Fullerene und Fullerite, neue Formen des Kohlenstoffs

Bisher galten Graphit und Diamant als die einzigen Modifikationen von kristallinem Kohlenstoff. Beim Diamant ist jedes Kohlenstoffatom mit vier Nachbaratomen verbunden (sp3 hybridisierte Atomorbitale), so daß sich eine tetraedrische Anordnung ergibt. Im Falle von Graphit ist jedes Kohlenstoffatom mit nur drei seiner Nachbarn verknüpft (sp2 hybridisierte Atomorbitale) und formt ein ebenes Netzwerk mit sechseckiger Anordnung der Atome. Im Graphitkristall sind die ebenen Schichten in bestimmter Reihenfolge über-einandergestapelt. Abb. 1 veranschaulicht den atomaren Aufbau der beiden Modifikationen. Gelegentlich findet man in der Natur auch Varianten der Diamant- und der Graphitstruktur. Da ist z. B. der „Londsdaleit“[1] zu nennen, eine hexagonale Hochdruckform von Diamant, die in Einschlagskratern von Meteoriten gefunden wurde. Ferner ist der „Chaoit“zu erwähnen, eine sehr seltene und bisher nur schlecht charakterisierte Form von Kohlenstoff mit hexagonaler Kristallstruktur [2]. Auch Chaoit hat man in Einschlagskratern entdeckt. Da es mit Graphit vergesellschaftet vorkommt, stellt Chaoit möglicherweise eine Variante von Graphit dar. In der Literatur findet man auch gelegentlich Berichte über sog. „Carbyne“[3]. In denen sind die Kohlenstoffatome mit nur zwei Nachbarn verbunden und bilden lineare Ketten (sp hybridisierte Atomorbitale). Die Kristalle bestehen aus gebündelten Strängen solcher Ketten. Die Existenz der Carbyn-Form ist allerdings umstritten [4].