Die Fullerene

Die Fullerene sind neben Diamant und Graphit eine der Modifikationen des Kohlenstoffs.
Es gibt Fullerene mit den Formeln C60, C70, C76, C78 und C84, sowie einige andere.

    

Fulleren C60, links in Kugel–Stab–Darstellung, rechts in Kalottendarstellung

Fulleren C60 interaktiv

Ansehen : Starten Sie die Jmol–Visualisierungen durch Anklicken eines der Fullerenmoleküle. Drehen Sie die Moleküle, um sie aus verschiedenen Richtungen zu betrachten. Schalten Sie zur Kalottendarstellung um, die Ihnen die annähernde Kugelform und die Raumerfüllung der Moleküle gut zeigt. Schalten Sie zur Kugel–Stab–Darstellung zurück, die den Aufbau aus Fünf– und Sechsecken deutlicher zeigt. Drehen Sie die Moleküle um die x– und die y–Achse, um sie von allen Seiten zu sehen.

Struktur

Alle Fullerene sind aus Kohlenstoffatomen aufgebaut, die sich zu fünfgliedrigen und zu sechsgliedrigen Ringen zusammenschließen.

Im Fulleren C60 liegen solche Fünf– und Sechsringe in einer symmetrischen Anordnung vor. Jeder Fünfring ist von 5 Sechsringen umgeben, und jeder Sechsring ist von 3 Fünfringen und 3 Sechsringen umgeben. Sehen Sie sich die Jmol–Visualisierung des C60–Moleküls unter diesem Aspekt noch einmal an.

Im Fulleren C70 ist zwar jeder Fünfring von 5 Sechsringen umgeben, aber jeder Sechsring ist (unsymmetrisch) von 2 Fünfringen und 4 Sechsringen umgeben.

In den anderen Fullerenen liegen wieder andere Zusammenstellungen von Fünf– und Sechsringen vor.

    

Fulleren C70, links in Kugel–Stab–Darstellung, rechts in Kalottendarstellung

Fulleren C70 interaktiv

Entdeckung und Herstellung

1985 haben die Chemiker Robert F. Curl (USA), Harald W. Kroto (GB) und Richard E. Smalley (USA) erstmals ein Fulleren, nämlich C60, hergestellt. Sie hatten Graphit mit Hilfe eines Lasers erhitzt und verdampft. Dabei entstanden allerdings nur winzige Mengen an C60, die nicht isoliert werden konnten und mit denen nur wenige Versuche durchgeführt werden konnten. Für diese Leistung erhielten die 3 Forscher 1996 den  Nobelpreis.

1990 entwickelten Arbeitsgruppen um W. Krätschmer in Deutschland und um D. R. Huffman in den USA ein Verfahren, um C60 in größeren Mengen herzustellen. Graphit wird in einer Heliumatmosphäre im elektrischen Lichtbogen verdampft. Im dabei entstehenden Ruß sind bis zu 15 % Fullerene enthalten, die mit Toluol extrahiert werden. Inzwischen werden Fullerene nach diesem Verfahren in größeren Mengen gewonnen : 100 mg C60 kosten gut 50 Euro, die anderen Fullerene sind teurer.

Verwendung

Praktische oder technische Anwendungen für Fullerene gibt es zur Zeit noch nicht. Ideen und  Spekulationen gibt es schon eine ganze Menge. Mal sehen, was draus wird. Auch für den Laser gab es jahrelang keine „nützliche” Verwendung.

    

Fulleren C78, links in Kugel–Stab–Darstellung, rechts in Kalottendarstellung

Fulleren C78 interaktiv

Ein seltsamer Name

Wieso heißen die Fullerene eigentlich Fullerene ? Richard Buckminster Fuller (1895–1983) war ein amerikanischer Architekt, der (unter anderem) eigenartige Kuppeln konstruierte : Sie waren aus Fünfecken und Sechsecken zusammengesetzt. Ihm zu Ehren nannte man die Moleküle, die den Kuppeln in mancher Beziehung ähnlich sehen, Fullerene.

physikalische Eigenschaften von C60

mehr über die Fullerene

 

 

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