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钻石的兄弟——布基球

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发表于 2005-8-21 00:25 | 显示全部楼层 |阅读模式

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在1985年之前,人们只知道纯碳有“两兄弟”。“老大”叫石墨,“老二”叫金刚石。别看这两兄弟性格完全不同,但都是纯碳组成的。石墨做的铅笔软得用纸就能把它磨尖,但金刚石却硬得什么东西都能被它划一条缝,连玻璃和陶瓷这些硬东西也不在话下。这两兄弟性格如此不同,是因为它们之中的碳原子排列的方式不同。石墨中的碳原子排成像蜂窠的六角形网,再一层一层叠起来。金刚石中的碳原子却排成立方体,而且每个立方体的正中央还有一个碳原子。

其实,纯碳至少有三个“兄弟”。1985年9月,在美国得克萨斯州休斯敦大学,纯碳的第三个兄弟诞生了。“老三”的性格和石墨及金刚石又不同,它的原子排列很奇特,像一个用五角形和六角形拼成的足球形状。五角形和六角形每个角上都有一个碳原子,加起来一共是60个碳原子,所以“老三”叫60C,也有人叫它“布基球”。布基球有许多怪脾气,比如,把这种用碳原子组成的布基球用每秒6700米的速度打在不锈钢板上,它能一点也不损坏地弹回来。在一定的条件下,它的耐压强度比金刚石还高。如果在圆笼状的布基球内放进一个钾原子,它在低温下(19.3K)能变成为没有电阻的超导体。布基球因为长得像足球,圆圆的像珠子,特别适合做润滑剂。所以,从1985年起,特别是1990年以后,布基球就受到全世界科学家的重视。碳的第三个兄弟为什么叫布基球这个绰号?里面还有一段故事。

1985年9月,美国休斯敦大学的化学家理查德·斯莫利和他的伙伴一起用石墨做试验,看石墨加热时碳是怎样气化的。忽然,他们在质谱仪上发现了一个由60个碳原子组成的碳分子讯号。起先,他们以为仪器有问题,但反复几次,发现这个过去从没有见过的碳分子质谱讯号始终存在,它既不像石墨的讯号,也不像金刚石的讯号。因此他们肯定,他们发现了纯碳的另一位“兄弟”(或叫同素异形体)。于是,他们又想,一个碳分子中有60个碳原子,是怎样排列的呢?

斯莫利的伙伴克罗托想起了一位叫布克明斯特·富勒的建筑师,他曾在1967年蒙特利尔展览会上为美国纽约州设计过一座圆顶建筑物,是用六角形和五角形拼成的圆顶。他们设想,60C分子中的碳原子的排列可能就是这个形状。于是他们立即用纸、剪刀、浆糊、胶布一通忙碌,剪出20个六角形和12个五角形的硬纸片,然后糊成一个球,他们屏住呼吸,开始数那些六角形和五角形糊在一起的顶点数目,一数正好是60个。他们高兴得跳了起来。

由于这种60C分子的排列和英国的足球形状完全相同,所以在开始时,称它是“英式足球状碳分子”。但后来他们决定把它命名为“布基球”,是英文“buckyball”的音译,用来纪念那位叫富勒的圆顶建筑物的设计师。因为这位建筑师的英文名字的前面4个字母是buck(布克),中间加一个y字,后面再加一个球(ball)字,就成为“布基球”(buckyball)。现在,全世界至少有成百个实验室在研究这位纯碳的第三兄弟的各种性质。
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发表于 2005-8-21 08:42 | 显示全部楼层
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发表于 2005-8-21 14:49 | 显示全部楼层
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 楼主| 发表于 2005-8-21 15:53 | 显示全部楼层
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发表于 2005-8-23 00:32 | 显示全部楼层
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