How big is Buckyball?
1 nanometre!
Buckyball, 60 karbon atomunun birleşip kapalı, top biçimli bir kafes oluşturduğu bir moleküldür; kafesin deseni bir futbol topununkiyle aynıdır. Tam adı buckminsterfullerendir ve formülü C60 olarak yazılır. Çapı yaklaşık 1 nanometredir; bu değer, bir katıda birbirine yakın dizilmiş komşu buckyball’ların merkezleri arasındaki uzaklık olarak ölçülür. Bir nanometre, bir metrenin milyarda biridir.
Boyut
60 karbon atomu, içi boş olan kafesin yüzeyinde yer alır. Bu molekülü keşfedenler, sonradan içine metal atomları hapsolmuş karbon kafesleri de buldu. Karbon atomlarından oluşan kafesin kendisinin çapı 0,71 nanometredir.
Bir molekülün sert bir kenarı yoktur, çünkü atomlarının çevresindeki elektronlar atomların merkezlerinin ötesine uzanır. Bu yüzden her buckyball, atomlardan oluşan kafesinden daha fazla yer kaplar. Katı C60 kristallerinde komşu moleküllerin merkezleri birbirinden 1,0 nanometre uzaklıktadır. Bu sitedeki 1 nanometrelik değer bu aralıkla örtüşür.
Kafesin 20 altıgen yüzü ve 12 beşgen yüzü vardır. Bir futbol topunun panelleri de aynı deseni izler. Amerikalı mimar R. Buckminster Fuller’ın 1967’de Montreal’de düzenlenen dünya fuarı için tasarladığı jeodezik kubbe de aynı deseni izler. Molekül adını bu mimardan alır.
Boyut karşılaştırmaları
- Yan yana dizilen yaklaşık 80.000–100.000 buckyball, bir insan saçının genişliğini baştan başa kaplardı; saçın kalınlığı 0,08–0,1 milimetredir.
- Bir futbol topu, bir buckyball’dan yaklaşık 220 milyon kat daha geniştir. Bir futbol topu aynı oranda büyütülse, yaklaşık 48.000 kilometre çapında, yani Dünya’dan neredeyse dört kat daha geniş olurdu.
- Yan yana dizilen, en büyük atomlar arasında yer alan iki sezyum atomu, bir buckyball molekülünün genişliğini baştan başa kaplardı.
Buckyball’lar nasıl keşfedildi
Robert Curl, Harold Kroto ve Richard Smalley, lisansüstü öğrencileri J. R. Heath ve S. C. O’Brien ile birlikte çalışarak buckyball’ları 1985’te keşfetti. Bir karbon yüzeye yoğun bir lazer ışığı darbesi gönderdiler ve açığa çıkan karbon atomlarını bir helyum gazı akımıyla karıştırdılar. Atomlar birleşerek kümeler oluşturdu; en yaygın olanlar 60 atomlu kümelerdi. Bu kümelerin kararlılığı, çok simetrik bir şekle sahip olduklarını düşündürdü.
1990’da fizikçiler W. Krätschmer ve D. R. Huffman, C60’ı toplanabilecek kadar çok miktarda üretti. Yapılan incelemeler, top biçimli yapıyı doğruladı. Curl, Kroto ve Smalley, buckyball’ların ait olduğu kapalı karbon kafesleri ailesi olan fullerenlerin keşfi nedeniyle 1996 Nobel Kimya Ödülü’nü paylaştı.
Uzayda buckyball’lar
Kroto, karbonca zengin dev yıldızların atmosferlerinde bulduğu zincir biçimli karbon moleküllerinin nasıl oluşabileceğini öğrenmek için deneye katıldı. Keşiften kısa süre sonra bilim insanları, buckyball’ların bu tür yıldızların çevresinde dolaşıyor olabileceğini öne sürdü. 2010’da NASA’nın Spitzer Uzay Teleskobu, buckyball’lara ait ikna edici belirtileri uzayda ilk kez buldu.
Spitzer, buckyball’ları Tc 1’de buldu. Tc 1, ölmekte olan bir yıldızın dışarı attığı maddeden oluşan bir buluttur. Yıldız bir zamanlar Güneş’e benziyordu, ama yaşlandıkça dış katmanlarını dışarı attı. Gökbilimciler, buckyball’ların dışarı atılan bu karbon katmanlarında oluştuğunu düşünüyor.
Kaynaklar
- Press release: The Nobel Prize in Chemistry 1996. Royal Swedish Academy of Sciences, 1996.
- Raman Spectroscopy of Fullerenes: From C60 to Functionalized Derivatives. Qin et al., Molecules, 2025.
- Thermally Activated Sliding of C60 on Gold. Pierno et al., ACS Omega, 2025.
- Strain-Relief Patterns and Kagome Lattice in Self-Assembled C60 Thin Films Grown on Cd(0001). Wang et al., International Journal of Molecular Sciences, 2021.
- Space Balls (Artist's Concept). NASA Jet Propulsion Laboratory, 2010.
- Law 2: The Ball. International Football Association Board.
- Earth Fact Sheet. NASA, 2024.
- Cesium. PubChem, National Library of Medicine.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.