home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ TIME: Almanac 1993 / TIME Almanac 1993.iso / time / 050691 / 0506300.000 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1992-08-28  |  5.8 KB  |  122 lines

  1.                                                                                 SCIENCE, Page 66Great Balls of Carbon
  2.  
  3.  
  4. It looks as though you could play soccer with it, but a newly
  5. discovered sphere may lead to novel materials, even medicines
  6.  
  7. By J. MADELEINE NASH/CHICAGO
  8.  
  9.  
  10.     Carbon is a kind of natural backbone: the all-important
  11. element that anchors the molecules of everything from crude oil
  12. to DNA. For the past six years, groups of scientists have been
  13. chasing down an exotic form of carbon believed to have a
  14. particularly elegant configuration: 60 atoms of carbon arranged
  15. like a miniature soccer ball. The improbably spherical molecules
  16. were dubbed buckminsterfullerenes, or simply buckyballs, because
  17. they resemble the geodesic domes designed by inventor
  18. Buckminster Fuller. Researchers knew that some sort of 60-atom
  19. carbon molecule existed, but they had trouble producing enough
  20. of the stuff to study its properties or confirm its structure.
  21.  
  22.     Now scientists have finally managed to snare the elusive
  23. molecule, and the first "snapshot" of a buckyball, taken with
  24. the aid of X rays, has been published by Science magazine. The
  25. computer-generated drawing matches the perfect soccer-ball shape
  26. that had been predicted. "This molecule is just as marvelous as
  27. we thought," exclaims Joel Hawkins, who headed the team of
  28. University of California, Berkeley, chemists that took the
  29. picture.
  30.  
  31.     For scientists, the discovery of buckyballs has been like
  32. stumbling across an unexpected cache of buried treasure. Only
  33. two other distinctive forms of pure carbon have ever been found:
  34. ordinary graphite and precious diamonds. The atom clusters in
  35. graphite are flattened into hexagons, like tiles on a bathroom
  36. floor, while the atoms in diamonds form tiny pyramids. The
  37. molecular structure of buckyballs is so radically different that
  38. researchers hope this third form of carbon will lead to a whole
  39. new class of materials with a multitude of uses.
  40.  
  41.     The first known encounter with a bucky ball was recorded
  42. in 1985 by Richard Smalley, a chemical physicist at Rice
  43. University, and Harold Kroto, a British chemist from the
  44. University of Sussex who was visiting Smalley's lab. The two
  45. scientists were studying what would happen if they heated carbon
  46. vapor to about 8,000 degreesC (14,500 degrees F). Unexpectedly,
  47. they detected a mysterious new form of carbon. Chemical tests
  48. proved two things: 1) the molecules had 60 carbon atoms, and 2)
  49. they had no "edges," as chemists call the unpaired electrons
  50. that cause atoms to form chemical bonds with one another.
  51. Smalley and Kroto theorized that the molecule with no edges must
  52. have the shape of a soccer ball, but they were unable to confirm
  53. the idea.
  54.  
  55.     It was not until last fall that a team of scientists
  56. produced visible aggregations of buckyballs. At first,
  57. University of Arizona physicist Donald Huffman and his German
  58. colleague, Wolfgang Kratschmer, thought they had come up with
  59. nothing more extraordinary than a thimbleful of grimy soot. Then
  60. their microscope revealed a swarm of translucent specks that
  61. sparkled like stars in a moonless sky. "As soon as we saw these
  62. beautiful little crystals," Huffman recalls, "we knew we were
  63. looking at something no one had ever seen before."
  64.  
  65.     But these crystals were disorganized piles of buckyballs;
  66. the scientists had no way of viewing the individual molecules.
  67. One difficulty is that when buckyballs are on their own, they
  68. spin like tiny planets, completing more than a billion
  69. rotations in a second. They do not normally stay still long
  70. enough to have their picture taken.
  71.  
  72.     The Berkeley team got around that problem by "grabbing"
  73. the whirling buckyballs with atomic "handles" containing the
  74. element osmium. The handles enabled the scientists to manipulate
  75. billions of buckyballs and align them in an orderly, crystalline
  76. fashion. By bombarding the carbon samples with a thin beam of
  77. X rays, the Berkeley scientists got an accurate computer
  78. representation of the soccer ball-like arrangement of the atoms.
  79.  
  80.     Now the rush is on to study the properties of buckyballs
  81. and explore their possible uses. Scientists have already
  82. concluded that the molecule is remarkably durable. Chemist
  83. Robert Whetten of UCLA has fired buckyballs at speeds of 27,000
  84. km/h (17,000 m.p.h.) into miniature walls of graphite and
  85. silicon. The sturdy spheres bounced back unharmed.
  86.  
  87.     Their shape may turn out to be a structural achievement
  88. that on the molecular level is as noteworthy as the keystone
  89. arch. "This molecule," says IBM physicist Donald Bethune, "looks
  90. like something some genius engineer sat down and designed." In
  91. essence, a buckyball forms a cage that begs to be filled. By
  92. placing different atoms inside the cage, scientists should be
  93. able to engineer materials with unique electronic, catalytic and
  94. even biomedical properties. One intriguing possibility: if they
  95. prove nontoxic, buckyballs might encapsulate radioactive atoms
  96. used in cancer therapy, serving as shields that protect normal
  97. tissue from damage.
  98.  
  99.     Buckyballs, which have been found to come in larger sizes,
  100. have already been altered by adding atoms to their exteriors.
  101. Researchers at AT&T Bell Laboratories and elsewhere have created
  102. thin films of buckyballs and studded them with impurities that
  103. help the molecules carry electric current. Their report
  104. indicates such film could lead to a new class of useful
  105. superconductors. Other items on the buckyball wish list include
  106. tiny ball bearings, featherweight batteries and wires perhaps
  107. only one molecule thick.
  108.  
  109.     For the present, such developments are just dreams.
  110. "Buckyballs," stresses Berkeley's Hawkins, "are still so new and
  111. special that we can only hope they will be new and special in
  112. useful ways." But most researchers are betting that the sooty
  113. spheres with the playful name are diamonds in the rough.
  114.  
  115.  
  116.  
  117.  
  118.  
  119.  
  120.  
  121.  
  122.