Cluster karbon adalah senyawa gerombol atom-atom karbon. Buckminsterfullerene adalah cluster karbon yang pertama ditemukan, yang memiliki bentuk geometri seperti bola. Molekul ini ditemukan pada tahun 1985 oleh Richard E Smalley, Robert F Curl, Jr (keduanya dari Rice University, Houston, Amerika Serikat), dan Sir Harold W Kroto (dari University of Sussex, Brighton, Inggris), yang mengantar mereka meraih hadiah Nobel Kimia pada tahun 1996.
Buckminsterfullerene ditemukan secara tidak sengaja. Awalnya, ketiga ilmuwan itu ingin mempelajari pembentukan molekul karbon berantai panjang dalam suasana panas. Ini untuk membuktikan hipotesis Kroto mengenai molekul karbon dan nitrogen berantai panjang (sianopoliina) yang banyak terdapat di atmosfer bintang besar merah.
Pada tanggal 1 September 1985, bertempat di Houston, ketiga ilmuwan ini bersama JR Heath dan SC O’Brein melakukan percobaan penguapan grafit dengan alat yang telah dibuat oleh Smalley, yaitu laser-supersonic cluster beam apparatus. Grafit disinari langsung dengan sinar laser. Atom-atom karbon yang terionisasi (plasma karbon) kemudian dicampur dengan aliran gas helium, dikombinasikan, dan didinginkan dalam wadah vakum sampai beberapa derajat di atas suhu nol mutlaknya. Selanjutnya dianalisis dengan spektrometer massa (suatu alat untuk mengetahui bobot molekul).
Mereka terkejut, sebab dari data spektrometer massa menunjukkan terbentuknya cluster karbon yang terdiri dari 60 dan 70 atom karbon. Cluster 60 karbon (C60) yang lebih melimpah. Kelompok peneliti ini medapatkan sesuatu yang lain untuk dipikirkan lebih lanjut. Timbul dugaan bahwa C60 mempunyai struktur mirip bola karena molekul ini stabilitasnya tinggi dengan diasumsikan sebagai kerangka tertutup bersimetri tinggi. Kemudian mereka menamai bentuk baru karbon ini dengan nama buckminsterfullerene, yang diambil dari nama seorang arsitek Amerika Serikat, R Buckminster Fuller yang mendesain bagunan berkubah seperti bola untuk World Exhibition 1967 di Montreal, Kanada.
Penemuan struktur unik C60 yang dipublikasikan dalam jurnal Nature pada tanggal 14 November 1985, sangat menghebohkan serta mendapat tanggapan pro dan kontra. Sebelumnya tidak ada fisikawan dan kimiawan yang memperkirakan bahwa karbon murni mempunyai bentuk lain. Sebagaimana diketahui hanya terdapat dua bentuk karbon murni, yaitu grafit yang terdiri dari lembaran dua dimensional, dan yang kedua adalah intan, yakni jejaringan atom tiga dimensional.
Untuk memperoleh kejelasan, dari tahun 1985-1990, Curl, Kroto, dan Smalley lebih lanjut meneliti C60. Mereka mencoba mereaksikannya dengan hidrogen, karbon monoksida, sulfur dioksida, oksigen, atau amonia. Dari data spektrometer massa tidak diperoleh perubahan puncak C60. Hasil ini menunjukkan C60 adalah senyawa yang sukar bereaksi.
Selain itu, mereka juga berhasil membuat cluster karbon dengan jumlah atom karbon genap (40-80) yang bereaksi lambat seperti C60. Bukti lanjut menunjukkan bahwa semua cluster itu memiliki struktur tertutup, menyerupai sangkar. Kombinasi antara sifat kimia dan struktur tertutup mirip dengan C60, maka mereka pun menamai golongan cluster karbon dengan nama fullerene.
Pada tahun 1990, D R Huffman and W Kratschmer untuk pertama kalinya berhasil mengisolasi C60. Kedua astrofisikawan itu melakukan percobaan dengan cara memanaskan dua batang grafit dengan arus listrik sampai suhu tinggi di dalam atmosfer helium bertekanan 13 kPa. Kedua batang grafit itu menyusut secara perlahan dan menghasilkan jelaga. Jelaga yang terbentuk kira-kira mengandung 10 persen C60 dan C70. Jelaga itu kemudian dikumpulkan dan diberi perlakuan dengan benzena untuk melarutkan C60 dan C70, yang kemudian dapat dipisahkan dengan metode kromatografi kolom dan ditentukan strukturnya. Hasil penelitian Huffman dan Kratschmer mendukung kebenaran hipotesis struktur C60.
Penemuan buckminsterfullerene dan metode untuk mengisolasinya telah membuka pintu ke bidang kimia dan ilmu material baru yang menarik. Kimia Fullerene menjadi cabang baru ilmu kimia. Buckminsterfullerene menjadi topik pembicaraan dan penelitian yang menarik. Bahkan pada tahun 1991, molekul ini dielukan sebagai Molecule of the Year dan gambarnya menghiasi sampul depan majalah Scientific American.
KEGUNAAN "buckminsterfullerene"
Meskipun aplikasi praktis molekul ini belum terealisasikan, seperti penemuan superkonduktor yang diaplikasikan dalam kereta api super cepat, C60 dan turunannya menjadi topik penelitian yang menarik. Hasil penelitian di University of California, San Francisco, menyatakan turunan C60 dapat menghambat virus HIV-1 dan HIV-2 yang menyebabkan penyakit AIDS. Selain itu, penelitian di University of California, Santa Barbara, telah berhasil membuat turunan C60 yang larut air dan bahan ini mampu memblokir HIV protease yang merusak protein.
Alan J Heeger (salah seorang penerima hadiah Nobel Kimia 2000) beserta koleganya memanfaatkan C60 sebagai akseptor dalam pembuatan material untuk sel fotovoltaik, yaitu alat yang dapat mengubah sinar matahari menjadi listrik (Science, Vol. 270, 15 Desember 1995).
C60 dapat dengan mudah menerima elektron dan membentuk ion-ion negatif. Bila direaksikan dengan logam alkali (contohnya kalium), akan membentuk K3C60, suatu material kristalin baru yang menjadi superkonduktor pada suhu 19 K. C60 dapat digunakan untuk membuat tabung terkecil di dunia (nanotubes) dari karbon. Tabung ini dapat ditutup pada salah satu ujung atau kedua ujungnya. Material ini mungkin dapat diterapkan dalam industri elektronika karena keunikan sifat-sifat mekanik dan listriknya. Gambar 2 menyajikan bentuk K3C60 dan nanotube. C60 dapat juga digunakan sebagai katalis karena C60 dapat menerima dan mendonorkan elektron. Penggunaan C60 sebagai katalis akan menggantikan katalis logam yang mahal dan beracun
Dari sejarah penemuan buckminsterfullerene menunjukkan kepada kita bahwa kolaborasi disiplin ilmu yang berbeda (dengan bukti-bukti ilmiah yang sahih) akan melahirkan hasil yang mengagumkan dan tidak diperkirakan sebelumnya. Buckminsterfullerene adalah molekul yang stabil dan indah. Sesuatu yang indah itu pastilah akan menarik.
(Oleh Herman Yudiono, mahasiswa Kimia FMIPA IPB, dan R Panji Ahmad Hidayatullah, alumnus Kimia FMIPA IPB)