24.4.2018 | Svátek má Jiří


OSOBNOST: Muž, co roztáčel fullerenová soukolí

10.5.2016

Harry Kroto (1939-2016), spoludržitel Nobelovy ceny za chemii za rok 1996

Až do osmdesátých let minulého století býval jakýmsi logem chemie šestiúhelník benzenu C6H6. Dnes jej ale zpravidla nahrazuje kulovitá struktura s kresbou vazeb identickou s obrazcem známým z fotbalového míče. Ta molekula obsahuje pouze atomy uhlíku, přesně šedesát - C60 - a jmenuje se fulleren či buckminsterfulleren. Tu vysoce symetrickou geometrickou strukturu (fakticky nejsymetričtější mezi molekulami) pravděpodobně znal už starověký Archimedes (tedy čistě jako geometrický objekt, chemie neexistovala) - vedle svého hydrostatického zákona. Pokud by se měl jmenovat jen jeden učenec, který se zasloužil o objev fullerenů, pak by to nejspíš byl Harry Kroto (1939-2016), spoludržitel Nobelovy ceny za chemii za rok 1996.

Rodina Harryho otce pocházela z dnešního jihozápadního Polska, ale ten vzhledem k svému neárijskému původu před nacisty prchl do Anglie, kam ho pak následovala i Harryho matka, která sama Židovka nebyla. Tak se stalo, že se Harry narodil v Anglii. Se začátkem války byl otec jako příslušník nepřátelské země internován na ostrově Man, nikoliv však matka s batoletem. Původně se sice jmenovali Krotoschinerovi, což ale z praktických důvodů zkrátili na Krotovi. Po válce se rodině už dařilo lépe, a tak Harry vystudoval chemii na universitě v Sheffieldu a vyrazil na dvouroční stáž do Kanady, na renomované pracoviště Národní výzkumné rady v Ottawě. Později Kroto připisoval úspěšnost toho ústavu tomu, že badatelé tam měli volnost ve volbě výzkumného problému, zatímco dnes už téměř všude o tom rozhodují úředníci. Výzkumy by dle Krota měly být podporovány, i když není jasné, k čemu povedou. Nepředvídané, nepředvídatelné výsledky jsou totiž ze své povahy pro posun poznání důležitější, než výsledky, které se předvídat a očekávat daly. Z tohoto pohledu je i naše grantové hnutí založené chybně. Pro skutečný rozvoj vědy není správné hrnout velké prostředky pár vyvolencům, nýbrž poskytnout nějaké rozumné, byť menší, prostředky všem kompetentním. Nikdy a nikdo totiž nedokáže dopředu odhadnout, kdo z těch všech kompetentních nakonec narazí na zlatou žílu významného objevu.

Harry Kroto – zátiší s fullerenovými soukolími

Harry Kroto – zátiší s fullerenovými soukolími

Od stáže v Kanadě se odvíjel Krotův zájem o molekuly v mezihvězdném prostoru. Jejich složení se dá určovat z různých druhů spekter přicházejících na Zemi z vesmíru. To ale znamená připravit v laboratoři molekulu s identickým spektrem. Což nemusí být snadné, neb může jít o dost exotické útvary, v naší pozemské přírodě se nevyskytující. Tak se Krotovi s dalšími spolupracovníky podařilo prokázat v jedné oblasti souhvězdí Býka přítomnost dosud neznámé molekuly HC7N. A odtud už cesta vedla k otázce, co se všechno může vznikat v atmosféře uhlíkatých hvězd. Jenže na simulace takovýchto podmínek v laboratoři se v té době už v Anglii nedaly získat prostředky. Baronka Thatcherová totiž přiškrtila rozpočty na vědu. Vzdor tomu, že sama původně studovala chemii, byť dosáhla jen bakalářky, neb usoudila, že přírodní vědy pro ni nejsou to pravé.

