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Fullerène

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Fullerène

Famille de composés du carbone possédant au minimum 60 atomes de carbone, formant des sphères carbonées où les atomes de carbone sont disposés en polyèdres semi-réguliers répartis sur la sphère.

Découvert en 1985 par Smalley, Curl et Kroto (Prix Nobel de chimie 1996), la famille des fullerènes, très abondantes à la surface de la terre et dans l'univers, représente la troisième forme allotropique du carbone, après le graphite et le diamant. Elle a la propriété de former des cages fermées (molécule C60) dont la structure rappelle celle d'un ballon de football.

La molécule C60 comprend 60 atomes de carbone disposés aux sommets d'un polyèdre régulier de 0.7 nm de diamètre et dont les facettes sont des hexagones et des pentagones.

Historique

A la fin des années 70, Peter Wiles et John Abrahamson décrivirent des feuillets de carbone enroulés ensemble. Ces structures étaient produites en même temps que des fibres dans un arc électrique généré entre deux électrodes de graphite.

Bien que l'icosaèdre tronqué soit connu depuis l'antiquité comme l'un des solides d'Archimède et décrit à la Renaissance par Piero de la Francesca, la conceptualisation d'une cage entièrement constituée d'atomes de carbone arrangés en hexagones et pentagones ne fut réalisée par David Jones qu'en 1966.

La première mention de la molécule de C60 en tant que molécule stable fut faite par E. Osawa et Yoshida qui, en 1970 et 1971, tentèrent une description théorique de cette nouvelle et hypothétique structure. C'est quelques années plus tard que les niveaux d'énergie HOMO et LUMO du C60 furent calculés la première fois par la méthode de Hückel par les physiciens russes Bochvar et Gal'pern en 1973.

Il va falloir attendre 1985 pour qu'enfin le concept théorique de la molécule de C60 prenne forme dans la réalité physique et c'est Harry Kroto de l'Université de Sussex (Angleterre) en collaboration avec l'équipe du professeur Smalley et Bob Curl à Houston (U.S.A.) qui parvint à synthétiser et à caractériser la molécule de C60, baptisée plus tard Buckminster fullerène en hommage à l'architecte Buckminster Fuller. Celui-ci est surtout réputé pour la conception des dômes géodésiques et introduisit dans un brevet, en 1954, une structure formée par un icosaèdre tronqué décrivant une cage sphéroïdale constituée par l'arrangement de 12 pentagones et 20 hexagones. Le principe utilisé pour la première synthèse du C60 est la recondensation du graphite après vaporisation provoquée par un laser dans une atmosphère d'hélium. Cette découverte fondamentale pour le domaine des « nanosciences » fut couronnée par un prix Nobel en 1996.