ليس من المألوف أن تكتشف مواد جديدة تتميز بقدرتها على تغيير حياة الإنسان أو أن تكون سببا في تفجير ثورات تكنولوجية عملاقة، بصورة متكررة خلال فترات زمنية قصيرة. وقد يستغرق الأمر لتحقيق ذلك عدة عقود، أو ربما عدة قرون. ويمثل الفولورين Fullerene، نموذجا لتلك المواد الفريدة شديدة التميز التي استطاع الإنسان التوصل إليها وإنتاجها، قبل أن ينتهي القرن الماضي بخمسة عشر سنة.

والفولورين الذي يمثل الصورة الثالثة من صور الكربون بعد الغرافيت والماس يعرف باسم «الكربون الستيني» (C₆₀)، نظرا إلى أن الجزيء الواحد له يتكون من ستين ذرة من الكربون، ترتبط كل واحدة منها بثلاث ذرات أخرى مماثلة، كما هي الحال تماما في مادة الغرافيت. لكن الخاصية المميزة وغير المسبوقة التي ينفرد بها الفولورين هي أن ذرات الكربون المؤلفة لجزيئه الواحد تكون هيكلا هندسيا كروي الهيئة، يبلغ قطره نحو 1 نانومتر (الشكل 7 – 3 «أ»).

وتتساهم تلك الذرات في ترابطها لتكوين 32 وجه، منها 20 وجها سداسيا و 12 خماسيا (الشكل 7 – 3 «ب»)، لتتشابه في مظهرها وتعدد أوجهها مع كرة القدم – ساحرة الملايين أو الساحرة المستديرة (الشكل 7 – 3 «ج») كما يسميها كثير من معلقي البرامج الرياضية.

الشكل (7 – 3): (أ) رسم تخطيطي يبين كيف تتساهم ستون ذرة من ذرات الكربون لتكوين روابط تساهمية قوية تجمعها لتأليف أشكال هندسية كروية تعرف باسم الكربون الستيني C₆₀ أو كريات بكي Buckyballs. ويوضح الرسم في (ب) كيف ينتج عن الترابط التساهمي القائم بين ذرات الكربون، أوجه خماسية وسداسية، تؤلف هيكل «كرية بكي»، لتحاكي في شكلها هذا المظهر الخارجي لكرة القدم (ج) ⁽¹⁾.

وأود أن أسرد هنا، في عجالة قصة اكتشاف الفولورين والتوصل إلى إنتاج تلك الكريات الكربونية الضئيلة التي أذهلت – ومازالت – العالم بخواصها غير المسبوقة وتطبيقاتها الفريدة. ففي سبتمبر من العام 1985 أعلن ثلاثة من علماء الكيمياء البارزين هم البروفيسور روبرت كورل Prof Robert F. Curl البروفيسور السير هارولد كروتو Sir Prof. Harold Kroto والبروفيسور ريتشارد سمالي Richard Smalley بجامعة رايس Rice University الأمريكية عن توصلهم لاكتشاف نوع جديد من صور الكربون، أطلق اسم الكربون الستيني C₆₀، وقد ضم هذا الفريق البحثي اثنين من طلاب الدراسات العليا بالجامعة نفسها، هما جمس هي James Heat ⁽³⁾ وشون أوبرين Sean O'Brien، ⁽⁴⁾ اللذان قاما بدور المعاونة في إجراء بعض الاختبارات المعملية.

وقد زلزل هذا الاكتشاف، بما يمثله من سبق علمي غير متوقع ربوع الوسط العلمي، وعلقت عليه آمال عريضة، وأحلام تطبيقية كثيرة. وقد أدى هذا الكشف الكبير إلى ترسيخ قواعد تكنولوجيا النانو، وتأكيد قدرتها على تخليق مواد غير مسبوقة، لتفتح بها آفاقا عريضة من التطبيقات الرائدة.

