انتشار این مقاله


باکی بال : مولکول جادویی

باکی بال یا «فولرن باکمینستر» یک ابرمولکول با فرمول C60 است که ساختاری شبیه به توپ فوتبال داشته و جنجال زیادی در دنیای علم به پا کرده است.

باکی بال یا «فولرن باکمینستر» یک ابرمولکول با فرمول C60 است که ساختاری قفس مانند (بیست وجهی ناقص) و شبیه به توپ فوتبال داشته و از ۲۰ شش ضلعی به همراه ۱۲ پنج ضلعی کربنی تشکیل شده است.


مقاله مرتبط: نانوتکنولوژی در گذر زمان: تاریخی بزرگ برای پدیده‌ای کوچک


داستان کشف باکی‌ بال در سال ۱۹۸۵ میلادی در آزمایشگاه فضانورد انگلیسی به نام هارولد کروتو (Harold Kroto) آغاز شد. هارولد هنگام بررسی ستارگان «غول سرخ» به تمامی گیج شده بود؛ زیرا طبق یافته‌های او این ستاره‌ها زنجیره‌های بلند زنجیر کربن از خود نشر می‌کردند. لذا به دو محقق آمریکایی دیگر که درمورد همین موضوع در آزمایشگاه‌ها کار می‌کردند پیوست: ریچارد اسمالی (Richard Smalley) و رابرت کورل (Robert Curl). آن‌ها به کمک هم ابزارهایی را طراحی کردند که به کمک آن می‌توانستند دما و فشار یک غول سرخ را شبیه‌سازی کرده و به مطالعه‌ی خوشه‌ها بپردازند.

باکی بال از راست به چپ: ریچارد اسمایلی، هارولد کروتو، و رابرت کورل
از راست به چپ: ریچارد اسمایلی، هارولد کروتو، و رابرت کورل

 به این منظور، به این منظور، آن‌ها هلیوم را در یک محفظه‌ی پر از هلیوم قرار داده و آن را به کمک لیزر بخار کردند. مولکول‌های کربن حاصل از ۶۰ اتم  کربن تشکیل می‌شدند که به شکلی تقریبا کروی مرتب شده بودند. تونی هیمت (Tony Haymet) فیزیکدان استرالیایی این مولکول را که از نظر وی شبیه یک توپ فوتبال بود، «فوتبالن» نامید. اما از نظر کروتو و دیگران، این مولکول به گنبدهای زمین‌شناسی مدرن کشف‌شده توسط باکمینستر فولر (Buckminster Fuller) در سال ۱۹۳۰ شباهت داشت. لذا آن‌ها نام این مولکول جدید را «باکمینستر فولرن» نامیدند که به اختصار «فولرن» یا «باکی بال» خوانده می‌شد.

مولکول باکی بال متشکل از ۲۰ شش وجهی و ۱۲ پنج وجهی

باکی بال هیجان و جنجال زیادی در مجامع علمی به پا کرد به طوری که کورل، کروتو و اسمالی به پاس کشف باکی بال و حتی قبل از کشف هرگونه کاربرد مناسب برای آن، جایزه نوبل سال ۱۹۹۶ را دریافت کردند. با این حال دانشمندان به دنبال راه‌هایی برای تولید انبوه این مولکول‌ها بودند تا بتوانند به کشف خواص این مولکول بپردازند. و به گونه‌ای که کشف شد این مولکول‌ها توانایی پرش، برگشت به فرم اولیه در صورت قرار گرفتن تحت فشار، و چرخش با سرعت‌های بسیار بالا را داشتند. در سال ۱۹۹۰ نیز محققان آلمانی و آمریکایی دریافتند که برقراری یک قوس الکتریکی بین دو قطعه کربن (دقیقاً مشابه لامپ‌های قوس کربنی) به سادگی باعث تولید دوده و تعداد زیادی باکی بال در آن می‌شود. و با اعمال تغییرات جزیی در مسیر تولید دوده، دانشمندان موفق به ساخت مولکول‌های کربنی به شکل لوله، و حتی لوله-در درون-لوله شدند که بعدها به اسم نانولوله‌های کربنی شناخته شدند.

سنتز باکی بال

تخریب لیزری گرافیت یا پیرولیز هیدروکربن‌های آروماتیک باعث تولیت دوده می‌شود. سپس فولرن‌ها از دوده به کمک حلال‌های ارگانیک و با دستگاه استخراج سوکسله جدا می‌شوند. این مرحله باعث تولید محلولی دارای حدود ۷۵٪ مولکول C60، به همراه فولرن‌های دیگر می‌شود که به کمک روش کروماتوگرافی تفکیک خواهند شد.