Kroto ale nalezl tým v Texasu, disponující aparaturou na provedení takového experimentu. Byla to laboratoř Richarda Smalleyho na Riceově univerzitě v Houstonu. Smalley sám se ale zajímal hlavně o procesy v parách prvků jako křemík nebo germanium, neb byly důležité pro mikroelektroniku. Myšlence kontaminovat aparaturu uhlíkem a pak ji zase muset čistit nebyl zprvu příliš nakloněn. Spolupráci napomohl jeho kolega Robert Curl, a tak 1. září 1985 mohly začít pokusy, aby už 11. září byla do redakce odeslána práce, za 11 let oceněná Nobelovou cenou pro trojici Curl-Kroto-Smalley. Rotující grafitový disk byl vypařován laserovým paprskem v aparatuře zbavené vzduchu, který nahradilo helium. Vznikající páry byly vedeny do trysky, ve které se ochlazovaly expanzí. Složení produktů se pak určovalo pomocí měření jejich hmotnosti. Tak se ukázalo, že dva hlavní produkty mají složení C60 a C70, dosud nikým nepozorované molekuly. Houstonská aparatura však neumožňovala určit jejich strukturu. Podobně jako Max Planck dospěl ku kvantové hypotéze, i houstonský tým se ryze spekulativní cestou propracoval k návrhu, že obě molekuly mají podobu mnostěnů pokrytých pětiúhelníky a šestiúhelníky. Tato hypotéza sehrála svou roli v tom, komu připadla Nobelova cena za objev fullerenů. Prakticky identický experiment totiž o rok dříve zveřejnil i tým z laboratoří Exxon, nepustil se však do hypotéz o struktuře C60. A Nobelova cena může mít nanejvýš tři laureáty. Nakonec i ten samotný článek s mnohostěnovou hypotézou z roku 1985 měl autorů pět, takže i zde muselo dojít na poměřování zásluh na jeho vzniku. A to mezi těmi pěti ještě chyběla jedna Číňanka, která s Krotem prováděla úvodní experimenty a byla nezbytná, neb Kroto přiletěvší z britského Sussexu ovládání aparatury ovšem neznal - leč ta pak v polovině práce odjela na cesty. Avšak gentleman Kroto jí aspoň později zajistil dobré místo v americkém výzkumu. Harry Kroto je též původcem jména fullereny. V Kanadě totiž navštívil i Expo 1967 v Montrealu, kde americký pavilon navrhl architekt Richard Buckminster Fuller, známý svými kupolemi tvořenými mnohoúhelníky - stejně jako C60 a C70. A tak C60 bylo nazváno buckminsterfulleren a celá třída těch látek fullereny.

pět objevitelů C60

Fotografie pěti objevitelů C60 na texaském trávníku v r. 1985 (zleva: O’Brien, Smalley, Curl, Kroto, Heath), a její remake na stockholmském koberci při udělení Nobelovy ceny trojici Curl-Kroto-Smalley v r. 1996.

Potvrzení té intuitivní hypotézy na sebe však čekalo pět let. Molekuly se totiž prvně daly připravit jen v mizivých množstvích a jen v plynné fázi. Zájem začal upadat, zdálo se, že věc třeba i zůstane nevysvětlenou kuriozitou. Leč výzkumné aktivity přece jen pod povrchem probíhaly. Se svou troškou do mlýna přišel i nepravděpodobný japonsko-český tým, který se propracoval k předpovědi, jak by měla vypadat spektra C60 a C70, až bude dost materiálu na měření. Zbývalo v Praze ty výsledky sepsat. Leč zasáhl totalitní Deus ex machina. Jakýsi kariérní mimoň chtěl zrovna napomoci nějakým svým personálním interesům, a tak dodal moci osobní korespondenci s jedním emigrantem, co při příležitosti té spolupráce utajeně proběhla. Něco takového se tehdy mohlo ohonorovat deseti lety ve Valdicích. Rozpoutalo se mnohaměsíční vyšetřování, došlo na obvinění z vyzrazení utajovaných skutečností do ciziny a byl vydán zákaz všech kontaktů do zahraničí. Tím by se nedala ani ta práce vůbec poslat do redakce. Nakonec se ale v přestávkách mezi výslechy podařilo rukopis nejen dokončit, ale i pod nosem bdělých orgánů propašovat do Anglie. Vyšel v roce 1989 a čekal, až někdo připraví ta větší množství C60 a C70.

