1985年,Rice大學(xué)的H.W.Kroto和R.E.Smalley等發(fā)現(xiàn)用激光束使石墨蒸發(fā),用10大氣壓的氦氣產(chǎn)生超聲波,在噴咀上能生成性質(zhì)十分穩(wěn)定的一種新的碳的同素異形體.經(jīng)過飛行時間質(zhì)譜證實,它的確不含其它元素,其組成主要是C60.Kroto等為了紀(jì)念前驅(qū)研究者Buckminster Fuller,將這個球形分子稱為Buckminsterfullerene或者簡稱為“布克球”（Buckyball）.
他們認(rèn)為這種碳單質(zhì)既然具有確定的組成,顯然就不會像石墨或金剛石一樣構(gòu)成無限龐大的分子.按照碳原子價鍵的要求,它可能具有球形結(jié)構(gòu).它以60個碳原子作為頂點,組成一個32面體.其中12個面是正邊形,20個面是六邊形.正好是一個削20面體的每個頂點,像足球一樣的多邊形體,如圖1所示.在這樣的分子中,每個碳原子都滿足sp2雜化軌道的要求：與其它三個碳原子相連,等價地組成一個五員環(huán)和兩個六員環(huán).由于它具有這種特殊結(jié)構(gòu),因此現(xiàn)在更形象地稱它為足球烯（footballene,soccerballene）.
按照正常的碳—碳鍵的鍵長計算,C60構(gòu)成的球體直徑大約為7 A0 ,它的內(nèi)腔至少可以容納一個直徑為5 A0 的客體原子.根據(jù)這種思想,Smalley又設(shè)計將石墨板浸泡在沸騰的三氯化鑭飽和溶液中,干燥后將它作為靶子,用激光蒸發(fā),使鑭原子嵌入球體內(nèi)部.從而發(fā)現(xiàn)了一系列分別由44個到76個碳原子和一個鑭原子組成的碳—鑭化合物.顯然這是一種包合物[2].
事實上,12個正五邊形不僅只能和20個六邊形構(gòu)成C60的封閉殼,還可以和其它若干個六邊形組成蛋形的多面體,而鑭原子的存在,使其它形式的多面體也趨于穩(wěn)定.
和C60分子有關(guān)的“碗烯”（corranulene）分子[3],C20H10,具有一個由五個正六邊形環(huán)繞的正五邊形結(jié)構(gòu),如圖2所示.這個化合物早已于1966年由Michigan大學(xué)的R.G.Lawton合成成功.它的分子構(gòu)型像一個碗,有芳香性,而且很穩(wěn)定.而足球烯分子的表面,就存在著這樣的12個正五角形單元.C60分子具有Ih點群的對稱性,是一個“非交替烴”(non-alternant hydrocarbon).
曾經(jīng)有好幾位學(xué)者對C60作過HMO計算[4],并將C60和其它芳香烴的離域能（delocalization energy）和共振能進(jìn)行比較.結(jié)果表明其共振穩(wěn)定性大約是苯分子中每個碳原子的平均共振能的兩倍.雖然在這個分子中碳原子并不都是完全共平面的,因此會出現(xiàn)一些張力,但是它的共振結(jié)構(gòu)數(shù)高達(dá)12500,因而可以使體系穩(wěn)定化.如果考慮到C60多面體分子中π鍵與σ鍵的交角大約是11.60,用0.877校正其共振積分,按POAV1/3D HMO法計算,仍然可以明顯地看出它具有較高的π電子能.
回答者：lzy7777 - 見習(xí)魔法師 三級 6-28 20:38
足球烯（footballene）是單純由C元素結(jié)合形成的穩(wěn)定分子,它具有60個頂點和32個面,其中12個面為正五邊形,20個面為正六邊形,整個分子形似足球,因此得名.其結(jié)構(gòu)圖如下所示：
足球烯的分子式為C60,60個碳原子占據(jù)60個頂點,處于頂點的碳原子與相鄰頂點的碳原子各用sp2雜化軌道重疊形成σ鍵,每個碳原子的三個σ鍵分別為一個五邊形的邊和兩個六邊形的邊.碳原子的三個σ鍵不是共平面的,鍵角約為108°或120°,因此整個分子為球狀.每個碳原子用剩下的一個p軌道互相重疊形成一個含60個π電子的閉殼層電子結(jié)構(gòu),因此在近似球形的籠內(nèi)和籠外都圍繞著π電子云.分子軌道計算表明：足球烯具有較大的離域能.足球烯的共振結(jié)構(gòu)數(shù)高達(dá)12500個,按每個碳原子的平均共振能比較,共振穩(wěn)定性約為苯的兩倍.因此足球烯是一個具有芳香性的穩(wěn)定體系.
足球烯是美國德克薩斯州休斯敦賴斯（Rice）大學(xué)的克羅脫（Kroto,H．W．）和史沫萊（Smalley,R． E．）等人于1985年提出的.他們用大功率的激光束轟擊石墨使其汽化,用1MPa壓力的氦氣產(chǎn)生超聲波,使被激光束汽化的碳原子通過一個小噴嘴進(jìn)入真空膨脹,并迅速冷卻形成新的碳原子,從而得到了C60.C60已為質(zhì)譜所證明.足球烯的發(fā)現(xiàn)為有機化學(xué)開辟了一個新的領(lǐng)域,其意義是十分重大的.
“足球烯”本身更有著無數(shù)優(yōu)異的性質(zhì),它本身是半導(dǎo)體,摻雜后可變成臨界溫度很高的超導(dǎo)體,由它所衍生出來的碳微管比相同直徑的金屬強度高100萬倍.