Молекула, называемая циклоуглеродом, присоединяется к другим углеродным формам, таким как бакиболлы (фуллерены) и углеродные нанотрубки.

Неуловимый венок из углерода сделал свой долгожданный дебют.

Ученые создали молекулу под названием циклоуглерод и изобразили ее структуру, описывающую кольцо из 18 атомов углерода. Работа раскрывает новое лицо одного из самых знаменитых элементов химии.

«Не каждый день вы производите новую форму углерода»,— говорит химик Рик Тыквински (Rik Tykwinski) из Университета Альберты (University of Alberta) в Эдмонтоне, Канада, который не принимал участия в исследовании. Результат так долго ускользал от химиков, что Тыквински сделал ставку на то, будет ли циклоуглерод создаваться и отображаться. «Я в основном выиграл бутылку скотча от друга»,— говорит он.

Циклоуглерод соединяет другие формы универсального элемента, включая алмаз, графит, тонкие листы, называемые графеном, крошечные сферы, известные как бакиболлы (фуллерены), и миниатюрные цилиндры, называемые углеродными нанотрубками.

Химики считали, что должна быть возможнсть создать кольцевые молекулы углерода. Но до сих пор никто не знал, какими будут их свойства, говорит физика Катарина Кайзер (Katharina Kaiser) из IBM Research в Цюрихе. «Это действительно удивительно, что мы нашли это, и это просто здорово, что мы можем охарактеризовать это».

В лаборатории Кайзер и ее коллеги начали с молекул оксида циклоуглерода, которые состоят из атомов углерода, расположенных в петле с дополнительными группами оксида углерода, присоединенными к атомам. Удаление окиси углерода для создания желанной новой формы углерода — нелегкая задача; эти группы помогают стабилизировать молекулу. С помощью атомно-силового микроскопа исследователям удалось избавиться от постороннего монооксида углерода, приложив напряжения к молекуле.

В конце концов, процедура дала чистое кольцо углерода, которое команда отобразила с помощью микроскопа. Циклоуглерод легко реагирует с другими веществами, поэтому для его выделения команда создала новую молекулу углерода на инертной поверхности поваренной соли.

Предыдущие исследования обнаружили намеки на циклоуглеродные молекулы в газе. Но эта работа не удовлетворила любопытство химиков, потому что было невозможно изобразить молекулу и подтвердить ее структуру. В частности, было неясно, будут ли связи между каждым атомом чередоваться между более длинными и более короткими, известными как одинарные и тройные связи, или будут ли все связи одинаковой длины или двойными связями. Новое исследование разрешает спор, показывая, что атомы углерода удерживаются вместе путем чередования одинарных и тройных связей.

Этот вывод может помочь ученым уточнить сложные компьютерные вычисления, которые используются для прогнозирования структур неизвестных молекул. «Все еще остается большой вопрос, дают ли многие из этих... расчетов правильный ответ, поэтому очень важно подтвердить экспериментально»,— говорит химик Ив Рубин (Yves Rubin) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), который не участвовал в исследовании.

Предыдущие работы над новыми формами углерода вызвали большой интерес. Открытие в 1980-х годах фуллеренов, получило Нобелевскую премию и много дополнительных исследований. Аналогичным образом, открытие графена в 2004 году было удостоено Нобелевской премии, а затем были проведены исследования потенциальных применений в электронике.

Но поскольку циклоуглерод нестабилен, его нельзя собрать в бутылки для дальнейшего изучения. Итак, на данный момент неясно, насколько масштабной будет отдача от новой молекулы.