Framleiðsla á knattkoli.


Fyrstu knattkolssameindirnar voru búnar til árið 1985. Það var gert með því að beina leisigeisla að grafíti og láta það gufa upp og þéttast aftur í helíum. Við þetta myndaðist C60. Það kom í ljós að þetta efni var mjög stöðugt. Ekki var vitað að þessi C60 sameind væri kúlulaga. Reynt var á ýmsan hátt að skýra stöðugleika efnisins, og sú tillaga sem hallast var einna helst að var að efnið myndaði kúlu líkt og fótbolta. Á þann hátt gæti efnið öðlast þann stöðugleika sem styrkur og samhverfa kúlubyggingarinnar býður uppá.
Sameindum með kúlubyggingu hafði verið spáð árið 1966 í grein eftir David E.H. Jones sem var gefin út í tímaritinu Nature. David ímyndaði sér að slík sameind mundi myndast þegar grafítblöð rúlluðust upp. Sú hugmynda hans var ekki fjarri lagi. Ýmsir höfðu líka orðið til að reikna út að slík sameindabygging mundi leiða til talsverðs stöðugleika.


Sú aðferð sem fjallað er um hér að ofan til að framleiða knattkol er ekki mjög áhrifarík. Aðeins verða til nokkrir tugir þúsunda sameinda með leisigeislaaðferðinni. Það magn er nóg til að greina það með efnafræðiaðferðum, en ekki nóg til að sjá það eða að finna fyrir því. Og augljóslega höfðu menn áhuga á að framleiða það í svo miklu magni að hægt væri að skoða það með berum augum og gera á því ýmsar tilraunir, jafnvel að finna notagildi fyrir það :-)
Leitin að aðferð til að framleiða efnið í talsverðu magni tók fimm ár frá uppgötvun þess. Það var ekki efnafræðingur sem fann aðferðina heldur eðlisfræðingarnir Huffman og Krätscmer og nemendur þeirra.
Þessir eðlisfræðingar voru að vinna að ransóknum á geimryki sem þeir gerðu ráð fyrir að samanstæði af kolefnissameindum (sjá Knattkol í náttúrunni). Þeir líktu því eftir geimrykinu á ransóknarstofu sinni með því að láta kolefni gufa upp og þétta það svo á sem margbreytilegastan hátt. Þeir tóku eftir því að þegar kolefni var látið gufa upp í helíum og þrýstingur þess var u.þ.b. 1/7 af loftþrýsingi á jörðinni þá gleypti uppgufaða kolefnið ljósbylgjur á útfjólubláa sviðinu á tveim stöðum.

Ljósgleipnitoppar

Árið 1989 komust þeir að því að þessir toppar á ljósgleipnirófinu orsökuðust af tveimur kolefnissameindum sem mynduðu lokuð hvel. Þetta voru samseindirnar C60 og C70. Þetta gátu þeir staðfest með því að beita einni af grundvallarreglum lífrænnar eðlisfræði:

Líkur leysir líkan

Knattkol líkist benzenhringjum sem hefur verið raðað upp í kúlu. Huffman og Krätscmer leystu því efnið sem þeir höfðu búið til upp í benzeni. Og viti menn, lausnin varð rauð. Þegar þeir létu benzenið gufa upp sátu eftir litlir gulir kristallar. Því hafði einmitt verið spáð að efnið mundi vera gult á lit. Huffman og Krätscmer kynntu aðferð sína við að búa til knattkol árið 1990. Síðan hafa vísindamenn um allan heim verið að framleiða knattkol til ýmissa tilrauna og prófana. Ekki þurfti annað til en ódýran hitagjafa, lofttæmihylki og benzen. Seinni mælingar hafa sýnt að með þessari aðferð verður til blanda af C60 og C70 í hlutföllunum 3:1


Talið er að knattkolin myndist við það að þegar kolefni gufar upp fjölliðast kolefnisatómin í keðjur. Keðjurnar halda svo áfram að fjölliðast við hvor aðra og mynda blöð. Þessi blöð eru endanleg að stærð svo að laus tengi eru á endum þeirra. Vegna hleðslu þessara tengja eru blöðin ekki flöt heldir fá á sig sveigju sem leiðir til þess að boltar myndast.


© Hrafnkell Eiríksson 1995.

hkelle@ismennt.is