Содержание статьи
    Также по теме

    КЕРЛ, РОБЕРТ

    КЕРЛ, РОБЕРТ(младший) (Robert F. Curl Jr.), (р. 1933) – американский химик, нобелевский лауреат 1996 (совместно с Г.Крото и Р.Смелли).

    Роберт Флойд Керл-младший родился 23 августа 1933 года в Элайсе, Техас в семье методистского священника Роберта Флойда Керла. Еще в детстве он решил стать химиком. После окончания колледжа Кёрл поступил в университет Райса в Хьюстоне, который закончил в 1954.

    Интерес к актуальной в то время проблеме внутреннего вращения в молекулах привел его в Калифорнийский университет в Беркли, где в это время работал один из ведущих специалистов в этой области Kеннет Питцер (Kenneth Pitzer). Определение геометрии фрагмента Si-O-Si в молекуле дисилоксана стало темой диссертации Керла, которую он защитил в 1957.

    Питцер помог Керлу стать стажером  Гарвардского университета (1957–1958), где тот учился определять барьеры внутреннего вращения молекул методом микроволновой спектроскопии.

    После Гарварда Керл стал работать в университете Райса в Хьюстоне. Керл в основном занимался вопросами лазерной спектроскопии. Важно, что Керл занимался самыми разными областями физической химии в сотрудничестве с различными учеными. Нобелевская премия, полученная им в 1996 вместе с Г.Крото и Р.Смелли «за открытие фуллеренов», служит примером такого плодотворного сотрудничества.

    Английскому химику Г.Крото принадлежала идея, что вокруг звезд-гигантов могут формироваться молекулы, построенные из длинных углеродных цепей.

    Керл решил перейти от идеи к делу и для того, чтобы имитировать схожие условия в лаборатории, он вступил в контакт с Р.Смелли. Тот в 1974 построил аппарат, в котором с помощью лазерного излучателя можно было испарить практически любой материал. Этот аппарат давал возможность изучать крупные молекулы, радикалы и кластеры, так как он имел специальные вибрационные ультразвуковые впускные отверстия, вмонтированные в большую камеру, и вибрационные лазеры как в видимом спектре, так и в ультрафиолетовой области. С этим аппаратом Смелли установил рекорд замораживания вращательного движения многоатомных молекул (0,17 К). Он изобрел способ исследования спектра молекул в ультразвуковом потоке – резонансную двухфотонную ионизацию с масс-спектральным детектированием.

    Смелли также разработал способ контроля процесса группировки атомов в малые конгломераты, которые немедля замораживались в результате ультразвукового расширения. Это впервые позволило замораживать в ультразвуковом потоке атомы любого элемента Периодической системы, создавая из них нанометровые частицы, состоящие из заданного числа атомов, и детально изучать их характеристики.

    В течение недели в сентябре 1985 в Хьюстоне Керл, Смелли и Крото вместе со своими молодыми коллегами Джемсом Хисом (James Heath) и Шоном О'Брайеном (Sean O'Brien) смогли установить, что при испарении графита в инертной атмосфере тот способен переходить в очень прочные сферические структуры. Обычная величина сфер – 60 или 70 атомов углерода. Возник вопрос, как их назвать. В 1967 на Всемирной выставке в Монреале известный архитектор Р.Букминстер Фуллер (R.Buckminster Fuller) продемонстрировал сферическое здание, в котором применил по преимуществу гексагональные элементы и немного пентагональных, что позволило ему создавать кривые поверхности. Обнаруженная нобелистами сфера из 60 атомов углерода C60 состоит из 20 гексагональных фрагментов и 12 пентагональных элементов. Ученые назвали эту сферу букминстерфуллереном.

    Через 5 лет после открытия фуллеренов астрофизики Д.Р.Хаффманн (D.R.Huffmann) и В.Крётшмер (W.Krätschmer) со своими коллегами научились производить их в больших количествах. Если 2 графитовых стержня разогреть до высокой температуры с помощью электрического дугового разряда в атмосфере гелия, то графитовые стержни постепенно расходуются, и образуется сажа. В саже содержание фуллеренов C60 и C70 достигает 10%. Сажу собирают и экстрагируют бензолом, в котором растворяются фуллерены. Их затем разделяют с помощью хроматографии. Теперь существуют сотни патентов приготовления фуллеренов, однако дешевый способ их производства еще не найден. 

    Эти сферы оказались более стабильными и более интересными структурами, чем ожидаемые линейные полимерные углеродные цепи. Керл, Смелли и Крото поняли, что в принципе возможно включить атомы металла в фуллереновую ячейку и тем самым полностью изменить свойства металла. Первым таким металлом оказался редкоземельный элемент лантан. Фуллерен C60 способен легко принимать электроны и давать отрицательные ионы. Со щелочными металлами (например, калием) C60 образует новый сверхпроводящий кристаллический материал, состоящий из трехзарядного аниона  и трех катонов калия (K3C60). Этот материал обладает сверхпроводящими свойствами при 19 K. Т.к. C60 способен обратимо принимать, а затем отдавать электроны, фуллерены могут стать катализаторами химических процессов, заменив дорогие и токсичные металлы.

    Модификация метода приготовления фуллеренов позволила создавать самые маленькие в мире трубки из чистого углерода – нанотрубки. Эти трубки имеют чрезвычайно малый диаметр, примерно с нанометр. Такие трубки при необходимости можно закрыть с одного или обоих концов. Они смогут найти применения в электронике из-за их уникальных свойств.

    За те 7 лет, как фуллерены стали доступными, уже синтезировано свыше тысячи новых соединений на их основе, и испытаны их химические, механические, электрические, оптические и биологические свойства.

    В разное время Керл посетил с научными целями Канаду (1972–1973), Японию (1977), Германию (1985).

    Работы: The long carbon chains molecules in circumstellar shells // Astrophys. J. 1987. V. 314. P. 352-355 (with H. W. Kroto, J. R. Heath, S. C. O’Brien, E. R. Smalley); Probing C60 //Nature. V. 242. N. 4881. P. 1017-1022 ( with R. E. Smalley); Fullerenes // Sci Amer. 1991. V. 265. P. 54 (with E. R. Smalley).

    Зеленин К.Н.

    Литература

    Зеленин К. Н., Ноздрачев А. Д., Поляков Е. Л. Нобелевские премии по химии за 100 лет. СПб, Издательство «Гуманистика», 2003