El fulereno C60, la molécula con estructura de bola de futbol

El fulereno tiene una geometría icosaédrica constituida por 60 carbonos que forman 20 hexágonos y 12 pentágonos que se unen para formar una estructura que coincide exactamente con la de un balón de futbol soccer.

El fulereno es una de las moléculas más espectaculares y sorprendentes, no solo por sus propiedades químicas sino también por su estructura fuera de lo común. Efectivamente, el fulereno tiene una geometría icosaédrica constituida por 60 carbonos que forman 20 hexágonos y 12 pentágonos que se unen para formar una estructura que coincide exactamente con la de un balón de futbol soccer; razón por la que también se le conoce como futboleno. El fulereno es un sólido negro con débiles interacciones intermoleculares que hacen que las moléculas esféricas roten libremente a temperatura ambiente originando un cristal plástico. Sin embargo, el fulereno es una molécula muy estable; se necesitan temperaturas mayores a los mil grados Celsius para destruirla. Las moléculas de fulereno 60 se combinan formando sólidos cristalinos con propiedades fascinantes como superconductividad, ferromagnetismo, actividad biológica y propiedades electroquímicas y foto-físicas. El descubrimiento del fullereno 60 abrió las puertas a una intensa investigación química para descubrir sus aplicaciones, propiedades, reacciones químicas y sobre todo condujo a la investigación de los nanotubos de carbono. La historia del descubrimiento del fullereno 60 es casual. Harry Kroto, un químico orgánico de la Universidad de Sussex en el Reino Unido, estaba interesado en confirmar su hipótesis de que moléculas largas y flexibles habrían sido creadas en la atmósfera de estrellas rojas gigantes ricas en carbono. Con esta idea, en 1985 Harry Kroto y los científicos Robert Curl y Richard Smalley experimentaron con un dispositivo usado para estudiar cúmulos de cualquier elemento. Es dispositivo dispara un pulso láser intenso en un objetivo de carbono, lo que crea un vapor caliente por encima de él. El láser genera temperaturas que alcanzan decenas de miles de grados más calientes que las superficies de la mayoría de las estrellas y a medida que el vapor se enfría, los átomos evaporados se alinean en cúmulos o racimos. Una explosión de alta presión de gas conduce el vapor a través de la máquina en una cámara de vacío, donde los cúmulos empiezan a condensarse a medida que el vapor se enfría. Un segundo impulso láser ioniza los cúmulos, empujándolos a un espectrómetro de masas, donde se analizan de acuerdo a su peso molecular. Fueron días de intensa actividad al cabo de los cuales obtuvieron dos resultados significativos. Primero, el equipo encontró, como lo dijo Smalley, «las largas serpientes de carbón de Kroto». Segundo, los científicos también observaron, «una molécula desconocida de carbono puro». En los siguientes días, el equipo se dedicó al análisis de los resultados de los cuales dedujeron la obtención de una molécula de 60 carbonos. El trabajo de las siguientes semanas fue descubrir cómo esos 60 átomos de carbono estaban unidos entre sí para formar esta molécula tan estable como la que habían obtenido. En las discusiones que el equipo mantenía predominaba la idea de una forma esférica para esta molécula. Por esos días había sido construida una de las famosas cúpulas geodésicas del arquitecto Richard Buckminster Fuller, Kroto y Smalley aludieron que los hexágonos constituían las superficies de tales cúpulas e inspirados en ellas construyeron un modelo mediante el cual se dieron cuenta que la única forma de que el modelo adquiriera una forma esférica era intercalar pentágonos entre los hexágonos. El resultado fue una estructura esférica con sesenta vértices que coincide exactamente con la típica pelota negra y blanca de fútbol soccer. Por esta razón, al fulereno también se le llama buckminsterfullereno (en homenaje al arquitecto Buckminster Fuller quien diseñó la cúpula geodésica) o futboleno. Existen otros tipos de fullerenos; los hay de 20, 32, 44, 50, 58, 60, 70, 240, 560 y 970 carbonos. En 1996, los científicos Harold Kroto, Robert Curl y Richard Smalley ganaron el premio Nobel de química por el descubrimiento de los fullerenos.

Algunas aplicaciones que se anticipan para los fulerenos incluyen su adición a cosméticos por sus propiedades antioxidantes, la construcción de sistemas fotosintéticos artificiales, el diseño de nano vehículos para el envío selectivo de medicamentos en organismos, la fabricación de lubricantes secos y el recubrimiento de superficies para evitar la descomposición de alimentos, el deterioro de plásticos y la corrosión de metales, entre otras aplicaciones químicas, médicas y electrónicas. Por esas razones, y porque la química es parte de nuestras vidas, la molécula de esta semana es el fulereno 60; la molécula con estructura de balón de futbol.

Referencias

*Ginsberg, J. (2010, October 11). The Discovery of Fullerenes. Consultado en febrero 3, 2017, de http://www.acs.org/content/acs/en/education/whatischemistry/landmarks/fullerenes.html

*Kharissova, O. V., & Ortiz, U. (2002). La estructura del fullereno C60 y sus aplicaciones. ‘Ciencia UANL’, V(4), 474-479.

*Delgado, J.L., Herranz, M.A., Martín N. (2007). Nanoestructuras de carbono: un nuevo desafío científico. ‘Anales de Quimica’, 103(4), 5-13.

*Cami, J., Bernard-Salas, J., Peeters, E., Malek, S.E. (2010). Detection of C60 and C70 in a Young Planetary Nebula. ‘Science’, 329, 1180-1182.