Zásadního průlomu dosáhl už během roku 1990 německo-americký tým provádějící experimenty v Heidelbergu. Ukazálo se, že namísto vypařování laserovým paprskem je třeba použít jen elektrický oblouk s grafitovými elektrodami, nastavit tlak helia v určitém rozmezí, a pak se fullereny dají produkovat s velkými výtěžky jako krystalický materiál. Ale ani tým v Heidelbergu neměl dostatečné vybavení na definitivní určení struktury. Mohli však změřit ten typ spekter, která předpovídala ona úspěšně propašovaná práce. Souhlas představoval první nepřímé potvrzení struktury. Shodou okolností byl Harry Kroto recenzentem práce z Heidelbergu, obratem ji doporučil a dokonce požádal editora časopisu, ať poruší recenzentskou anonymitu a autorům jeho jménem poblahopřeje. Později jsem slyšel Harryho vyprávět, že když uviděl rukopis z Heildebergu, bral za jisté, že tím mu uniká Nobelova cena. Tehdy ještě doznívala gentlemanská éra ve vědě, kterou nyní ničí neviditelná ruka grantového hnutí. Dnes bohužel už existuje statisticky významné procento výzkumníků, kteří by konkurující práci potlačili negativním posudkem a rychle by připravili vlastní článek v podstatě se shodnými výsledky. Proto se dnes stává už dosti běžnou praxí opomenout při první prezentaci nějaký detail, bez kterého se ale výsledky nepodaří zreprodukovat, A ten detail pak zveřejnit později v nějaké navazující práci. Podobné amorální vykrádání obsahu se může objevit i v grantových soutěžích.

struktura buckminsterfullerenu

Česká stopa ve fullerenové historii - struktura buckminsterfullerenu, úspěšně propašovaná přes Železnou oponu spolecně s jejím vypočteným spektrem, které později pomohlo při identifikaci v Heidelbergu syntetizovaného C60.

Nicméně nakonec objevitelé efektivní syntézy fullerenů z Heidelbergu ještě Nobelovu cenu sami nezískali, stejně jako objevitel uhlíkových nanotrubek, ač by to v obou případech bylo velmi zasloužené. Po úspešné syntéze C60 a C70 vypukla fullerenová výzkumná lavina, objevily se další fullereny jako C78, C80, C82, C84 atd. Zájem se přesunul k fullerenům obsahujícím uvnitř mnohostěnu atomy kovů, které nabízejí možnosti pro molekulovou elektroniku. A také k nanotrubkám, což jsou velmi dlouhé, válcovité fullereny, a ku grafenům – nanotrubkám s nekonečným průměrem. Takto rychle se vyvíjející výzkumné pole je ovšem poněkud nepřehledné i pro nobelovský výbor. Nakonec druhá fullerenová Nobelova cena pak padla za grafen v roce 2010, a to za fyziku. Tehdy došlo k mírné kontraverzi, neb nobelovský výbor nedocenil, že první grafen byl připraven již v šedesátých letech, a odměnil jen dva učence, ač mohl odměnit i toho třetího průkopníka.

Harry Kroto může sloužit i jako příklad, že dodnes existují svého druhu polyhistoři - začínal v organické chemii, přesunul se do spektroskopie, pak do astrochemie a nakonec do fullerenové vědy a do nanotechnologií. Byl talentovaným grafikem, rád navrhoval obálky knih. A měl velmi vstřícné, přímočaré vystupování, byl srdečným a vtipným společníkem. Sám sebe charakterizoval jako vyznavače tří vír: Amnesty Internacionalismu, ateismu a humoru. Sir Harold Kroto zemřel 30. dubna 2016 ve věku 76 let po delším zápase s neuro-degenerativním onemocněním. Dožil se však ještě toho, že laboratoř ve švýcarské Basileji vloni v létě definitivně potvrdila, že za jistá spektra přicházející z vesmíru je odpovědný kladně nabitý C60, čímž se tento problém fullerenové historie po třiceti letech uzavřel.

Autor strávil přes dvacet let na Dálném východě a v Tichomoří. Je též prvním známým Caucasianem (jak Japonci říkají Evropanům. apod.), který se stal řádným univerzitním profesorem v obou nejvyspělejších zemích Dálného východu. Jeho hlavním oborem je fullerenová věda a nanotechnologie.



Akční letáky
Akční letáky

Prohlédněte si akční letáky všech obchodů hezky na jednom místě!

Diskuse


L. Křivan
13:54
10.5.2016

M. Krátký
13:16
10.5.2016

počet příspěvků: 2, poslední 10.5.2016 01:54









 Neviditelný pes
Toto je DENÍK: do sítě jde obvykle nejpozději do 8.00 hod. aktuálního dne. Pokud zaspím, opiji se, zešílím nebo se zastřelím, patřičně na to upozorním - neboť jen v takovém případě vyjde Pes jindy, eventuálně nikdy.
Šéfredaktor Ondřej Neff (nickname Aston), příspěvky laskavě posílejte na adresu redakce Jiřímu Wagnerovi, redaktorovi NP (nickname JAG). Rubriku Zvířetník vede Lika.