Estructura y usos del fullereno

Fullereno

Es la tercera forma más estable del carbono, después del diamante y el grafito.El primer fullereno se descubrió en 1985 y se han vuelto populares entre los químicos debido a su belleza estructural como por su facilidad para sintetizas nuevos compuestos, ya que presenta una forma parecida a la de un balón de fútbol, esferas, elipsoides o cilindros. Los fullerenos esféricos reciben el nombre de buckyesferas o los cilíndricos el de nanotubos. Los fullerenos se caracterizan por su estabilidad en los enlaces tipo grafito, y son también muy poco solubles en la mayoría de los disolventes.Entre los disolventes se encuentra el tolueno y el disulfuro de carbono.el fullereno es la única forma alotrópica del carbono que puede ser disuelta.Al ser disueltos presentan un color púrpura intenso.En los fullerenos los electrones de los anillos hexagonales no pueden deslocalizar la molécula entera.

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.

Aplicaciones

Los polímeros son, sin duda, uno de los materiales que han encontrado una mayor aplicación debido a sus múltiples propiedades, así como también por su fácil procesabilidad y manejo. Gracias a la incorporación de fullerenos en los polímeros, se conseguirían propiedades electroactivas y de limitación óptica. Esto podría tener sobre todo aplicación en recubrimiento de superficies, dispositivos conductores y en la creación de nuevas redes moleculares.

También son de aplicación en el campo de la medicina, gracias a sus propiedades biológicas. A este respecto, se consiguió que un fullereno soluble en agua mostrara actividad contra los virus de inmunodeficiencia humana que causan el SIDA.

Posibles riesgos

Aunque se piensa que las buckyesferas son en teoría relativamente inertes, una presentación dada a la Sociedad Química Estadounidense en marzo de 2004 y descrita en un artículo publicado en la revista New Scientist el 3 de abril de 2004, sugiere que la molécula es perjudicial para los organismos. Un experimento llevado a cabo por Eva Oberdörster en la Southern Methodist University, en el que introdujo fullerenos en agua en concentraciones de 0,5 partes por millón, mostró que un pez (Micropterus salmoides) "Black Bass" sufrió un daño celular en el tejido cerebral 17 veces superior, 48 horas después. El daño consistía en una peroxidación lipídica a nivel de la membrana celular, lo que deteriora el funcionamiento de ésta. Se produjeron también inflamaciones en el hígado y la activación de genes relacionados con la síntesis de enzimas reparadoras.Añado se daña el sistema tensegrico fulleriano, extra e intracelular ,cuya base funcional es alterada por los nanofullerenos ingeridos.

Fullerenos en el espacio

Al principio se creia que estas moléculas no podrían formarse en un lugar en el que hubiese hidrógeno, pues éste inhibiría su formación, y propusieron como entorno ideal en el espacio las estrellas que tienen muy poco hidrógeno, las denominadas estrellas R Coronae Borealis.
En un trabajo publicado el pasado año se demostró con observaciones hechas con el telescopio espacial Spitzer, de la NASA, que los fullerenos estaban en estrellas con mucho hidrógeno, lo que contradecía lo que se creía. Con las nuevas investigaciones también se demuestra que éstas moléculas no se producen en estrellas con poco hidrógeno, lo que contradice los estudios de laboratorio. Los nuevos resultados dicen que los fullerenos son mucho más abundantes de lo que se creía, pues se forman en condiciones "normales" y no en entornos "raros". Además, este descubrimiento puede ayudar a identificar las moléculas responsables de las bandas difusas interestelares, uno de los grandes misterios en astrofísica.

Las observaciones actuales han cambiado nuestro entendimiento sobre la formación de los fullerenos, y que estas sugieren que estas moléculas se producen a partir de granos de carbono amorfo hidrogenado al ser irradiados por radiación ultravioleta, o por choques de gas. De ese modo los granos de carbono amorfo hidrogenado se descomponen, produciendo una química muy interesante en donde se forman fullerenos e hidrocarburos policíclicos aromáticos, los segundos de los cuales son moléculas formadas por carbono e hidrógeno que tienen una gran variedad de tamaños.

Los fullerenos se han encontrado en la Tierra, en meteoritos y ahora en el espacio, y pueden actuar como "jaulas" y llevar dentro otras moléculas. Algunas teorías sugieren que de este modo las fullerenos podrían haber trasladado a la Tierra sustancias que permitieron la vida.