Fullerenos

INTRODUCCION

El buckminsterfullereno, de fórmula C60, también llamado fullereno o buckybola, es una forma alotrópica del carbono. Descubierto por el británico Harold Kroto y los americanos Robert Curl y Richard Smalley (Premio Nobel de Química en 1996). Este compuesto da el nombre a toda una serie de compuestos: los fullerenos.

El nombre de estos compuestos se debe a que el arquitecto Richard Buckminster Fuller había utilizado la forma del C60 en alguna de sus obras. En 1967 , para la EXPO en Montreal, diseñó y construyó una cúpula geodésica en la que usaba elementos hexagonales junto con alguno pentagonal para curvar la superficie

La molécula de fullereno (diámetro de 7 Å) es 100 millones de veces más pequeña que un balón de fútbol, y sin embargo, ambos tienen exactamente la misma simetría y la misma topología (es decir la secuencia de conexiones).

El fullereno está formado por 60 átomos de carbono; cada átomo forma parte de dos hexágonos y un pentágono lo que da lugar a una estructura cerrada con la simetría de un icosaedro truncado (poliedro formado por 12 pentágonos y 20 hexágonos)

MARCO TEORICO

Los fullerenos son la tercera forma más estable del carbono, tras el diamante y el grafito. El primer fullereno se descubrió en 1985 y se han vuelto populares entre los químicos, tanto por su belleza estructural como por su versatilidad para la síntesis de nuevos compuestos, ya que se presentan en forma de esferas, elipsoides o cilindros. Los fullerenos esféricos reciben a menudo el nombre de buckyesferas y los cilíndricos el de buckytubos o nanotubos. Reciben este nombre de Buckminster Fuller, que empleó con éxito la cúpula geodésica en la arquitectura.

Hasta el siglo XX, el grafito y el diamante eran las únicas formas alotrópicas conocidos del carbono. En experimentos de espectroscopía molecular, se observaron picos que correspondían a moléculas con una masa molecular exacta de 60, 70 o más átomos de carbono. Harold Kroto, de la Universidad de Sussex, James Heath, Sean O'Brien, Robert Curl y Richard Smalley, de la Universidad de Rice, descubrieron el C60 y otros fullerenos en 1985, en un experimento que consistió en hacer incidir un rayo láser sobre un trozo de grafito. Ellos esperaban efectivamente descubrir nuevos alótropos del carbono, pero suponían que serían moléculas largas, en lugar de las formas esféricas y cilíndricas que encontraron. A Kroto, Curl y a Smalley se le concedió el premio Nobel de Química en 1996, por su colaboración en el descubrimiento de esta clase de compuestos. El C60 y otros fullerenos fueron más adelante observados fuera del laboratorio (ej. en el hollín de una vela). Hacia el año 1991, era relativamente fácil producir unos cuantos gramos de polvo de fullereno usando las técnicas de Donald Huffman y Wolfgang Krätschmer. La purificación del fullereno era un desafío para los químicos hasta hace poco cuando un equipo de investigadores españoles desarrolló un nuevo proceso de obtención.1 Los fullerenos endoédricos han incorporado, entre los átomos de la red, iones u otras moléculas más pequeñas. El fullereno es un reactivo habitual en muchas reacciones orgánicas como por ejemplo en la reacción de Bingel, descubierta en 1993.

El hallazgo casual del fullereno se produjo al irradiar un disco de grafito con un laser y mezclar el vapor de carbono resultante mediante una corriente de helio. Cuando se examinó el residuo cristalizado, se encontraron moléculas constituidas por 60 átomos de carbono. Intuyendo que estas moléculas tenían una forma semejante a la cúpula geodésica construida con motivo de una Exposición Universal en Montreal en 1967 por el arquitecto Buckminster Fuller, fueron nombradas como Buckminsterfullerenos o más comunmente como fullerenos

Se trata de un material obtenido por interacción de átomos de carbono C60 en fase gaseosa, logrando que los átomos de carbono se unieran en hexágonos y con dobles enlaces resonantes entre átomos de carbono vecinos, como si se tratara del benceno.

En la Unión de Arizona y en el Instituto Max Planck, a través de descargas eléctricas con electrodos de grafito en atmósfera de helio y disolución en tolueno, pudo obtenerse un polvo que permitió su estudio mediante espectrometría infrarroja-resonancia magnética nuclear y difracción de rayos X. Así se pudo identificar el Fullereno C60 y definir su estructura por medio de los típicos modelos orgánicos (12 pentágonos - 20 hexágonos con átomos de carbono tetravalente en los vértices). Otras estructuras se fueron descubriendo desde los C16 a C60 que pudieron corroborar para el más escéptico la estructura de balón similar a la pelota olímpica del fútbol mundial. En esa configuración los átomos de carbono de los hexágonos tienen dobles enlaces resonantes entre átomos vecinos como si se tratara del benceno.

PROPIEDADES

A comienzos del siglo XXI, las propiedades químicas y físicas de fullerenos todavía están bajo intenso estudio, en laboratorios de investigación pura y aplicada. En abril de 2003, se estaba estudiando el potencial uso medicinal de los fullerenos, fijando antibióticos espécificos en su estructura para atacar bacterias resistentes y ciertas células cancerígenas, tales como el melanoma.

Los fullerenos no son muy reactivos debido a la estabilidad de los enlaces tipo grafito, y son también muy poco solubles en la mayoría de disolventes. Entre los disolventes comunes para los fullerenos se incluyen el tolueno y el disulfuro de carbono. Las disoluciones de buckminsterfullereno puro tienen un color púrpura intenso. El fullereno es la única forma alotrópica del carbono que puede ser disuelta. Los investigadores han podido aumentar su reactividad uniendo grupos activos a las superficies de los fullerenos. El buckminsterfullereno no presenta "superaromaticidad", es decir, los electrones de los anillos hexagonales no pueden deslocalizar en la molécula entera.

Se pueden atrapar otros átomos dentro de los fullerenos; de hecho existen evidencias de ello gracias al análisis del gas noble conservado en estas condiciones tras el impacto de un meteorito a finales del periodo Pérmico. En el campo de la nanotecnología, la resistencia térmica y la superconductividad son algunas de las características más profundamente estudiadas.

Propiedades eléctricas: Los nanotubos se caracterizan

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