世界杯，来看足球里的化学

2018年6月14日至7月15日，举世瞩目的世界杯赛事将在俄罗斯举行，广大球迷又将迎来一场激情燃烧、精彩纷呈的足球盛宴。

本届世界杯用球名为“Telstar 18”，它是对1970年墨西哥世界杯上首个官方用球“Telstar”的致敬之作。“Telstar”这个名字来源于两个单词：“Television”（电视）和“Star”（星星），由于1970年世界杯是首次通过卫星向全世界进行电视直播，因而将电视和星星（卫星）联系在了一起。从“Telstar”到“Telstar 18”，见证了足球材料日新月异的发展变化。而在这过程中，化学科技起到了重要的推动作用——众所周知，足球起源于中国古代的蹴鞠，是由藤条缠绕编制而成。而现代足球则发端于英国，是用牛皮、猪皮等皮革手工缝制而成。这些材料虽然取自天然，但却过于柔软、厚重，且吸水性很强——足球会由于吸汗或吸水而不断加重，令球员踢起来十分吃力。此后，随着化学材料的普及，人造革足球应运而生，很大程度上弥补了动物皮革柔软，易变形、易吸水等弊端；而足球的形制，也由原来杂乱无章的拼块逐渐变得统一。1970年墨西哥世界杯所使用的“Telstar”足球，表面由32块手缝的嵌面组成（由12块黑色五边形和20块白色六边形构成），这种全新的构造和均衡的缝制，使得足球拥有更浑圆完美的外形，具有划时代的的意义。说来也巧，这样的形态竟然与一种新发现的化学物质——富勒烯的结构十分相似，因此富勒烯又被称为：足球烯。这种黑白相间的经典造型，成了最深入人心的足球形象。不过，化学家们的探索却并未停步：

2006年，拜耳材料公司将基于反应型聚氨酯的专利热粘合技术应用于足球生产，彻底颠覆了原有的缝制工艺，有效减少了球体表面因皮革缝合而造成的凹凸不平。原本32块拼接的经典设计，因此减少为14块。

2010年世界杯用球则减少至8块。

2014年巴西世界杯用球"桑巴荣耀"，更是创造性地减少至6块，从而使得球体更加浑圆饱满，运动轨迹更加稳定。

而本届世界杯上的“Telstar 18”作为经典用球的后续，更是集各种高新科技于一身，在结构与性能上有了进一步的提高——

“Telstar 18”在沿用传统经典黑白配色的同时，又带有灰色渐变色块，看上去仿佛现在常见的二维码，寓意着我们如今所处的数码时代。

同时，“Telstar 18”中内置了NFC芯片，可以记录球速、球路等数据，以供读取研究之用。

为契合本次世界杯的“环保”主题，“Telstar 18”更是选用了具有较高环保性能的高科技材料——生物基三元乙丙橡胶（EPDM）产品Keltan Eco。

三元乙丙橡胶（EPDM）

三元乙丙橡胶：是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物，是乙丙橡胶的一种，以EPDM（Ethylene Propylene Diene Monomer）表示。该橡胶最主要的特性就是具有最低的比重，耐老化性能非常好、耐天候性好、电绝缘性能优良、耐化学腐蚀性好、冲击弹性较好。

据相关负责人介绍，Keltan Eco橡胶是全世界首款利用从甘蔗中提取的生物基乙烯制成的商用EPDM。这种材料成分天然，含有70%的生物成分，与从矿物中提取的聚合物相比，能大量减少碳氢化合物的排放。

而且这种材料所制成的足球，更具有良好的弹性和回弹性，令球员在踢球时拥有最佳的脚感。齐达内、卡卡、波多尔斯基等众多球星都对此款足球给予了广泛好评。

梅西更热切地表示“我很喜欢它的设计、颜色和一切，我很想试试这个球。”

相信在本届世界杯上，这款凝聚了尖端化学科技的“Telstar 18”，一定能在绿茵场上奋力翱翔，为观众淋漓尽致地呈现出足球的魅力，化学的神奇。

足球烯是一种由60个碳原子构成的分子，其分子的形状和结构酷似英国式足球(Soccer)，所以又被形象地称为Soccerene，中译名为“足球烯”。

20世纪60年代科学家们对非平面的芳香结构产生了浓厚的兴趣，很快就合成了碗状分子碗烯(Corannulene)。日本科学家大泽映二在与儿子踢足球时想到，也许会有一种分子由sp2杂化的碳原子组成，比如将几个碗烯拼起来的共轭球状结构，实现三维芳香性。他开始研究这种球状分子，不久他得出这种结构可以由截去一个二十面体的顶角得到，并称之为截角二十面体，就像足球的拼皮结构那样；他还预言了CnHn分子的存在。大泽虽然在1970年就预言了C60分子的存在，但遗憾的是，由于语言原因，该研究没有传入欧美等国家。最终科学家克罗托、科尔和斯莫利因首次使用质谱仪和X射线分析等实验所证明C60的存在而获得了该年度的诺贝尔化学奖。富勒烯的主要发现者们受建筑学家巴克敏斯特?富勒设计的加拿大蒙特利尔世界博览会球形圆顶薄壳建筑的启发，认为C60可能具有类似球体的结构，因此将其命名为巴克敏斯特?富勒烯(Buckminster Fullerene)，简称富勒烯(Fullerene)。

富勒烯可以发生的反应类型有环加成反应，加氢还原反应，羟基化反应，开孔反应等，另外由于C60分子独特的刚性球状结构，发展能够与其高效结合的特定主体是一件很有意义的工作，科学家们乐此不疲地用新奇的化合物和有趣的方式将其包起来得到包含物和嵌合物，在富勒烯的主客体化学方面进行了大量的研究并取得了长足的进展，发展了一系列主体化合物，大致分为富π电子化合物和大环主体两类；前者有二茂铁、卟啉、酞菁、四硫富瓦烯、苝、碗烯和带状多共轭体系等的衍生物，后者有环糊精、杯芳烃、氮杂杯芳烃，长链烷烃和低聚物等的衍生物。富勒烯衍生物的超分子自组装的研究一直是个热点，远远多于不修饰的富勒烯的组装，尤其是在功能材料、光致电子转移、人工光合作用体系、光子器件等诸多的研究领域。

富勒烯的用途相对广泛。例如由于富勒烯相对于碳的颗粒更小，可以更有效地提高金属材料的强度。富勒烯与过渡金属络合形成一系列络合物有可能发展成为高效的催化剂。C60独特的分子结构可用为优质的贮氢贮氧材料以及光学材料等。富勒烯可以在生物学及医学应用方面也比较广泛，例如用于制造生物活性材料，杀伤癌细胞，抗病毒，致使DNA裂解和清除自由基的功能等。