Grafenos y Fullerenos

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El carbono es el único elemento de la Tabla Periódica capaz de reunir las propiedades necesarias para la aparición de la vida sobre la Tierra. Su capacidad de hibridación de orbitales atómicos, generando carbonos de naturaleza sp3-, sp2- y sp-, le confiere un situación única para la construcción de una amplia variedad de formas alotrópicas. Sinembargo, resulta sorprendente el hecho de que hasta hace tan solo 25 años, solo dos formas alotrópicas de carbono, el diamante –constituido por carbonos sp3– y el grafito constituido por carbonos sp2– fuesen conocidas por la comunidad científica. (1)
El grafito, en el cual los átomos de carbono forman capas de anillos hexagonales y planos de carbono, y el diamante, en el cual los átomos de carbonose encuentran unidos por fuertes enlaces covalentes, donde cada átomo de carbono se une tetraédricamente a otros cuatro formando una red tridimensional que le da su dureza y rigidez típicas.(2)
Sin embargo, a finales del siglo XX y principios del XXI aparecen dos nuevas formas que provocarán un gran desarrollo a nivel tecnológico e industrial y grandes avances en la química y la física, grafenosy fullerenos.

En primer lugar, los fullerenos C60, reciben su nombre en honor al arquitecto R.B.Fuller, debido a la similitud existente entre la estructura de esta nueva molécula, y la de las cúpulas geodésicas diseñadas por Fuller para la Exhibición Mundial de Montreal de 1967.
En 1985, los químicos R.F.Curl, Harold W.Kroto y E. Smalley, junto con otros graduados estudiantes,comenzaron un experimento con el fin de formar largas cadenas de carbono al imitar las condiciones en que se creaban estas cadenas en las atmósferas de estrellas de carbono, con un láser diseñado y construido por Smalley capaz de vaporizar casi cualquier sustancia para su análisis.
Para ello primero vaporizaron el carbono, al dirigir un intenso impulso de un láser de luz a una superficie de carbono ylo dejaron condensar en una atmósfera de gas inerte. A continuación mezclaron los átomos de carbono obtenidos, con helio para formar clusters. Finalmente cerraron el gas en una cámara de vacío donde se expandía y se enfriaba.
Los clusters de carbono fueron analizados y no se encontraron las largas cadenas que se esperaban en un principio, sino que habían conseguido hallar unas estructuras con unadisposición simétrica de átomos donde la estructura más común pertenecía a un conjunto formado por sesenta átomos de carbono, C60, que tenía una alta estabilidad.(3)
Se sugirió que el C60 fuera un poliedro con veinte superficies hexagonales y doce superficies pentagonales, dicho de otra manera, una caja de icosaedro truncada, además, no solo se parecía a las estructuras del famoso arquitectoFuller, sino que tenía gran semejanza con un balón de fútbol europeo. (4)
[pic]Respecto a su estructura interna, en el C60, cada átomo de carbono está unido a otros tres átomos utilizando para ellos orbitales sp2 con un electrón en cada orbital. El cuarto electrón de valencia de cada carbono se encontraría en un orbital p perpendicular a la superficie esférica, de esta manera los orbitales se solapanformando un continuo de orbitales con electrones p por dentro y fuera de la esfera de igual forma a como tiene lugar en el benceno con los seis electrones p que le confieren el carácter aromático (5). Esto hace que se pueda considerar al fullereno como una esfera aromática y estable, ya que para destruirlos se necesitan temperaturas superiores a 1000 º C.
Como ya se ha dicho, la estructura delC60 es como la de un balón, y geométricamente tenía forma de icosaedro truncado con sesenta vértices, en cada uno de los cuales se encuentra un carbono. Tiene treinta y dos caras, de las cuales doce son pentágonos y las veinte restantes son hexágonos, además cada pentágono está rodeado de cinco hexágonos, de forma que dos pentágonos no pueden ser adyacentes entre sí, pero los seis enlaces de cada...