2.1.4. Відкриття фулерена с60. Структура фулерена с60 і його кристалів.

Фулерени відносяться до структур, що існують в природі, і є четвертою формою вуглецю. Відкриття фулеренів пов'язують з публікацією в 1973 р. Д. А. Бочвара і Е. Н. Гальперна. На підставі квантово-хімічних розрахунків ними показана можливість існування стійкої гіпотетичної молекули, що складається з 60 вуглецевих атомів. Десятиріччя опісля астрофізичні дослідники спектрів деяких зірок знайшли смуги, що вказували на існування вуглецевих молекул різного розміру. В 1983 р. Г. Хаффман і його колеги випарували графітний стержень в електричній дузі в атмосфері гелію і встановили, що при тиску гелію в сім разів менше атмосферного графітний пил сильно поглинає випромінювання в дальній ультрафіолетовій (УФ) області. При цьому отриманий незвичайний "двогорбий спектр" поглинання, обумовлений присутністю молекул С₆₀.

У 1985 р. Г. Крото і Р. Смоллі, вивчаючи мас-спектри пари графіту, отриманих в результаті лазерної дії, знайшли великі агрегати С₆₀ і С₇₀ з вуглецевих атомів. Але доведення існування фулеренів було непрямим, оскільки автори не змогли отримати нову речовину у великій кількості. Це вдалося лише в 1990 р., коли В. Кретчмер і К. Фостирополус з Інституту ядерної фізики ім. Макса Планка в Гейдельберзі змішали декілька крапель бензолу із спеціально приготованою сажею і отримали розчин червоного кольору. При його випаровуванні на дні судини залишилися найдрібніші кристали, які легко розчинялися знов. Дані вимірювань властивостей нової речовини співпали з тими, які передбачалися для фулерена С₆₀.

Назву фулерен дано на честь американського архітектора Бакмінстера Фуллера, що запропонував будувати ажурні куполовидні конструкції поєднанням пяти- і шестикутників. Модифікація вуглецю у вигляді фулеренів відрізняється тим, що молекули мають замкнуту форму. На відміну від відомих раніше трьох форм вуглецю фулерени розчинні в органічних розчинниках (бензол, гексан, сірковуглець). Фулерен має 20 конденсуючих вуглецевих шестичленних циклів, що нагадують зовні бензол. Всі вершини каркаса, в яких знаходяться атоми вуглецю, еквівалентні. Основна структурна особливість фулерена в тому, що його молекула має внутрішню порожнину, діаметр якої 0,5 нм, а її зовнішній діаметр рівний 0,71 нм. Встановлено, що всі кластери з парним числом атомів вуглецю більше 32 дуже стійкі і також мають форму геодезичного купола. Р. Ф. Керл і Р. Э. Смоллі знайшли фулерени, що містять від 28 до 100 атомів вуглецю, серед яких найбільш стабільні молекули С₆₀ і С₇₀.