikelen gewijd aan de buckybal, het uit zestig atomen opgebouwde koolstofmolecuul. De ontdekkers ervan kregen er in 1996 de Nobelprijs voor. Toch weten we nog altijd niet hoe deze prachtige kooistructuren precies gevormd worden. Onderzoek van drie Amerikaanse wetenschappers van de universiteit van Berkeley heeft echter een tipje van de sluier opgelicht (Nature, 25 juni). De fullerenen - zoals het buckybal en zijn verwanten worden genoemd - ontstaan wanneer tussen twee koolstofelektrodes elektrische ontladingen worden opgewekt. In deze extreme omstandigheden worden er aanvankelijk koolstofketens gevormd, die aaneensmelten tot grotere structuren. Daarover was iedereen het wel eens, maar over wat er verder gebeurde verschilden de meningen nogal. Dat lijkt nu over, want met de synthese van het C, het kleinere broertje van de buckybal, komt er eigenlijk nog maar één verklaring serieus in aanmerking.

Van de aanvankelijk vijf gepostuleerde mechanismen waren er tot voor kort nog twee over. De eerste is de zogenaamde pentagon-weg, ontsproten aan het brein van Nobelprijswinnaar Richard Smalley. Hij bedacht dat de aangroei tot C zou plaatsvinden via koolstofringen van vijf en zes atomen. Er moet daarbij wel aan twee voorwaarden worden voldaan: het aantal vijfringen moet zo groot mogelijk zijn - dan kost de groei zo min mogelijk energie - maar er mogen er nooit twee naast elkaar zitten. De kleinste structuur die aan beide voorwaarden voldoet is het C, dus dat wordt grotendeels gevormd. Het andere mechanisme is de fullereen-weg. Die gaat ervan uit dat er eerst een bolletje wordt gevormd van tussen de dertig en veertig koolstofatomen, dat vervolgens verder groeit wanneer het wordt aangevallen door kleine, reactieve koolsstoffragmentjes (radicalen). Alleen het C zou tegen deze aanvallen bestand zijn.

Met de synthese en isolatie van het C lijkt dus aan alle twijfel een eind te zijn gekomen. Uit nadere analyses ervan blijkt dat ook de structuur - waarin dus wel degelijk naburige vijfringen voorkomen - goed overeen komt met wat volgens het fullereen-mechanisme verwacht zou worden. Bovendien is met de ontdekking van een kleine buckybal de speurtocht geopend naar andere verwanten. Even verderop de fullereen-weg zou bijvoorbeeld nog C moeten liggen. Over mogelijke toepassingen van deze exotische koolstofmoleculen laat niemand zich echt uit, omdat ook het C zelf de van het begin af aan hooggespannen verwachtingen nooit heeft kunnen waarmaken.

    • Rob van den Berg