כימאים פיסיקאים מסין יצרו לראשונה מולקולות פחמן-50 במצב מוצק. פחמן-50 יכול בקלות להגיב עם מגוון קבוצות אורגניות כדי ליצור תרכובות חדשות בעלות תכונות כימיות ופיסיקליות מעניינות.
כימאים פיסיקאים מסין יצרו לראשונה מולקולות פחמן-50 במצב מוצק. לן-סאן זנג (Lan-Sun Zheng), עמיתיו באוניברסיטת זימן ועמיתיו מהאקדמיה הסינית למדעים בבייג'ין וואן הכינו את המולקולות, שנחשבות לאחות הקטנה האבודה של מולקולת הפחמן-60, בעזרת טכניקה של פריקת מטען בעזרת כלור. תוצאות המחקר תאפשרנה למדענים לחקור את תכונותיה של מולקולת הפחמן-50 ולנצל את תכונותיה המיוחדות. השיטה, שפיתח הצוות הסיני, סוללת את הדרך ליצירת מולקולות פחמן קטנות אחרות בצורת כלוב (מולקולות Fullerenes).
מולקולת הכלוב הפופולרית ביותר היא הפחמן-60, שידועה גם בשמות “באקמינסטרפולרין” (buckminsterfullerene על שם הארכיטקט ריצ'רד באקמינסטר פולר, ד.א) או “באקיבול” (buckyball). המולקולה, המורכבת משישים אטומי פחמן מסודרים במחומשים ומשושים, נוצרה לראשונה בשנת 1985. מאז יוצרו מולקולות כלוב גדולות יותר, המכילות 70 ואף 500 אטומי פחמן.
כל המולקולות הללו, שנוצרו עד כה, צייתו לכלל “המחומש המבודד” (IPR – Isolated Pentagon Rule), שקובע כי המולקולות היציבות ביותר הן אלה, בהן כל מחומש מוקף על ידי חמישה משושים. עם זאת, לא ניתן למלא את התנאי הזה במולקולות בעלות פחות משישים אטומי פחמן. משמעות הדבר היא שמולקולות הכלוב, שאינן מצייתות לכלל ה-IPR תהיינה בעלות תכונות יוצאות דופן. כמו כן, זה גורם למבנה שלהן להיות בלתי יציב, וקשה לסנתזן. עד כה, מולקולות כלוב בעלות פחות משישים אטומי פחמן הופקו רק במצב גזי.
זנג ועמיתיו הצליחו לייצב מולקולות פחמן-50 במצב מוצק בעזרת שיטת פריקת קשת בעזרת גרפיט (graphite arc-discharge). הם הוסיפו אדי פחמן ארבע כלורי בלחץ של 0.013 אטמוספרות להליום בלחץ של 0.395 אטמוספרות בתוך כלי אטום מפלדת אל-חלד. לאחר מכן הפעילו שדה חשמלי של עשרים וארבעה וולט. בשלב הבא הם ניקו 90 גרם של פיח, שהכיל פחמן-50 כלורי (C50Cl10) ונותרו עם שני מיליגרם פחמן-50 כלורי טהור ב-99.5%.
“מולקולת הפחמן-50 כלורי נראית כמו חללית או כוכב לכת מסתחרר. יש לה 10 זרועות פחמן כלורי מוכנות ומזומנות לפעולות כימיות,” אמר חבר הצוות סו-יואן זי (Su-Yuan Xie) ל-Physics Web (ראו איור). בדומה לנגזרות של פחמן-60 ופחמן-70, זי אומר כי פחמן-50 יכול בקלות להגיב עם מגוון קבוצות אורגניות כדי ליצור תרכובות חדשות בעלות תכונות כימיות ופיסיקליות מעניינות. מעבר לכך, ניתן יהיה להשתמש בשיטה לסינתוז מולקולות כלוב קטנות אחרות, כגון פחמן 54 ופחמן 56.
תרגום: דיקלה אורן
