Fullerenos

FULLERENOS

El carbono siempre ha tenido una gran influencia en el desarrollo de los seres vivos, ya sea como medio que los rodea, o incluso en los seres mismos. A medida que el tiempo pasa, más misterios del enigmático elemento conocido como el carbono se van desvelando, pero, sin duda alguna esta nueva forma del elemento de la vida, es, y será un gran avance para nosotros en el ámbito de desarrollo. Este tipo de compuestos se les conoce como Fullerenos. Incluye su descubrimiento, características y aplicaciones

Los Fullerenos son la tercera forma alotrópica del carbono, junto con el diamante y el grafito, pero, no es si no, hasta mediados de la década de 1980, cuando un grupo de investigadores guiados por Richard Smalley, y Robert Curl de la Rice University en Houston, y Harry Kroto de la University of Sussex en Inglaterra vaporizaron grafito con un pulso intenso de láser y utilizaron un flujo de helio gaseoso para llevar al carbono vaporizado a un espectrómetro de masas , donde se mostró picos que correspondían a un cúmulo de átomos de carbono, pero había un pico en especial el cual correspondía a moléculas formadas de C₆₀, entonces el grupo propuso una forma de carbono formada por moléculas de C₆₀ que formaban una “pelota” con 32 caras , las cuales 12 eran pentágonos, y las demás hexágonos, la forma era idéntica al domo geodésico inventado por el ingeniero y filósofo estadounidense R. Buckminster Fuller, desde su descubrimiento, se han descubierto otras moléculas relacionadas de átomos de carbono, los cuales se conocen como Fullerenos.

Los Fullerenos pueden variar con respecto a la cantidad de átomos de carbono que contienen, el más pequeño de estos llamado C₂₀el cual fue detectado en el año 2000, tiene forma de pelota y es mucho más reactiva que los fullerenos largos.

Los Fullerenos más comunes son C₆₀y C₇₀, El primero de estos, es llamado buckminsterfullereno o Buckybola

Con su forma, ya sea de bola, de pelota de futbol (esta es razón por la que también el buckminsterfullereno, también es llamado Futboleno), de tubo, o de elipsoide, los Fullerenos comparten muchas características (aunque los que tienen forma de tubo son integrados por Fullerenos polimerizados), como su insolubilidad en compuestos polares como el agua (sin embargo pueden formar mezclas coloidales), además de ser la única forma alotrópica del carbono la cual es soluble en compuestos orgánicos como: tetrahidrofurano, ciclohexano, tolueno, n-Hexano, cloroformo, acetonitrilo, disulfuro de carbono, metanol, benceno, 1,2,4-triclorobenceno, etc. Así como la superconductividad.

Cada átomo de carbono, puede enlazarse con otros 4 átomos formando enlaces covalentes (la mayoría de las veces), sin embargo en los fullerenos este puede enlazarse con tres átomos, esto no significa que el átomo de carbono cambie, si no, que los fullerenos tienden a formar 3 enlaces, dos sencillos y uno doble (dos enlaces sencillos unidos), así obteniendo el total de enlaces que normalmente tiene el carbono.

Tienen muchas aplicaciones en la física, en la química, en la industria y en la medicina.

Un ejemplo es la ya antes mencionada superconductividad, en donde, al introducir un metal alcalino como el potasio dentro de cristales de C₆₀, fundiéndolos, y luego enfriándolos a una temperatura cercana de 18ºK logran una resistencia eléctrica de cero, por la causa de que los electrones extra que el compuesto gana por la pérdida del electrón del metal alcalino, esto debido a que el complejo de los fullerenos puede aceptar electrones, pero difícilmente cederlos.

Los complejos A_xC₆₀ donde A_x, es un metal alcalino forman una serie de mezclas con fases estables cuando x = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6 y cuando x presenta números impares tienden a la superconductividad.

El K₃C₆₀es el fullereno intercalado mas estudiado, el cual, cuando está a duras temperaturas de 18ºK este entra en estado de superconductividad. A temperatura ambiente, su banda de conductividad es estrecha, esto debido a un grado de desorden en el arreglo de los átomos de potasio (K), en la cual cambian sus propiedades, por lo tanto su resistencia en el estado metálico incrementa conforme aumenta el desorden en el arreglo de los átomos de potasio.

En la química se pueden usar para aislar átomos de otros elementos dentro de las esferas de los Fullerenos para conservarlos.

Igualmente existe la combinación de polímeros con C₆₀logrando aumentar su resistencia, dureza y aligerar enormemente su peso, o creando lubricantes ideales en donde la fricción es mínima. Hay 2 formas conocidas para la preparación de 2 tipos de polímeros que contienen fullerenos, la primera se basa en reacciones de fullerenos y derivados de estos con polímeros, como resultado, el fullereno es incorporado al polímero vía enlace covalente, la segunda forma es la introducción mecánica de fullerenos a los polímeros (dope), sin formar enlace covalente. En algunos experimentos, los compuestos modificados con fullerenos, muestran una mejora sustancial, en las características del fullereno o incluso la aparición de nuevas propiedades como una mejor solubilidad en ambientes orgánicos, claro que ambos tipos de polímeros que contienen fullerenos tienen sus propias características, pero dependiendo de su esperada aplicación, pueden ser consideradas como ventajas o desventajas.

