Fulerenas

Fulerenas (angl. fullerene) – vien iš anglies atomų susidedanti molekulė, galinti būti tuščiavidurio kamuolio, elipsoido, daugiasluoksnio „svogūno“ arba vamzdelio (nanovamzdelis) pavidalo. Savo struktūra jis panašus į grafitą, bet gali turėti ir penkiakampes ar aštuonkampes akutes. Pavadinimas kilo iš inžinieriaus Buckminster Fuller, kuris projektavo panašiai atrodančias geodezines konstrukcijas, pavardės.
Panašios molekulės galimos ir iš silicio. Numatytas, tačiau eksperimentiškai neaptiktas B₈₀ fulerenas iš boro.

Atradimas

Pirmojo atrasto fulereno, vadinamo „bakminsterio fulerenu“ (angl. buckminsterfullerene), C₆₀, egzistavimą 1970 m. numatė japonų mokslininkas Eiji Osawa. Jis pastebėjo jog aromatinio junginio koranuleno molekulė yra išgaubta taip, lyg būtų kamuolio dalis, ir samprotavo, jog galėtų egzistuoti ir visas toks kamuolys. Šios hipotezės nepripažino net jo bendradarbiai. Ji buvo paskelbta Japonijos mokslinėje spaudoje bet liko mažai žinoma Amerikos ar Europos chemikams. 1973 metais rusų mokslininkas Galpen Bochvar atliko matematinę tokios C₆₀ sferos analizę ir nustatė jog ši didžiulė molekulė turėtų būti stabili. Tai buvo paskelbta rusų mokslinėje spaudoje bet šis teorinis numatymas irgi nesulaukė dėmesio. Tokių junginių egzistavimą eksperimentiškai pavyko įrodyti tik 1985 m., naudojant masių spektrometrijos metodus. Kitas paplitęs fulerenas yra C₇₀, bet žinomi ir 72, 76, 84 ar net 100 anglies atomų turintys kamuoliai. Gauti taip pat jų dimerai ir trimerai.

Savybės

Fulerenai chemiškai stabilūs, tačiau galimos kai kurios cheminės reakcijos. Jų viduje galima „įkalinti“ inertinių dujų ar kitokius atomus, kurie po to molekulės negali palikti nors ir nėra chemiškai su ja susiję. Fulerenai, kuriose uždaryti šarminių metalų atomai, ima elgtis „metališkai“, tokie junginiai gali būti superlaidūs aukštesnėse temperatūrose nei metalai. Cs₂RbC₆₀ superlaidus net esant 33 °K. Fulerenai yra aromatiniai junginiai bei alkenai ir dalyvauja šioms junginių grupėms būdingose reakcijose. Tačiau jie nėra superaromatiniai: elektronai lieka savo žiede ir nekeliauja laisvai po visą molekulę. Gryni fulerenai yra puslaidininkiai, iš jų galima pagaminti diodus, tranzistorius ir kitas panašias detales. Jų galimybės elektronikoje šiuo metu tiriamos. Jiems taip pat būdingos netiesinės optinės savybės, kurias bandoma pritaikyti optoelektronikoje.
Fulerenai šiek tiek tirpsta vandenyje ir daug geriau tirpsta tuolene bei kituose cheminiuose tirpikliuose. Jų tirpalai neretai turi rausvą ar violetinį atspalvį. Tai vienintelė anglies alotropinė forma, galinti tirpti įprastiniuose tirpikliuose kambario temperatūroje. Ultravioletinėje šviesoje fulerenai polimerizuojasi ir nebetirpsta, todėl gali būti panaudoti fotolitografijoje. Tik kai kurie fulerenai (C₂₈, C₃₆, C₅₀) yra beveik visiškai netirpūs. Skysti būna retai, esant apie 400 °C sublimuojasi.
Kai kurie fulerenai (pavyzdžiui, C₇₆, C₇₈, C₈₀, and C₈₄) yra chiraliniai ir galimi jų optiniai izomerai (enantiomerai).

Paplitimas

Fulerenai nėra reti, jų daug susidaro degant paprastai žvakei ir aptinkama jos suodžiuose. Išskirti gryni fulerenai atrodo kaip anglis. Gamtoje fulerenų pasitaiko fulgurituose, jei žaibas trenkė į organinės medžiagos turintį smėlį. Jų taip pat randama labai daug (98 %) anglies turinčiame minerale šungite.
Fulerenų aptikta ir kosmose, planetiniuose ūkuose (stebint emisijos spektrus).

Poveikis sveikatai

Fulerenai paprastai nėra nuodingi net didelėmis dozėmis, nors nanovamzdeliai gali kenkti panašiai kaip ir asbestas. C₆₀ skersmuo yra apie 7 angstremai tačiau Van Der Valso skersmuo didesnis, apie 10 angstremų.
Fulerenai gali surinkti savyje ir taip nukenksminti odai kenksmingus radikalus, todėl jų dedama į kai kuriuos senėjimą stabdančius kremus. Šungitas turi stiprių antibakterinių savybių  tačiau neįrodyta jog būtent dėl jame esančių fulerenų.