足球烯和碳化学 摘自 边捷 《中国科技纵横》 2003 年 1 期碳是世界上存在最广泛的元素，凡是有有机物的地方都有它。长期以来，人们认识的碳单质，也就是仅由碳原子组成的“纯碳”，只有璀璨坚硬的金刚石、乌黑柔软的石墨和不定型碳，直到 1985 年。天文试验中的发现英国科学家克罗托为了研究星际间的含碳尘埃，需要一台可以模拟含碳元素星球周围条件的仪器。1984 年，他得知美国休斯敦莱斯大学斯玛利教授有一台这样的仪器。1985 年，克罗托、斯玛利和莱斯大学的另一位教授科尔一起合作研究。他们用激光轰击石墨，使石墨中的碳原子汽化，用氦气流把气态碳原子送入真空室，然后迅速冷却。之后，他们用仪器检测，发现产生了两种新物质。经鉴定，这两种新物质都是只含有碳原子的原子簇，一个是 C60，一个是 C70。 拼剪 C60 的结构，金刚石是三维立体结构的巨型分子，每一个碳分子的相对位置都是一样的。石墨是层状结构，每一层都是由六个碳分子组成的正六边形平铺而成。这个新发现的 C60 可能会是什么结构呢?根据金刚石和石墨的结构特征，科学家们推测 C60 分子结构也应该是每一个碳原子的相对位置相同。各种形状的结构中，球面上的每一点都是相同的。如果 60 个碳原子能组成一个球，那就能满足每一个碳分子的相对位置都一样的条件。克罗托联想到加拿大蒙特利尔国际博览会的美国馆，那是由美国建筑学家巴克明斯特·富勒(Buckminister Fuller)1967 年设计的。这个建筑用许多正六边形和五边形形成了一个球体。他们用硬纸板剪成许多六边形和五边形。终于用 20 个六边形、12 个五边形拼成了一个中空的球体，60 个碳原子正好位于 60 个顶角上。这看起来就是一个足球。若再在中间加上几个六边形，形成一个椭球，那就是 C70 的结构。如果 C60 和 C70 确实是 60 个或 70 个碳原子构成的球体，那碳一碳键的不饱和性就类似于有机物烯烃。1985 年，三位科学家在《自然》杂志上发表论文，为了感谢建筑家对他们的启发，他们为C60 取名为巴克明斯特·富勒烯(Buckminsterfullerene)，简称富勒烯(fullerenes)。为了形象的说明推测出来的分子结构，他们在论文中放了一张足球的照片作为类比，因此 C60 又被人们称为足球烯(Soccerene)。此外，C60 也以建筑学家的名字命名，被称为巴基球(Bucky—bal1)。印证猜测科学家们认为，分子结构越简单、越符合美学标准，在自然界中就越容易存在。克罗托他们推测的 C 是一个完美对称...
