КРОТО, ГАРОЛЬД

КРОТО, ГАРОЛЬД (Harold W. Kroto) (1939–2016). Английский химик, Нобелевская премия по химии 1996 (совместно с Р.Кёрлом и Р.Смелли).

Гарольд Крото родился 7 октября 1939 в семье польско-немецких выходцев Хайнца и Эдит Крото в городке Уисбече. Отец, как немецкий подданный, был интернирован во время войны на остров Мен. Мать переехала с годовалым ребенком в г.Болтон в 1940. В 1955 отец будущего ученого открыл собственную фабрику по производству воздушных шаров, и большую часть каникул Гарольд проводил, работая на этой фабрике. В школе Гарольд проявил интерес к химии. После окончания школы Гарольд поступил в Шефилдский университет. В университете Крото увлекся искусством  и стал оформителем студенческого журнала. Он даже выиграл национальный конкурс на лучший дизайн книжной обложки.          

Крото был увлечен органической химией, а диссертацию после окончания университета выполнил по спектроскопии свободных радикалов, образующихся в процессе пламенного фотолиза. В 1964 он принял предложение получить стажировку в Национальном исследовательском центре Канады в Оттаве. В 1966, после двух лет работы здесь, Крото получил место в лаборатории компании «Белл» в Мюррей-Хилле (США), где изучал взаимодействия в жидкой фазе с помощью лазерной раман-спектроскопии и освоил квантово-химические расчеты и программирование.

В 1967 он вернулся на преподавательскую работу в Англию, в Сассекский университет в Брайтоне, где стал профессором в 1985, а в 1991 стал профессором-исследователем Королевского общества. Крото создал лабораторию для микроволнового изучения нестабильных молекул, в которой он проводил эксперименты по флеш-фотолизу с применением спектроскопии. Первой молекулой, которую он исследовал, была углеродная цепочка H-C₅-N, что можно считать отправной точкой его будущего участия в открытии С₆₀. Крото принадлежала идея, что вокруг звезд-гигантов могут формироваться молекулы, построенные из длинных углеродных цепей. В связи с этим он вступил в контакт со специалистом в области лазерной спектроскопии Р.Кёрлом из Хьюстоне, Техас (США).

Они решили перейти от идеи к делу и для того, чтобы имитировать схожие условия в лаборатории, привлекли к делу Р.Смелли, коллегу Кёрла из университета Райса в Хьюстоне. Тот в 1974 построил аппарат, в котором с помощью лазерного излучателя можно было испарить практически любой материал. Со специальными вибрационными ультразвуковыми впускными отверстиями, вмонтированными в большую камеру при одновременном использовании вибрационных лазеров как в видимом спектре, так и в ультрафиолетовой области этот аппарат давал возможность изучать крупные молекулы, радикалы и кластеры. 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 над процессом 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 Кёрл, Смелли и Крото вместе со своими молодыми коллегами Джеймсом 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.

Сразу после получения новых структур 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 букминтсерфуллереном.

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. Крото, Кёрл и Смелли 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. Так как C₆₀ способен обратимо принимать, а затем отдавать электроны, фуллерены могут стать катализаторами химических процессов, заменив дорогие и токсичные металлы.

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 1991 Крото получил награду Королевского общества профессоров-исследователей, что позволило ему сосредоточиться на исследовательской работе.

Открытие осени 1985 и последующие события заставили его на время «положить под сукно» мечту об организации студии научного графического дизайна. Крото в 1995 вернулся к дизайнерским проектам и вместе с продюсером Патриком Римсом (Patrick Reams) открыл студию по созданию научных фильмов для телевидения. Они сделали свыше 20 таких фильмов.

В 1996 Крото получил Нобелевскую премию вместе с Р.Кёрлом и Р.Смелли «за открытие фуллеренов».

Умер Гарольд Крото 30 апреля 20016 в Восточном Эссексе, Великобритания.

Работы: The long carbon chains molecules in circumstellar shells // Astrophys. J. 1987. V. 314. P. 352-355 (with R. F. Curl, J. R. Heath, S. C. O’Brien, E. R. Smalley); The Fullerenes. Pergamon Press, 1993 (with J. E. Fischer, D. E. Cox).

К.Н.Зеленин