Viten er Aftenpostens satsing på forskning og vitenskap, der forskere og fagfolk fra hele landet bidrar med artikler.

I 1985 meinte forskarmiljøet nok å ha ganske god oversikt over karbon. Grunnstoffet har trass alt vore kjent sidan antikken. Ein visste om to hovudformer: diamant og grafitt. Men i løpet av hausten dette året fekk eit forskarteam i eit laboratorium ved Rice University i USA nokre svært merkelege resultat som ingen kunne forklare.

Don Quijote og Sancho Pancha

Unni Eikeseth er universitetslektor ved Institutt for lærerutdanning på NTNU.
Elin Iversen

Harold Kroto, Robert Curl, Rick Smalley var i gang med eksperiment for å undersøkje kva stoff som blir laga i karbonrike stjerner kalla raude kjemper. Dette er stjerner som har brukt opp det meste av hydrogenet og difor fusjonerer heliumatom til karbon.

Ved Rice University fanst eit spesielt instrument som kunne nyttast til å etterlikna tilhøva i ei slik stjerne. Ei karbonskive blei bombardert med laserstrålar. Det gav temperaturar på fleire titals tusen grader. I den ekstreme varmen fordampa karbonatom frå skiva, og i dampen danna det seg klynger av karbonatom. Desse klyngene var forskarane interesserte i, fordi klyngene gav hint om kva slags karbonmolekyl som kunne finnast i rommet.

Som dei hadde forventa, fann forskarteamet korte karbonkjeder med 5 til 9 karbonatom. Men i tillegg dukka det opp to ukjende stoff i resultata. Grafane viste to merkelege toppar som tyda på at det vart danna ei klynge med 60 karbonatom, og ein med 70. Desse to toppane var der i alle forsøka, utan at nokon kunne forklare kva dei var. Harold Kroto kalla dei etter kvart for Don Quijote og Sancho Pancha, etter den oppdikta spanske riddaren og væpnaren hans.

Inspirert av arkitektur

For å finne ut kva for molekyl som skjulte seg bak dei mystiske toppane, gjekk forskarane i gang med å bygge modellar som bestod av 60 karbonatom. Dei brukte den molekylære forma til grafitt som utgangspunkt.

Grafitt er bygd opp av mange tynne lag karbon. Den er bunde til kvarandre i sekskantar, omtrent som hønsenetting. Forskarane tenkte seg at det kanskje kunne vere eit slikt heksagonalt gitterlag som var folda saman og hadde danna ein lukka struktur.

Arkitekt Buckminster Fullers geodetiske byggverk inspirerte forskarane. Her er han i 1971 framfor eit av husa han har teikna.
Jim Palmer / AP

Forskarteamet henta inspirasjon frå arkitektur for å løyse oppgåva. Både Smalley og Kroto hadde vore på verdsutstillinga i Montreal i 1967. Hovudattraksjonen på USA sin paviljong var ein kuppel teikna av arkitekt Buckminister Fuller, som hadde spesialisert seg på byggverk danna av ulike mangekantar, som femkantar og sekskantar. Ingen av forskarane huska derimot korleis denne kuppelen var bygd, så teamet fekk derfor tak i ei bok med bilete av arkitekturen til Fuller.

Etter nokre hektiske døgn, der forskarane brukte saks, papir og lim samt gummibjørnar og tannpirkarar for å lage ulike modellar, sat dei til slutt att med ei vakker løysing på problemet. 60 karbonatom dannar ei perfekt kule dersom ein bygger det med 12 femkantar og 20 sekskantar.

Då Smalley ringde til ein matematikk-kollega for å få finne ut kva for geometrisk figur dette var, fekk dei vite at dei hadde laga ein fotball.

60 karbonatom dannar ei perfekt kule dersom ein bygger det med 12 femkantar og 20 sekskantar.
Benjah-bmm27, Public Domain

Viktig i nanoteknologien

14. november 1985 vart oppdaginga publisert i tidsskriftet Nature. Forskarane gav molekylet det noko vanskelege namnet Buckminsterfulleren, etter arkitekten som sette dei på sporet av strukturen. Som oftast blir molekylet berre kalla buckyball, C60 eller fotballmolekylet.

Den andre toppen med 70 atom, C70, viste seg å vere ei liknande hol kule, berre litt større og litt mindre kulerund. Oppdaginga av dei to molekyla opna for ei heil rekke av liknande strukturar av kuler, sylindrar og ellipsoidar som alle blir kalla for fullerenar. Syntese og bruk av slike strukturar har blitt svært viktig i nanoteknologien.

Sjølv om molekylet var oppdaga i eit laboratorium på jorda, tok det 25 år før molekylet vart oppdaga i verdsrommet. Dette skjedde først i 2010, då to uavhengige forskargrupper fann avtrykket til C60 i infraraude spekter frå planetære tåker.

Kan frakte andre atom inni og utanpå

Fleire forskarar meiner no at fotballmolekylet kan ha hatt betydning for tilhøve på jorda. Den hole strukturen til molekylet gjer at den kan frakte med seg atom på innsida. Ein trur faktisk at fleire av edelgassane på jorda, som neon, argon, krypton og xenon, kan vere frakta hit på innsida av fotballmolekyl. Noko som støttar dette, er at det er funne edelgassatom i C60 og C70 i karbonhaldige meteorittar.

Fleire forskarar trur også at fotballmolekylet kan ha hatt ei rolle i å så liv på jorda. Andre molekyl i rommet kan kanskje feste seg og reagere med kvarandre på utsida av fotballen. Slik kan det ha blitt danna molekyl som er ein føresetnad for liv. Kanskje haika livet til jorda på ein fotball?

C60 er løyseleg i organiske løysemiddel og dannar då ei vakker lilla løysning.
Alpha six, CC BY-SA 2.0

Det er enno mykje vi ikkje veit om det fascinerande fotballmolekylet. Uansett viser desse oppdagingane oss at sjølv kjente grunnstoff kan overraske oss med nye og ukjente former. Kva kan då vente oss av andre fantastiske overraskingar når det gjeld mindre studerte grunnstoff?

Unni Eikeseth er medforfattar av boka Periodesystemet – fra alkymi til kjernekjemi (november 2019) saman med Annette Lykknes.