钻石
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石墨
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单击金钢石或石墨分子从不同方向观察。
（需要 Chime 插件程序）
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碳是用途最广的化学元素之一，差不多所有对生命具有重要意义的分子的骨干成分都是由它构成的，例如 DNA、蛋白质和油。碳的独特性质源自它能与自身形成稳定的键 - 大多数其它元素更倾向于跟不同的元素形成化学键。
令人吃惊的是，虽然碳与其它少数几种元素（例如氢、氧、氮）形成的化合物比所有大约 100 种元素形成的化合物还要多，但它只存在有两种单质形态：金刚石和石墨。构成金刚石的每一个碳原子被其它四个碳原子围绕，形成一种三维网格，而构成石墨的每一碳原子与毗邻的三个原子连接在一个平面上，形成一种片状的六角形网格。这些石墨片相互之间松散地结合在一起，很容易滑动，因此，石墨的质地很软。
这些是纯碳仅有的两种单质形态式，或者说这是到目前为止我们认识到的是这样认为的！
构成金钢石的每一碳原子具有四个连接，对于石墨，这个数字降为三。如果每一碳原子只允许有两个连接，则会形成碳原子链。
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碳链
单击链分子从不同方向观察。
（需要 Chime 插件程序）
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在二十世纪四十年代，奥托·汉恩 (Otto Hahn) 在试验中首次发现了容易断裂的完全由碳构成的链，这是他在尝试通过将中子与原子结合来构建更大、更重的原子时观察到的，对他来讲，该发现只是一个多余的附带成果。汉恩 (Hahn) 的兴趣在于探查由碳弧蒸发得到的某些重金属原子在质量上的细微差别。在观察试验结果时，他注意到碳弧也产生碳链，其质量恰好与金属的质量相同。汉恩 (Hahn) 更换了电极，并在附注中报告了碳链的出现，然后继续进行自己主要的研究。他的关于碳链的成果未立即受到重视，因此，C60 的发现注定要晚上几十年。
在二十世纪七十年代，出现了两个化学分枝，天体物理化学和簇科学，它们与射电天文学一起为某些令人振奋的发现开辟了道路。星际空间之中由数百万吨气体组成的巨大云层所产生的无线电信号可用于分子探测。研究人员还发现了一些在实验室里无法合成的未知分子！与此同时，在地球上，我们在实验室中采用了新的方法来产生和检测原子团，这些原子以一种奇异的方式聚集在一起，依靠这些新方法，我们发现了分子的一个新种类，这类分子称为簇。在典型情况下，簇处于分子与固体间的过渡区，其性质明显地体现了这一点。链和其它碳原子团可以被认为是簇。
在英国的 Sussex，哈里·克罗托 (Harry Kroto) 和戴夫·沃尔顿 (Dave Walton) 正在人工合成长长的碳链，该碳链的两端分别以氢和氮结束。他们发现，这些物质的光谱形式与在我们星系（银河系）的巨大气体云中观察到的某些吸收/发射峰值一致。他们还对这些气体云发出的信号进行了探测，这些信号暗示出其中存在比他们在地球上所能合成的更长的碳链。这些长分子的浓度非常高，远超出人们的想象。科学家们很想知道它们来自哪里。
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碳星（红巨星）
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可能的答案存在于恒星中。恒星通过将轻的元素（如氢）熔合成较重的元素以产生能量。恒星可以很小，称为白矮星，也可以很大，称为红巨星。这些长碳分子的来源最终在冷却的红巨碳星中发现，这些碳星已经耗尽最初的氢燃料，现在正“燃烧”氦原子。于是，这种碳被吹入到星际空间。
认为纯碳在自然界中只以金刚石或石墨形式存在的旧的范例被推翻了。
后来，在 1985 年，克罗托 (Kroto) 说服一位美国同事里克·斯莫尔 (Rick Smalley) 合作研究了一个项目，其目的是在试验室条件下对这种红巨星的状况进行模拟。
在斯莫尔 (Smalley) 的机器中，强大的激光将少量石墨蒸发成灼热的粒子云，再用氦气流将其冷却，以便让原子凝结成簇。用一种叫质谱仪的、十分灵敏的仪器分析所得到的混合物，质谱仪显示存在大量的质量为 720 的分子。混合物中仅存在氦和碳元素。因为氦完全是一种惰性气体，所以结论是这些大分子一定由 60 个碳原子组成，每一碳原子的质量是 12。质谱仪给出的图显示在 720 处峰十分强，远强于附近的峰，这意味着 C60 可以形成并存在于质谱仪的高能环境，在此环境下，许多其它分子以一种特有的方式破裂（破碎）。上述特点可用于鉴别 C60。不过，这仅能说明 60 个碳原子的聚合体出于某种原因特别稳定。
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被称为富勒分子的 C60
单击此富勒分子从不同角度方向观察。
（需要 Chime 插件程序）
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虽然质谱仪清楚地显示出 C60 存在的证据，但检测到的量太少，尚不足以进行结构分析。经过几天的集体讨论，形成了一个很好的但也是冒险的假设：60 个碳原子排列成类似足球或美国英式足球的结构。因其结构上的对称性，在当时，这种对称性在建筑师布克敏斯特·富勒 (Buckminster Fuller) 的某些建筑物中体现得十分明显。因此，科学家将此分子命名为布克敏斯特富勒分子。确切的化学名称很罗嗦！*布克敏斯特富勒分子常被简化为富勒分子或布基球。研究小组将结论发表在著名的刊物《自然》 （Nature）上。该分子的对称性结构只是一种假设，人们有必要搜集直接的几何学证据来证实此结论是完全正确的。
在过去的几十年里，一些化学家致力于人工合成高对称性的碳笼（末端为氢原子），最大的一个是十二面体分子 C20H20，因为需要如此多的反应步骤（产生的物质的量逐步递减），以致于科学家没有尝试合成更大的此类分子。只需通过加热石墨就能自然形成大小是十二面体分子三倍的分子几乎象是在变魔术。
但事实就是如此，大量的 C60 正要被人工合成！
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