La química es un arte "Me lo contaron y lo olvidé, lo vi y lo entendí, lo hice y lo aprendí"

viernes, 6 de mayo de 2011

Fullerenos: Balones de Fútbol a Escala Microscópica.

Pocas veces a lo largo de la historia de actual de la química una investigación ha dado lugar de forma inesperada al descubrimiento de una familia de moléculas tan excepcional como es la de los fullerenos, que constituye una nueva forma alotrópica (estructura en la que se puede encontrar una especie) del carbono, además de grafito y diamante, y posee unas propiedades excepcionales. Particularmente destaca la geometría tridimensional altamente simétrica de estas moléculas. En concreto, la más pequeña y representativa de ellas, el fullereno C60, posee una geometría idéntica a la de un balón de fútbol. Las sorprendentes propiedades de estos compuestos les han valido a sus descubridores, Harold Kroto, Richard E. Smalley y Robert F. Curl la obtención del premio Nobel de química de 1996. Las aplicaciones potenciales de estas moléculas pueden suponer una auténtica revolución en el mundo de la ciencia.
Su Descubrimiento.
Los fullerenos se obtuvieron por primera vez de forma casual al irradiar una superficie de grafito con un láser. Cuando el vapor resultante se mezcló mediante una corriente de helio se formó un residuo cristalizado cuyo estudio reveló la existencia de moléculas formadas por sesenta átomos de carbono. Como se dedujo en un principio, estas moléculas tenían una geometría semejante a la de la cúpula geodésica diseñada por el arquitecto Buckminster Fuller, con motivo de la exposición universal de 1967. Por ello, se conoce a esta familia de moléculas como fullerenos.
Síntesis.
Los fullerenos se sintetizaron por primera vez en 1990 mediante una descarga en arco, utilizando electrodos de carbono y en atmósfera de un gas noble. Generalmente, los fullerenos se preparan mediante vaporización de grafito y posterior extracción con disolventes orgánicos. Para separar en las diferentes moléculas de fullereno (C60, C70) se emplearon técnicas cromatográficas.
Propiedades Físicas y Químicas.
De todos los fullerenos, el ya mencionado C60 es el más representativo. La molécula de C60 posee la misma geometría que un balón de fútbol. En la naturaleza se presenta como un sólido negro de densidad 1,68 g/cm3. Las moléculas de fullereno permanecen unidas por débiles fuerzas intermoleculares, por lo que poseen libertad de movimiento. A consecuencia de ello, el cristal es plástico a temperatura ambiente.
Molécula de fullereno
La molécula de fullereno C60 posee una estructura formada por 12 pentágonos y 20 hexágonos. Su estabilidad se basa en la llamada regla del pentágono aislado, que gobierna en toda la familia de los fullerenos, y según la cual, no pueden existir pentágonos adyacentes (es decir, que compartan una o más aristas). La molécula C60 es la estructura más pequeña posible que puede satisfacer esta regla. La existencia de pentágonos en la estructura es responsable de la geometría cóncava de ésta.
Los fullerenos son solubles en ciertos disolventes orgánicos e insolubles en disolventes polares o con enlaces de hidrógeno (agua). Estas propiedades de solubilidad condicionan decisivamente la química de los fullerenos, que es muy rica y variada y se basa fundamentalmente en reacciones de adición (incorporación átomos o grupos de átomos a la estructura). Así, los fullerenos pueden adicionar hidrógeno, halógenos, oxígeno, metales, radicales. Asimismo, se pueden ciclar y polimerizar, así como formar complejos huésped-anfitrión con metales de transición. Por otra parte, pueden verificar reacciones de transferencia electrónica. Este abanico de posibilidades químicas explica las amplias expectativas forjadas en torno a las aplicaciones de los fullerenos, que pasamos a comentar.
Aplicaciones de los fullerenos.
La ciencia de los materiales ha mostrado desde su descubrimiento un gran interés por las posibilidades de los fullerenos, dadas sus múltiples propiedades y la alta procesabilidad que presentan. Siguiendo estas líneas se han obtenido polímeros electroactivos (dando reacciones de transferencia electrónica) y polímeros con propiedades de limitadores ópticos (trascendental en el campo de los láseres para evitar el deterioro de los materiales). Se espera así mismo obtener materiales muy adecuados para el recubrimiento de superficies, dispositivos fotoconductores y creación de nuevas redes moleculares.
El campo de la biomedicina también se ha visto beneficiado por la aparición de los fullerenos. Destaca sin duda el estudio de las propiedades de ciertos derivados organometálicos de los fullerenos solubles en agua, que han mostrado una actividad significativa contra los virus de inmunodeficiencia que provocan la enfermedad del SIDA, VIH-1 y VIH-2. También se baraja actualmente la posibilidad de incorporar fullereno en los procesos de fototerapia, que permitirían la destrucción de sistemas biológicos dañinos para los seres humanos.
Dada la versatilidad química de los fullerenos, se espera que una profundización en el conocimiento de sus propiedades químicas y físicas conduzca pronto a la aparición de nuevas y prometedoras aplicaciones.

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