Met ionen uitzoeken hoe buckyballen in elkaar zitten
In 1985 ontdekten de latere Nobelprijswinnaars Robert Curl, Harold Kroto en Richard Smalley het koolstof-60 (C60) molecuul. Het werd ook bekend als bucky ball of fullereen, naar de architect van veelhoekige koepelgebouwen Buckminster Fuller. De structuur van C60 kan worden beschreven als een bol die is opgebouwd uit twintig zeshoeken en twaalf vijfhoeken, net zoals de voetballen die bij officiële wedstrijden worden gebruikt. Het molecuul is door zijn hoge symmetrie zeer stabiel en mede daardoor nog steeds een geliefd onderwerp van studie. FOM-promovendus drs. Omar Hadjar van het Kernfysisch Versneller Instituut in Groningen hoopt op 12 juni aanstaande te promoveren op experimenten waarbij hij C60-moleculen beschoot met geladen ionen. Daardoor raken die moleculen elektronen kwijt (ze ioniseren) of vallen uit elkaar (ze fragmenteren).
Hadjar gebruikte in zijn experimenten een breed spectrum van ionen, waarin hij lading, snelheid en kernlading varieerde. Met deze projectieleigenschappen blijkt de energieoverdracht naar het C60-molecuul te kunnen worden gestuurd. Afhankelijk van de lading en de energie van de ionen gebeuren er verschillende dingen.
Hooggeladen ionen hebben veel energie en ze kunnen al op grote afstand verscheidene elektronen van het C60-moleculen wegtrekken. C60 gedraagt zich dan als een zwaar atoom en blijft heel, zelfs als het negen elektronen kwijtraakt.
Als de ionen maar enkel- of dubbelvoudig geladen zijn, neemt het molecuul energie van de ionen op. Hoe het C60 daarop reageert, hangt sterk af van de snelheid van de projectielionen. Bewegen ze langzaam, dan verdampen er als het ware voornamelijk C2-moleculen van het C60 af. Het C60 verliest dus een aantal lichte fragmenten en er blijft een zwaar fragment over. Als de ionen sneller zijn, verdampen er minder C2-moleculen, maar breekt het C60 in meer grotere, geïoniseerde fragmenten uiteen. Hadjar veronderstelde dat de energieoverdracht in dat geval lijkt op die bij wrijving. Zijn meetresultaten bevestigen nu die veronderstelling. Dat levert kennis op over de krachten en de energieverdeling in het molecuul en die zijn bepalend voor de stabiliteit van het molecuul en hoe het met zijn omgeving reageert. De ervaring uit dit onderzoek kan gebruikt worden voor onderzoek aan complexere moleculen, zoals die bijvoorbeeld in levende systemen voorkomen.
Meer over dit onderwerp: zie C60, een molecuul met een geheugen.