לו הייתם שואלים לפני קצת יותר מ-25 תלמיד תיכון הלומד כימיה כמה צורות יש ליסוד פחמן, הוא היה עונה ללא היסוס: שתיים. ואכן, ליסוד המגוון הזה, שתרכובותיו בונות את גופנו, היו מוכרות שתי צורות, המכונות בשפה הכימית אלוטרופים, ולמרבה הפלא הן שונות זו מזו שינוי ניכר. האחת - יהלום - החומר הקשה ביותר בעולם, מוצק חסר צבע שכולנו מכירים מתכשיטים ויש הסבורים, בטעות כמובן, שהוא הידיד הטוב ביותר של האישה. כל אטום פחמן ביהלום קשור לארבעה אטומים שכנים (בצורה מרחבית של טטרהדר) ויחדיו הם יוצרים רשת תלת-ממדים ענקית. צורה זו היא המעניקה ליהלום את קושיו.  הצורה השנייה - גרפיט - מוכרת לכל ילד מפני שהיא למעשה החומר השחור המצוי בעיפרון, והקרוי, בטעות כמובן, עופרת. גרפיט הוא חומר רך ובניגוד לרוב האל-מתכות הוא מוליך חשמל. בגרפיט קשור כל אטום לשלושה שכנים, והם יוצרים משטחי ענק של משושים. המשטחים האלה מונחים זה על גבי זה, וכשכותבים בעיפרון הם מחליקים ונצמדים לדף. (בתמונה משמאל נראה משטח גרפיט באמצעות מיקרוסקופ כוח אטומי, AFM)אבל מדענים חשדו שבחלל החיצון קיימות צורות נוספות של פחמן. וכך ניגשו המדענים הרולד קרוטו, ריצ'רד סמולי ורוברט קורל, לנסות ולחקור את הנושא באמצעות מערכת ניסויית מורכבת: הם כיוונו לייזר רב-עוצמה אל משטח מסתובב של גרפיט (או,כאמור, פחמן טהור) שהעיף מפני השטח צברים זעיריםשל פחמן שנישאו בזרם של הגז האציל הליום אל גלאי שקבע את מסת הצברים. כשבחנו החוקרים את הצברים הם גילו שהצבר הנפוץ ביותר מתאים למולקולה המכילה 60 אטומי פחמן.  השלושה ניסו במשך כמה ימים לבנות מודלים של מולקולה כזאת, שתתאים לכימיה של אטומי פחמן וגם תסביר את היציבות יוצאת הדופן של המולקולה החדשה, יציבות שגרמה לכך שהיא תהיה הצבר הנפוץ ביותר בניסוי. לאחר התלבטות הם הגיעו למסקנה, שאושרה אחר כך בניסויים רבים אחרים, שלמולקולה החדשה שלהם יש צורה המוכרת לכולם: כל אטום פחמן קשור לשלושה אטומים שכנים במשושה או במחומש ויחד הם יוצרים צורה של כדורגל (איור משמאל).צורתה של המולקולה משכה מיד את תשומת הלב והפכה כמעט לסמל המסחרי של הכימיה המודרנית. אבל המשך המחקר הביא לגילויה של סדרה שלמה של חומרים המורכבים ככלובים פחמניים. המדענים החליטו להעניק לחומרים האלה את השם פוּלֶרֶנים על שמו של האדריכל בקסמינטר פולר שבנה מבני כיפה ענקיים המורכבים ממשושים וממחומשים. למולקולת הכדורגל, C60, ניתן השם באקסמינסטרן פולרן, או בכינוי חיבה כדור באקי.  אחת התגליות החשובות ביותר שנבעה מגילוי כדורי הבאקי, היה גילויין של צינוריות הננו. כזכור, גרפיט בנוי במשטחים גדולים של אטומי פחמן המאורגנים במשושים. בתנאים המתאימים אפשר לגרום למשטחים האלה להתגלגל לצינורית קטנה, צרה מאוד, וארוכה מאוד, החסומה בקצה בחצי כדור באקי. כפי שגרפיט הוא חומר מוליך חשמל, כך גם צינוריות-ננו מוליכות חשמל - והן למעשה התיל החשמלי הדק ביותר - כמה ננומטרים בלבד קוטרו. תכונותיהן המרתקות של צינוריות הננו שמו אותן במוקד התחום המחקרי העולה של הננוטכנולוגיה וכבר הצליחו לבנות באמצעותם התקנים רבים מחיישנים ועד רכבי זיכרון.
|
