FULLERENE LÀ GÌ? NGUỒN GỐC RA ĐỜI VÀ PHÂN LOẠI CÁC FULLERENE TRONG TỰ NHIÊN

Tìm hiểu về nguồn gốc, khái niệm và cấu trúc phân tử của các hợp chất fullerene qua bài viết này.

Nguồn gốc ra đời của fullerene

Fullerene nói chung là một hoạt chất đặc biệt có dạng hình cầu, hình ê líp hoặc hình ống. Cái tên fullerene bắt nguồn từ tên của Richard Buckminster Fuller (1895-1983), một kỹ sư, kiến trúc sư, nhà phát minh và nhà văn người Mỹ nổi tiếng. Ông được biết đến vì đã khám phá ra nguyên lý cấu trúc của sức căng (lực căng). Fuller cũng được biết đến với các công trình kiến trúc và sự tham gia của ông vào giả thuyết Gaia, đặc biệt với tư cách là người tạo ra khái niệm kiến trúc mái vòm trắc địa mang lại ý nghĩa vô cùng quan trọng.

Richard Buckminster Fuller (1895-1983)

Tháng 10 năm 1996, giải Nobel Hóa học được trao cho ba nhà nghiên cứu đại tài là Harold Kroto, Robert F. Curl và Richard E. Smalley vì đã khám phá ra các hợp chất qúy giá của Fullerene. Cái tên Fullerene lấy tên từ kiến trúc sư Buckminster Fuller, người đã thiết kế những ngôi nhà theo hình dạng mái vòm trắc địa dựa trên các hình ngũ giác và hình lục giác, hay còn được gọi là "buckyball" (Khá giống với hình dạng của fullerene).

Fullerene có nhiều loại nhưng các dạng nổi tiếng nhất là C60, C70, Fullerenols và đặc biệt là Endo fullerene - Đây được coi là hợp chất quý giá, đắt nhỏ và hiếm có nhất của nhà fullerene.

Harold Kroto, Robert F. Curl và Richard E. Smalley (từ trái sang phải)

Cấu trúc cấu thành nên các fullerene (C60, C70, Fullerenols, Endo fullerene)

C60 fullerene là một phân tử được tạo thành từ 60 nguyên tử cacbon. Các nguyên tử tạo thành một phân tử có hình dạng giống như một quả bóng đá. Nó có 32 mặt, trong đó 12 mặt là hình ngũ giác và 20 mặt còn lại là hình lục giác. Ngoài ra, mỗi hình ngũ giác được bao quanh bởi 5 hình lục giác xếp luân phiên với nhau để hợp nhất thành ba hình ngũ giác và ba hình lục giác.

C70 fullerene có cấu trúc tổng thể giống như một quả bóng bầu dục. Những quả bóng này được liên kết với nhau bằng 12 hình ngũ giác và 25 hình lục giác. Trong đó, nguyên tử cacbon có mặt ở mỗi đỉnh của hình lục giác và hình ngũ giác với một liên kết ở mỗi cạnh.

Fullerenol: các dẫn xuất của các fullerene có thể hòa tan trong nước được gọi là Fullerenol.

Phân tử của C60, C70, Fullerenol, Endo fullerene

Khoảng sau năm 1990, các nhà khoa học này đã phát hiện ra 1 hợp chất vô cùng đặc biệt và quý giá là fullerene nội sinh (endohedral fullerenes) có cấu trúc chứa đựng một nguyên tử (có thể là nguyên tử Heli, Nitơ hoặc các nguyên tử gốc kim loại…) bị mắc kẹt bên trong trung tâm khối lồng fullerene C60.

Bởi chính hình dáng kỳ lạ này mà các nhà khoa học đã đặt tên là ENDO FULLERENE. Đây là một hợp chất mang đặc tính vô cùng độc đáo khác với những đặc tính của fullerene điển hình. Ví dụ, Endo fullerene có thể làm tăng khả năng hòa tan, tính ổn định hóa học cao, tính dẫn truyền mạnh mẽ với các tế bào và tạo ra phản ứng hóa học cụ thể.

Hợp chất Endo fullerene

Sự phát minh vĩ đại về Endo fullerene được thực hiện chủ chốt bởi Giáo sư Kroto và một nhóm lớn các nhà khoa học từ nhiều tổ chức khác nhau, bao gồm cả sự góp mặt của Đại học Sussex, Đại học Arizona và Đại học Rice. Khám phá này đã mở ra một lĩnh vực nghiên cứu mới về Endo fullerene và các ứng dụng tiềm năng lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: khoa học điện tử, y tế công nghệ, sinh học chuyên sâu…

Đồng thời, nhờ những đặc tính tuyệt vời sẵn có của Endo fullerene, độ hiếm có và sự phức tạp trong việc tổng hợp, tinh chế mà giá thành của Endo fullerene hiện nay vô cùng đắt đỏ. Được biết giá của nó có thể lên tới 167 triệu đô/gram.