وقد استغرق الأمر تسع سنوات، ليتيقن الوسط العلمي من حقيقة المادة، وصحة التجارب التي أجراها الفريق البحثي بجامعة رايس، حتى تقاسم الأساتذة الثلاثة جائزة نوبل في الكيمياء لعام 1996، والتي صادف تاريخها الذكرى المائة لوفاة مؤسس الجائزة العالم البورفسور ألفرد نوبل Alfred Nobel. وعلى الرغم من عدم مقاسمة طالبي الدراسات العليا – جمس وشون – للجائزة، فإنهما نالا كثيرا من التقدير والإعجاب لمشاركتهما الفعلية في صنع هذا الإنجاز التاريخي المدون بأحرف من نور بسجل الاكتشافات والاختراعات البشرية، منذ فجر التاريخ وحتى يومنا هذا.

ومن الطريف أن يذكر هنا أن الفولورين Fullerenes قد سمي بهذا الاسم نسبة إلى اسم المهندس المعماري الشهير ريتشارد بكمينستر فولور Richard Buckminster Fuller ⁽⁵⁾ الذي اشتهر وذاع صيته في تصميم القباب الجيوديسية Geodesic Domes ⁽⁶⁾ التي تتشابه في مظهرها مع الكريات الكربونية المخلقة في المعمل (الشكل 7 – 4). لذا فقد أطلق عليها – أي الكريات الكربونية – اسم «فولورين بكمينستر» Buckminster Fullerene، بيد أن هذا الاسم لم ينل الاستحسان اللائق. وقد أجاد الفريق حين اختاروا «كرات بكي» أو «بكي بول» Buckyball كاسم تدليل متداول وبسيط.

وقد أردت من سرد قصة اكتشاف «البكي بول»، أن أذكر نفسي وأذكر قراء هذا الكتاب من الشباب العربي الواعد، بفضيلة التعاون، ليس فقط في مجال البحث العلمي، بل في كل المجالات، فلكل منا دوره، صغر هذا الدور على مسرح الحدث أم كبر. وكما رأينا، فإن الدور الذي قام به شابان من طلبة الماجستير والدكتوراه بجامعة رايس، المتمثل في تحليل واختبار مخرجات التجارب الإبداعية لأساتذتهما العلماء، هو دور رئيسي ومؤثر، أدياه بكل جد واجتهاد وأمانة.

وأتذكر هنا، مع القارئ الكريم، أمير الشعراء أحمد شوقي حين قال في قصيدته الرائعة سلوا قلبي:

وما نيل المطالب بالتمني    ولكن تؤخذ الدنيا غلابا

وما استعصى على قوم منال    إذا الإقدام كان لهم ركابا

الشكل (7– 4) مقارنة في الشكل والمظهر بين أحد المباني الفريدة التي صممها المهندس المعماري المبدع ريتشارد بكمينستر فولور لتكون على شكل قبة جيوديسية (أ) ⁽⁵⁾ و(ب) – «البكي بول»، التي عمل على تخليقها معمليا فريق عمل بحثي بجامعة رايس الأمريكية في العام 1985 ⁽¹⁾.

__________________________________
هوامش

(1) تم تصميم وتنفيذ الشكل بواسطة مؤلف هذا الكتاب.

(3) يعمل الآن أستاذا للكيمياء بمركز كاليفورنيا للتكنولوجيا، بالولايات المتحدة الأمريكية.

(4) يعمل الآن باحثا علميا في شركة تكساس للأجهزة، بالولايات المتحدة الأمريكية.

(5) Fuller, R. Buckminster. «Introduction», Critical Path, First Edition (in English), New York, N.Y.: St. Martin's Press, p. xxv. (1981), ISBN 0–312–17488–8. «It no longer has to be you or me. Selfishness is unnecessary and hence–forth unrationalizable as mandated by survival. War is obsoleting

(6) Fuller, R. Buckminster. Critical Path. New York: St. Martin's Griffin, (1981), p. 124. ISBN 0312174918.

مواضيع ذات صلة

قاعدة الطور

الغليان والتجمد

الحالات الوسيطة للمادة

الحالة الصلبة

الحالة السائلة

الحالة الغازية

منظور إحصائي

التفاعلات الجزيئية

المادة من الخارج

الرابطة التساهمية

الرابطة الأيونية

Chemical kinetics