随着“世界杯”的临近，人们对世界顶级足球比赛充满期待。
作为20世纪80年代的重大科学发现之一，被称为“足球盛宴”的“足球烯烃”也值得期待。
1996年，美国和英国科学家克洛索等人发现的“足球烯烃”获得了诺贝尔化学奖。那么，“足球”是什么样的？它是如何与科学家“相遇”的？它的应用前景如何？
克洛索博士的“足球敌人”模型(网络图)
“足球烯烃”与科学家的意外“相遇”
碳作为一种常见元素，再普通不过了。在常温下，碳元素非常不活泼，没有华丽的外观。但这并不意味着碳不重要，因为简单并非无用！
1985年的秋天对全人类来说是一个激动人心的时刻。经过一周的紧张工作，美国和英国科学家科尔、克洛索和斯莫利发现了一种新的元素碳同素异形体——足球烯烃。
“足球烯烃”是一种由60个碳原子组成的中空笼状物质。它因其外观类似足球而得名。原来，“足球烯烃”分子是由60个碳原子结合而成的稳定分子。它有60个顶点和32个面，其中12个是正五边形，20个是正六边形。称其为“足球烯烃”并不奇怪，因为它与足球的结构非常相似。
足球和“足球烯烃”(网络图)
事实上，“足球烯烃”只是C60的一个流行名称，那么它的学名是什么呢？为了给C60一个响亮的名字，它的发现者没有花更少的努力。
美国和英国科学家克洛索和其他三个人发现，美国著名建筑师巴克明斯特·富勒的网格半球的穹顶结构与这个“纳米足球”非常相似。因此，根据巴克明斯特·富勒的名字，C60被命名为“富勒烯”，也称为“布基球”或“布基球”。
富勒的建筑杰作(网络图)
(他发明的网格穹顶是由四面体框架组成的自支撑半球。)
富勒烯家族仍有许多成员，这都是20世纪80年代的重大科学发现之一，具有重大的科学意义。这些神奇的全碳分子及其衍生物由于其特殊的组成和结构，显示出许多新颖独特的物理和化学性质。
足球家庭成员(网络图)
这是相同的碳，为什么不同？
足球烯烃作为一种震惊世界的“新型碳”，极大地丰富了人们对碳的认识。然而，为什么物质也是由碳原子组成的，有些像岩石一样坚硬，有些像泥土一样柔软，还有一些一样美丽...
这是足球的世界(网络图)(富勒烯物理和化学的封面)
科学家发现，由碳元素组成的物质主要包括简单的物质，如金刚石、石墨、C60(足球烯烃)等。他们有如此大的性能差异的原因是他们有不同的原子模型。
纯钻石是无色透明的八面体固体，现在发现它是天然存在的最坚硬的物质。原来，钻石的原子是交错排列的，每个碳原子都与另外4个碳原子直接紧密相连，从而形成一个立体的三维结构，因此显得非常坚硬。
菱形结构示意图(网络图)
钻石经过抛光后会发光发亮，因此可以用来制作昂贵的钻石饰品。同时，钻石也可以用来制造钻头、钻岩石、切割玻璃、切割大理石等。
石墨是一种暗灰色细磷片状固体，有金属光泽，但不透明。据我们所知，它是自然界中最软的矿石。原来石墨中的碳原子是一层层排列的。尽管每层中的碳原子紧密结合，但层间的结合力非常弱。
石墨结构示意图(网络图)
因此，石墨很容易在层间断裂，从而表现出较软的性能，如滑腻感、高熔点、易导电等优异性能。在高温操作下，它通常可用作干电池的电极或润滑剂。
虽然富勒烯、金刚石和石墨属于由碳元素组成的单一物质，但富勒烯的特殊结构特征决定了其特殊的物理化学性质。例如，C60球形刚性分子具有高抗压强度，C60可溶于非极性溶剂如苯中，碱金属掺杂的C60具有良好的超导性，而过渡金属C60化合物具有良好的氧化还原性能。
“足球烯烃”模型(网络图)
C60具有稳定的分子结构，但也具有一定的反应性。据报道，C60可以进行加成反应、配位反应、环合反应等。此外，C60、环糊精和多环芳烃形成的水溶性主客体复合物将在超分子化学和仿生化学中发挥重要作用。
据报道，C60可以在高压下转化为金刚石，这无疑开辟了金刚石合成的新途径。同时，C60的中空球形结构使得在内外表面进行化学反应成为可能，从而获得具有特殊功能的C60衍生物。
“足球烯烃”延续碳传奇
作为地球上宇宙粒子的主要组成元素之一，碳在地球生命的进化中扮演了极其重要的角色。碳是地球上所有生命的基础。地球上大多数已知的生物都是碳基生物，即以碳元素作为有机物质的生物。
碳是自然界中最复杂的元素之一，其独特的共价键形式产生了多种具有独特功能的有机物质。碳具有很高的结合能力和许多独特的性质，被认为是太阳能的主要化学能载体。
科学家认为氨基酸和核苷酸是生命的基本单位，而氨基酸和核苷酸是以碳链为骨架构建的。随着碳链的延伸，氨基酸和核苷酸进一步进化成蛋白质和核酸，它们是原始生命诞生的基础，也是人类诞生的必然过程。
科学家认为富勒烯家族的其他成员也极有可能是超导的。例如，掺杂电子的C60的最高转换温度是40K，而掺杂电子的C70的最高转换温度是7K。据报道，英国研究人员正在开发可用于原子钟的内部富勒烯。这是目前世界上最昂贵的新材料，每克价值约1.45亿美元。当“富勒烯”中嵌入氮原子时，它们有可能改变我们的计时方法，因为它们的电子自旋具有很长的寿命，而且预计原子钟将被安装在手机的芯片上。
“足球烯烃”变成“球形容器”(网络图)
科学家们正试图打开足球烯烃的“目标”，从而掺杂一些原子或离子，使“足球烯烃”能成为一种特殊的球形容器，并有望在宇宙化学、超导、材料科学和医学领域获得特殊应用。
碳纳米管也是典型的富勒烯，是具有管状结构的碳原子簇。根据理论计算，碳纳米管纤维的强度是钢的100倍，而其质量仅为钢的七分之一。
碳纳米管结构示意图(网络图)
碳纳米管还具有很强的储气能力，可应用于燃料电池的储氢装置。如果碳纳米管被制成碳纤维，它们肯定会是一种非常理想的轻质高强度材料。
富勒烯簇及其衍生物有望在生命化学、有机化学、材料化学、无机化学、高分子科学、催化化学等领域得到重要应用，并深刻影响人类社会的方方面面。
一些科学家认为，富勒烯还将为抗癌药物的研究提供潜在的线索，在超导体、耐磨润滑材料、催化剂载体、高能电池材料、医学成像剂和病毒抑制等方面具有广阔的应用前景。
参考
[1]现代物理知识，肖汝波，杨心楠译。“1985年9月11日:富勒烯的发现”，中国科学院先进技术研究所，201028。
[2]李图伟，人民网新闻编辑组。“足球烯烃——科学界的足球盛宴”，人民网，2015年1月21日。
[3]新材料在线。10亿1克富勒烯是什么样的？Sohu.com，2016年8月15日。