Joachim Dettmann Fullerene - die Bucky-Balls erobern die Chemie Mit einem Vorwort von Wolfgang Kratschmer Springer Basel AG
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Dettmann, Joachim: Fullerene : die Bucky-Balls erobern die Chemie /Joachim Dettmann. Basel ; Boston ; Berlin : Birkhäuser, 1994 ISBN 978-3-0348-5706-2 DOI 10.1007/978-3-0348-5705-5 ISBN 978-3-0348-5705-5 (ebook) Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdruckes, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechts. Springer Basel AG 1994 Ursprünglich erschienen bei Birkhäuser Verlag Basel 1994 Softcover reprint of the hardcover 1st edition 1994 Umschlaggestaltung: Matlik und Schelenz, Essenheim Gedruckt auf säurefreiem Papier, hergestellt aus chlorfrei gebleichtem Zellstoff 9 8 7 6 5 4 3 2 1
Inhal tsverzeichnis Vorwort Kapitell Der FuBball, der vom Himmel fiel Kapitel2 Das ABC des Elements Kohlenstoff Historisches.............. Vorkommen, Verwendung und Bedeutung von Kohlenstoff Modifikationen des Kohlenstoffs Diamant Graphit.... Fulleren...... Chaoit und Kohlenstoff VI. Cyclo[nJ-Kohlenstoffe... Polymere Kohlenstoff-Netzwerke. Phasenumwandlungen.... Dunne Kohlenstoff-Schichten (CVD-Verfahren) RuB - Rohstoff fur Fullerene Kapitel3 Was sind Cluster?. Eigenschaften.. Herstellung. Magische Zahlen Cluster-Katalyse Kapitel4 Die Fulleren Story 9 11 19 19 25 32 38 40 46 56 56 59 63 74 84 101 104 106 110 112 119
Kapitel5 Richard Buckminster Fuller (1895 bis 1983) Kapitel6 In Form - Symmetrie, Topologie, Strukturen Symmetrie als Harmonie der Proportionen Topologie und Punktgruppen... Polyedersatz von Euler Platonische Kohlen(wasser )stoff-polyeder Der Fulleren-Zoo..... Das Phanomen der Strukturisomerie. Kohlenstoff -Rohrchen (Bucky -Tubes) Hyper-Fullerene (Bucky-Onions) Kapitel7 Fullerenahnliche Mikroarchitekturen. Kapitel8 Chemie der Fullerene Additionen an die Kafigschale. Hetero-Fullerene..... Endohedrale Verbindungen. Exohedrale Komplexe Kapitel9 SchluBbetrachtung und Ausblick Anhang Verzeichnis benutzter Abkiirzungen Quellenverzeichnis... Weiterfiihrende Literatur Bildnachweis Index... 145 149 155 158 164 173 181 184 188 190 197 203 206 210 211 214 221 227 229 234 235 238
Der Vorgang des Verstehens in der Natur, sowie auch die Begluckung, die der Mensch beim Verstehen, das heiflt beim Bewufltwerden einer neuen Erkenntnis empfindet, scheint auf einer Entsprechung, einem Zur-Deckung-Kommen von prdexistenten inneren Bildern der mensch lichen Psyche mit dufleren Objekten und ihrem Verhalten zu beruhen. Wolfgang Pauli
Vorwort Bisher dachte die Wissenschaft, das Element Kohlenstoff bestehe im wesentlichen nur aus zwei Modifikationen: Graphit und Diamant. Forschungen in den USA und in Europa haben nun aber die Existenz einer dritten Form gesichert, die aus kafigartigen, in sich geschlossenen Molekulen besteht, den Fullerenen. Den AnstoB zur Fulleren-Forschung gab die Untersuchung der interstellaren Materie, die ein Gebiet der astronomischen Grundlagenforschung ist und eine im wahrsten Sinne des Wortes sehr entfernte Thematik darstellt. Diese Untersuchung hat zwei ganz wesentliche Entwicklungen eingeleitet: Sie hat mit der Entdeckung des C 6o-Molekiils die Fulleren Forschung uberhaupt erst begrundet und dann in einem zweiten Anlauf, namlich der Synthese des Molekuls, zu einer gewaltigen Expansion in Chemie, Physik und Technologie gefuhrt. Die Entdeckung von Fulleren ist gewib eines der aufregendsten wissenschaftlichen Ereignisse unserer Zeit. Die Zahl der Forschungsarbeiten, zu denen sie anregte, ist geradezu verbluffend. Je zahlreicher aber die Berichte uber die ungewohnlichen Eigenschaften der «FuBball-Molekule» wurden, des to mehr vermibte der Wissenshungrige eine fachlich prazise und systematische Einfuhrung in einen Bereich, der fur den Nicht-Chemiker zunachst einmal schwer zu durchschauen ist. Diese Lucke schliebt das vorliegende Buch. Es vermittelt dem interessierten Laien auf unterhaltsame Art und Weise einen hervorragenden Dberbliek uber Geschichte, Grundlagen und Detailfragen der Fulleren-Chemie. Die Spannbreite reicht dabei von der Entdeekung des Kohlenstoffs bis hin zu den neuesten Erkenntnissen in der Cluster-Forschung. Ich wunsche diesem Bueh, dab es Interesse und Verstandnis fur Grundlagenforschung weckt und fordert sowie dem Leser etwas von der Faszination des VorstoBes in ein ganz neues Wissensgebiet vermittelt.