Fullereno y sus tipos.

Los fullerenos son alótropos del carbono cuyas moléculas constan de átomos de carbono unidos por enlaces simples y dobles para formar una red cerrada o parcialmente cerrada con anillos fusionados de cinco a siete átomos. Las moléculas pueden ser esferas huecas, elipsoides, tubos o muchas otras formas y tamaños. El grafeno (capas atómicas aisladas de grafito) es una rejilla plana de anillos hexagonales regulares y puede considerarse un miembro extremo de esta familia. Los fullerenos con topología de red cerrada se representan informalmente mediante su fórmula empírica Cn, generalmente escrita Cn, donde n es el número de átomos de carbono. Sin embargo, para ciertos valores de n, puede existir más de un isómero.

La familia lleva el nombre del miembro más famoso, el buckminsterfullereno (C60), que a su vez lleva el nombre de buckminsterfuller. Los fullerenos bloqueados, especialmente el C60, también se conocen informalmente como buckyballs debido a su parecido con el balón estándar de la Asociación de Fútbol ('soccer football'). Los fullerenos cerrados anidados se denominan cebollas bucky. Los fullerenos cilíndricos también se conocen como nanotubos de carbono o buckytubos. Las formas sólidas a granel de fullerenos puros o mixtos se llaman fullerenos.

Los fullerenos se predijeron durante algún tiempo, pero no se descubrieron en la naturaleza y en el espacio exterior hasta su síntesis accidental en 1985. El descubrimiento de los fullerenos amplió enormemente el número de alótropos de carbono conocidos, que antes se limitaban al grafito, el diamante y los carbonos amorfos como el hollín y el carbón vegetal. Han sido objeto de intensas investigaciones, tanto en química como en aplicaciones técnicas, especialmente en los campos de la ciencia de los materiales, la electrónica y la nanotecnología.

Tipos

Hay dos familias principales de fullerenos con propiedades y aplicaciones distintas: buckybolas cerradas y nanotubos de carbono cilíndricos abiertos. Sin embargo, existen estructuras híbridas entre estas dos clases, como nanotubos de carbono cubiertos por una malla hemisférica, o 'brotes de bucky' más grandes.

Buckminsterfullereno

El buckminsterfullereno es la molécula de fullereno más pequeña, que contiene anillos pentagonales y hexagonales, donde no hay dos pentágonos que compartan un borde (lo que podría ser inestable, como el pentadieno). También es el más común en términos de ocurrencia natural, ya que a menudo se puede encontrar en el hollín.

La fórmula empírica del Buckminsterfullereno es C

60, su estructura es un icosaedro truncado, similar a un balón de fútbol unido formado por veinte hexágonos y doce pentágonos, cada polígono tiene un átomo de carbono en su vértice y cada polígono tiene una arista. Hay una clave. El diámetro de van der Waals de la molécula de buckminsterfullereno es de aproximadamente 1,1 nanómetros (nm). El diámetro del núcleo de la molécula de buckminster fullereno es de aproximadamente 0,71 nm. Las moléculas de buckminsterfullereno tienen dos longitudes de enlace. El enlace de anillo 6:6 (entre los dos hexágonos) puede considerarse un 'doble enlace' y es más corto que el enlace de anillo 6:5 (entre el hexágono y el pentágono). La longitud media de su enlace es de 1,4 Å.

Otros fullerenos

Otro fullereno bastante común tiene la fórmula empírica C 70. Pero normalmente se obtienen fullerenos con 72, 76, 84 o incluso hasta 100 átomos de carbono. El fullereno más pequeño posible es el dodecaédrico C 20. No hay fullereno con 22 vértices. El número de fullereno C2n diferentes aumenta con n = 12, 13, 14, aproximadamente proporcional a n9 (secuencia A007894 en OEIS). Por ejemplo, hay 1812 fullerenos no isomorfos C 60. Tenga en cuenta que solo hay una forma de C 60, el buckminsterfullereno, sin un par de pentágonos adyacentes (el fullereno más pequeño). Para ilustrar mejor el crecimiento, hay 214,127,713 fullerenos no isomorfos C 200 de los cuales 15,655,672 no tienen pentágonos adyacentes. Estructuras optimizadas de muchos isómeros de fullereno publicadas y enumeradas en línea.

Los heterofullerenos tienen heteroátomos que reemplazan a los carbonos en estructuras de jaulas o tubos. Descubiertos en 1993, expanden enormemente toda la clase de fullerenos y pueden tener enlaces colgantes en su superficie. Los ejemplos notables incluyen derivados de boro, nitrógeno (azafullerenos), oxígeno y fósforo.

Nanotubos de carbono

Los nanotubos de carbono son fullerenos cilíndricos. Estos tubos de carbono suelen tener sólo unos pocos nanómetros de ancho, pero su longitud puede variar desde menos de un micrón hasta varios milímetros. Generalmente tienen extremos cerrados, pero también pueden estar abiertos. También hay casos en los que el tubo reduce su diámetro antes de cerrarse. Su estructura molecular única da como resultado propiedades macroscópicas extraordinarias, que incluyen alta resistencia a la tracción, alta conductividad eléctrica, alta ductilidad, alta conductividad térmica e inercia química relativa (porque es cilíndrico y 'plano', es decir, que no tiene átomos 'expuestos', se sustituyen fácilmente). Un uso propuesto de los nanotubos de carbono, desarrollado por investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer en 2007, es en baterías de papel. Otro uso muy especulado de la tecnología espacial es la producción de cables de carbono de alta resistencia necesarios para los ascensores espaciales.