Fullerene: Käfige aus Kohlenstoffatomen mit faszinierenden Eigenschaften

Abstract

Obwohl zwei der Modifikationen des Kohlenstoffs, nämlich Graphit und Diamant, seit langem bekannt sind, wurde die dritte Modifikation, die Fullerene, erst gegen Ende des 20. Jahrhunderts vor wenigen Jahren entdeckt. Diese Entdeckung war ein Resultat von Grundlagenforschung und interdisziplinärer Kooperation zwischen Chemie und Physik auf dem Gebiet der Cluster. Eine besondere Rolle spielten hierbei auch Vorstellungen von Astrophysikern über interstellaren Staub. Bei der Untersuchung von Kohlenstoffclustern in Molekularstrahlen beobachteten Curl, Kroto, Smalley und Mitarbeiter geschlossene Käfige aus Kohlenstoffatomen der Zusammensetzung Cn, wobei n eine ganze Zahl ist. Hierfür erhielten sie 1996 den Nobelpreis für Chemie. Das herausragendste Molekül war hierbei das C60-Fulleren, das fast die Gestalt einer Kugel besitzt und aus 60 Kohlenstoffatomen besteht. Angeregt durch die Konstruktionen der Kuppelbauten des Architekten Buckminster Fuller, der seine Kuppeln aus Sechsecken und Fünfecken zusammenzusetzen pflegt, gaben Kroto und Mitarbeiter den neuentdeckten Kohlenstoffmolekülen den Namen Buckminsterfullerene, im englischen Sprachgebrauch auch 'Buckyballs' genannt. Heute hat sich der etwas kürzere Name 'Fullerene' durchgesetzt. Einige Jahre später fanden die Astrophysiker Krätschmer, Huffman und Mitarbeiter einen Weg, diese Moleküle in großer Menge zu produzieren. Dabei war ihr Interesse gar nicht, C60 herzustellen, sondern den interstellaren Staub und die Chemie eines Roten Riesen im Labor zu simulieren. Mehr zufällig entdeckten sie im Ruß einer abgebrannten Lichtbogenelektrode einen großen Anteil an C60 (etwa zehn Prozent) und C70 (etwa ein Prozent) sowie höhere Fullerene (0,1 Prozent).