En la industria se les esta dando uso para crear paneles solares orgánicos, o baterías con mas superficie entre las moléculas de los reactivos para almacenar mayor cantidad de carga, se basan en una doble capa de materiales orgánicos que donan y aceptan electrones, como en lo antes mencionado, se pueden usar fullerenos, principalmente C₆₀y C₂₀, debido a su buena capacidad para aceptar electrones.

En la medicina se usan como antioxidantes, en donde los compuestos con Fullerenos se usan para atrapar radicales libres, creando así antioxidantes, al igual que como antivirales, donde estos compuestos son capaces de incorporarse a los virus y desactivarlos.

Aunque los Fullerenos han demostrado ser tóxicos cuando son ingeridos, probándose primero en peces, los cuales murieron de daño celular en el tejido cerebral, al igual que una inflamación en el hígado.

Otra forma de los Fullerenos, la cual unos autores la consideran como parte de estos, o como compuestos muy similares son los nanotubos de carbono, las cuales consisten en capas muy sencillas o múltiples de carbono enrolladas de forma cilíndrica.

Conclusión:

Los Fullerenos son la tercera y más reciente forma del carbono, la cual aun tiene muchos misterios por resolver, ha presentado una gran variedad de usos y aplicaciones benéficas, tanto en la física, química, industria y medicina.

Se siguen haciendo investigaciones sobre los fullerenos hasta el punto de encontrar el modo de desactivar virus, esto es muy beneficioso, por que los virus siempre son cambiantes, así que con esto se podrían inventar vacunas para las personas y así acabar con estos, aunque suena un poco contradictorio por los riesgos que conlleva la ingesta de estos como los daños mencionados.

También han evolucionado al punto de combinar estos con otros materiales para darles nuevas propiedades fisicoquímicas y crear nuevos compuestos como son los modernos, muy resistentes y ultralivianos plasticos, los cuales, aunque solo se usan para proyectos militares y de gobierno, en un futuro no muy lejano servirán para el uso doméstico.

También son un gran futuro para la industria eléctrica por el uso de loos superconductores, aunque presenta desventajas como la baja temperatura que se tiene que mantener el compuesto para obtener el grado de superconductividad. Además de los paneles solares orgánicos, con los cuales se dejaría de depender de los combustibles de origen fósil y aprovechar la energía de un recurso “inagotable” como lo es el sol, sin emitir contaminantes, para no dañar la capa de ozono y lograr que los seres vivos no se vean afectados por el cambio climático.

Otra aplicación práctica, y la mas reciente ha sido para la otra forma de los fullerenos como nanocatalizadores, donde se llevan reacciones químicas a un nivel atómico provocando cambios. Aunque no se tiene mucha información, esto puede llevar a un nuevo nivel en cuanto a la química a niveles microscópicos.

A pesar de su “juventud”, ha presentado un enorme cambio en la química, y aunque no muchos los conocen, no pasará mucho tiempo para que hagan un increíble cambio en el mundo y su nombre sea conocido por todas las personas no nada mas dentro de los químicos, ingenieros químicos, en materiales y otros. Hay que seguir investigando lo más a fondo que se pueda sobre ellos para hacer un gran cambio, y quitar las limitaciones que estos tienen, para asi conseguir un desarrollo mejor y un futuro mejor.

Bibliografías:

http://www.bibliocatalogo.buap.mx:2175/content/2t6306482737088g/fulltext.pdf

Características de los polímeros dopados con fullerenos

http://es.wikipedia.org/wiki/Fullereno

Fullerenos

http://www.bibliocatalogo.buap.mx:2299/pdf-preview.axd?code=k7853876h0484218&size=largest

Producción de fullerenos con láser

http://www.bibliocatalogo.buap.mx:2175/content/q670022500w57552/fulltext.pdf

Superconductividad de los fullerenos

http://www.bibliocatalogo.buap.mx:2175/content/2q17750u67075413/fulltext.pdf

Propiedades Moleculares de complejos de c60 en soluciones de ciclopolimeros

http://www.bibliocatalogo.buap.mx:2175/content/3038w16556r67755/fulltext.pdf

Química fullerenos

QUÍMICA LA CIENCIA CENTRAL, Theodore L. Brown, H. Eugene LeMay, Jr. Bruce E. Bursten, Catherine J. Murphy, 11ª Ed., Pearson Education pp. 468, 961

Nota: los artículos de los links vienen en inglés, para acceder se tiene que ser estudiante o trabajador de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla