为什么说C60的分子结构模型像一个足球

在门捷列夫元素周期表中，碳元素（化学符号C）是十分活跃的一个元素。科学家用X射线对碳的家族进行了“全身检查”以后发现，由于碳原子在分子内部排列结合的方式不同，碳的家族中各个成员居然在“脾气属性”上大相径庭：铅笔中的软铅芯材料——石墨，它的碳原子是一层一层排列起来的。在每层内部，原子排列成六角蜂巢状，这种层状结构使每层之间相互作用很弱，因而石墨显示出柔软的个性。而同样是由碳原子构成的珍贵华丽的钻石——金刚石，碳原子的排列就与石墨完全不同，其晶格结构称为立方单元型，正是这种结构，使金刚石显示出无比坚硬的属性。

石墨晶格结构

仔细研究碳原子的这些结构，我们可以发现，这些原子的排列都有着某种对称性，也就是把这些结构绕一定的转轴转动某个角度或沿某个方向平移以后，所得到的结构与原结构毫无区别，这种变换中的不变性就是对称性。从几何上看，正多面体就是对称性的图形，而现已证明正多面体一共只有五种：正四面体，正立方体，正八面体，正十二面体和正二十面体。

金刚石晶格结构

对称性最高的立体模型是球体，因为它可以绕通过球心的任意方位的转轴作任意角度的转动，所得的球体丝毫不变。古希腊哲学家毕达哥拉斯曾赞美地说过：“一切平面图形最美者为圆，而一切立体图形最美者为球。”有一位建筑学家名叫巴克敏斯脱•富勒，他从原子、分子结构得到启示，提出了球面大圆弧屋顶的建筑设想，而最合适的、能模拟球面的多面体就是正二十面体。富勒认为，截去正二十面体的全部顶角以后，余下的半正多面体正好紧贴在球面上。但这时半正多面体严格地说已不是正多面体，而是截角二十面体了。这个截角二十面体由12个正五边形和20个正六边形组成，共有60个顶点，90根棱边。而这种几何图形，恰好出现在我们平时所见到的足球球面上。

富勒的建筑设想刚刚问世时，曾遭到许多人的非议和责难，然而对于碳原子结构对称性的研究已经人迷的物理学家却对此很感兴趣。原因是1985年物理学家从实验中制备出了碳原子数为60的团簇（记作C₆₀）。为什么有60个碳原子呢？它们排成的模型有什么对称性呢？为了回答这些问题，物理学家想起了富勒这个似乎有点“异想天开”的设想，60个顶点布满原子，不正是60个原子吗？于是一个C₆₀的足球模型就形成了。后来的许多实验完全证实了这个模型，于是，C₆₀。又被称为巴氏球或富氏球。C₆₀模型的出现是材料科学发展进程中的一件大事，它对于人们深刻揭示物质特性将会产生重大的影响。

C60

关键词：碳 金刚石 石墨 对称性 正多面体 巴氏球 足球