Los Fulleneros

Formas Alotrópicas del Carbono

Hasta 1985 se pensaba que el carbono, el elemento más estudiado por el hombre, sólo podía existir en estado puro, en sus dos formas alotropicas principales, diamante y grafito, o como carbono amorfo. En el diamante, cada átomo de carbono se encuentra unido con otros cuatro para formar unidades tetraédicas y una estrutura compacta en tres dimensiones. En el grafito, cada átomo se une a otros tres ubicados en el mismo plano para formar una red de hexágonos en dos dimensiones. En 1985 los químicos Harold Kroto, británico y Robert Curl y Richard Smalley, estados unidenses, descubrieron una nueva manera de organización de las moléculas de carbono en forma esférica o elipsoidal. Estas nuevas formas alotrópicas del carbono a las que llamaron fulleneros, lesvalieron el premio nobel de quimica en 1996.

El Descubrimiento de los fulleneros

El profesor Kroto estaba interesado en investigar los cambios quimicos que sufren las moléculas en la atmósfera de las estrellas, bajo condiciones estremas de temperatura y presión. Su hipótesis era que las moléculas de carbono se debían arreglar en largas cadenas y se propuso reproducir dichas condiciones extremas en la tierra. El profesor Smalley había diseñado un dispositivo con el que se podían alcanzar temperaturas de unos 10.000 ºC, mayores que sobre la superficie del sol, capaces, por lo tanto, de vaporizar cualquier elemento conocido.

Al someter una muestra de carbono como gráfito, a estas condiciones se obtenian diferentes tipos de agregados moléculares, entre los cuales se destacaban unos formados por 60 carbonos que resultaron particularmente estables.

Dado que la forma común que adopta el carbono es el hexágono, estos científicos concluyeron que la única dispocisión posible para estas moléculas eran 12 pentágonos y 20 hexágonos arreglados en una esfera, similar a un balón de futbol. Esta forma isotrópica recibió el trabalingüistico nombre de buchminsterfullereno, o fullereno C60, en honor a las cúpilas creadas por el arquitecto Richard Buchminster Fuller, como la de Epcot Center en Orlando, Florida. Se trata de la molécula más esférica y más simétrica conocida, y su tamaño es del orden de una millonésima de milímetro.

Sin embargo, la cantidad de sustancias obtenidas en el experimento era demasiado pequeña para realizar exámenes más precisos, y se tubo que experimentar durante varios años para encontrar otras formas de obtener fulleneros en mayor abundancia.

En 1990, científicos del Instituto Max Planck de Alemania descubrieron, que al provocar descargas eléctricas sobre electrodos de grafito en una atmósfera de helio, se forma un hollín de carbono.

Parte de este hollín se disorvía en solventes orgánicos, como el benceno y el tolueno, contrariamente a lo que sucede con el hollín común, y el solvente tomaba una coloración rojiza. Después de varios análisis, concluyeron que se trataba de una solución concentrada de fullerenos C60, y que ésta era una forma práctica preliminar para producirlos en grandes cantidades. En la actualidad se le denomina fullerenos a cualquier agregado de átomos de carbono con formas más o menos esféricas y, hasta ahora, se han identificado más de 100 sustancias de este tipo, cuya configuración mínima es la del C20, con 12 pentágonos. A partir de este se agregan dos o más hexágonos para obtener toda la familia de fullerenos. En 1993 se observaron moléculas de C60 en rocas del noroeste de Rusia, las cuales constituyen la primera observación de fullerenos en forma natural.

Usos de los Fullerenos

Tal como es común en la historia de la ciencia, a partir del descubrimiento de los fullerenos se abrieron nuevos campos de investigación en terrenos muy alejados de los objetivos iniciales planteados por los ganadores del premio Nobel. Cuando se encontró una manera de producirlos en cantidades abundantes, los científicos pudieron investigar sus propiedades y susposibles usos.

Se cree que el estudio delos fullerenos podría originar todo un nuevo campo de la química de la misma forma que se formo la química orgánica aromática luego del descubrimiento del benceno hace 150 años. A continuación presentamos algunos delos usos que se han descubierto:

• 
  
  
  La estructura y la dureza de los fullerenos permite la fabricación de nuevos materiales sólidos. Por ejemplo, se ha preparado cristales de C60 llamado fullenitas, en los cuales la moléculas forman enrrejados hexagonales, como paquetes compactos de pequeños balones de fútbol que contituyen una pelicula sólida amarrillenta. Tambien se han creado arreglos tubulares de fullerenos C70 que son verdaderos nano-tubos que se pueden elongar casi infinitamente.



• 
  
  
  En la estructura de átomo de carbono es posible introducir impurezas de diferentes elementos del sistema periódico, para conseguir nuevas propiedades fisico-química. Por ejemplo, al combinarlo con flúor para formar C60F60 se obtiene uno de los mejores lubricantes que se conocen y que ya se esta sintetizando.



• 
  
  
  Sus propiedades electricas revisten gran importancia dado que, de acuerdo con los elementos que se combine, los fullerenos pueden se aislantes, conductores o super conductores. Por ejemplo, al cambinar un fullereno con potasio, cesio o rubidio, se convierte en un super conductor a bajas temperaturas. Si se combina estas caracteristicas con la capacidad de formar nano-tubos, se pueden construir nano-cables que le darian un nuevo grado de miniaturización a la indrustria de los semiconductores y microchips.



• Recientemente, se ha observado que algunos derivados buchminsterfullerenos son biológicamente activo y se esta estudiando la posibilidad de utilizarlos para combatir el cáncer: se piensa que las moléculas en forma de balón de fútbol pueden ubicarse en los sitios activos de las enzimas y, de esta forma bloquear su actividad.