خواص مولکول‌های باکی بال

مولکول‌های سه-بعدی و کروی فولرن دارای خواص ویژه‌ی شیمیایی، فیزیکی، و فیزیکی-شیمیایی به شرح زیر هستند:

  • مولکول‌ فولرن می‌تواند تحت شرایط خاص به عنوان نیمه‌رسانان، رسانا و فوق‌رسانا عمل کند.
  • فولرن‌ها دارای خواص فوتوکرومیک هستند و به عبارتی عبور نور از آن‌ها بسته به شدت نور، تغییر می‌کند.
  • قابلیت ترکیب‌شدن با انواع زیادی از مواد گوناگون، از جمله توانایی جاسازی مولکول‌های دیگر در درون آن و امکان جذب رادیکال‌های آزاد
  • فولرن‌ها مولکول‌هایی نسبتاً بی‌خطر و خنثی هستند، با این وجود، خواصی دارند که امکان تولید مشتقات فعال از آن‌ها را فراهم می‌کند.

این مجموعه خواص ویژه، بسته به نوع مواد همراه مولکول‌های فولرن یا شبه فولرن تغییر کرده و طیفی وسیع برای کاربرد آن‌ها فراهم می‌کند.

کاربردها

  • فولرن به عنوان یکی از ترکیبات محصوصلات مراقبت از پوست معرفی شده است. همچنین در زمینه‌ی پزشکی، عناصری مانند هلیوم در صورت آغشته‌شدن به باکی بال‌‌‌ها می‌توانند به عنوان ردیاب‌های شیمیایی مورد استفاده قرار گیرند.
  • مشتقات محلول در آب C60 قادر به اعمال مهار بر سه ایزوفرم سنتز نیتریک اکساید، با توان‌های نسبتاً متفاوت هستند.
  • خواص جذب نوری C60 به گونه‌ای با طیف نوری منطبق می‌شود که احتمال می‌رود فیلم‌های دارای C60 برای کاربردهای فوتوولتاییک مناسب باشند. و به خاطر تمایل الکترونیکی بالای آن، باکی بال یکی از رایج‌ترین پذیرنده‌های الکترون به کار رفته در سلول‌های خورشیدی گیرنده/دهنده هستند.

منابع

-Eiji Ōsawa (2002). Perspectives of fullerene nanotechnology. Springer. pp. 275–. ISBN 978-0-7923-7174-8. Retrieved 26 December 2011.

– Kroto, H. W.; Heath, J. R.; O’Brien, S. C.; Curl, R. F.; Smalley, R. E. (1985). “C60: Buckminsterfullerene”. Nature. 318 (6042): 162–۱۶۳.

– Howard, Jack B.; McKinnon, J. Thomas; Makarovsky, Yakov; Lafleur, Arthur L.; Johnson, M. Elaine (1991). “Fullerenes C60 and C70 in flames”. Nature. 352 (6331): 139–۴۱.

– Howard, J; Lafleur, A; Makarovsky, Y; Mitra, S; Pope, C; Yadav, T (1992). “Fullerenes synthesis in combustion”. Carbon. 30 (8): 1183–۱۲۰۱. – Staff (22 February 2012). “Tiny ‘Soccer Ball’ Space Molecules Could Equal 10,000 Mount Everests”. Space.com. Retrieved 23 February 2012.

– The AZo Journal of Materials Online. AZoM™.com. “Buckminsterfullerene.” 2006. Retrieved Jan 4. 2011.

-Dresselhaus, M. S.; Dresselhaus, G.; Eklund, P. C. (1996). Science of fullerenes and carbon nanotubes. San Diego, CA: Academic Press.

– Herbig, E. (1975). “The diffuse interstellar bands. IV – the region 4400-6850 A”. Astrophys. J. 196: 129.

– Leger, A.; d’Hendecourt, L.; Verstraete, L.; Schmidt, W. (1988). “Remarkable candidates for the carrier of the diffuse interstellar bands: C60+ and other polyhedral carbon ions”. Astron. Astrophys. 203: 145.

 -Dietz, T. G.; Duncan, M. A.; Powers, D. E.; Smalley, R. E. (1981). “Laser production of supersonic metal cluster beams”. J. Chem. Phys. 74 (11): 6511. -Kroto, H. W.; Health, J. R.; O’Brien, S. C.; Curl, R. F.; Smalley, R. E. (1985). “C60: Buckminsterfullerene”. Nature. London. 318 (6042): 162–۱۶۳.

– Girolami, G. S.; Rauchfuss, T. B.; Angelici, R. J. (1999). Synthesis and Teknique in Inorganic Chemistry. Mill Valley, CA: University Science Books.

-Alexandru D.P. Papoiu: Inhibition of nitric oxide synthase by water-soluble derivatives of C60. PhD dissertation, Rutgers University, 2004

– Ryuichi, Mitsumoto (1998). “Electronic Structures and Chemical Bonding of Fluorinated Fullerenes Studied”. J. Phys. Chem. A. 102 (3): 552–۵۶۰.

سما رهنمایان


نمایش دیدگاه ها (0)
دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *