Docente

Angel Herráez

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Las asombrosas estructuras del carbono: fullerenos, grafenos y nanotubos
Vea las estructuras en el siguiente enlace:
http://www.cdlmadrid.org/cdl/archivospdf/ciencias/grafeno-tubo-fullereno.pdf

Dr. Angel Herráez Dep. de Bioquímica y Biología Molecular, Universidad de Alcalá angel.herraez@uah.es

Introducción: formas alotrópicas del carbono
Se denomina alotropía a laexistencia de diversas formas de un elemento químico, con estructura diferente pero un mismo estado físico. Por ejemplo, el oxígeno gas se presenta como dioxígeno (O2) y ozono (O3), el fósforo sólido en formas blanca y roja, el azufre sólido como plástico, rómbico y monoclínico, etc. En cuanto al carbono, desde hace tiempo se conocen dos formas alotrópicas (figura 1): el diamante –con los átomosen una red tetraédrica– y el grafito –una red hexagonal plana–. Más recientemente, se han descubierto otras estructuras, elevando el número de alótropos principales del carbono al menos a cuatro; estas nuevas formas son el objetivo de este artículo. (Puede consultarse una revisión reciente en español1, más profunda en términos químicos de lo que se pretende aquí.)

Fullerenos
¿Por qué esenombre?
Richard Buckminster Fuller (1895-1983) es un famoso inventor, diseñador y visionario del siglo XX. Desarrolló sus ideas en forma de “artefactos” –como él los llamaba–, en diversos campos del conocimiento. Su interés general era la aplicación del diseño y los principios científicos para resolver problemas comunes relacionados, por ejemplo, con el transporte, la construcción de edificios, laenergía, la pobreza y los problemas ecológicos. Como consecuencia consiguió 28 patentes, publicó 30 libros y recibió numerosos títulos honoríficos. Su influencia sobre arquitectos, diseñadores, artistas y científicos se refleja, por ejemplo, en la fundación en 1983 del Instituto Buckminster Fuller, dedicado inicialmente a mantener el archivo de documentos e invenciones y en la actualidad a “acelerarel desarrollo de soluciones que hacen avanzar de modo radical el bienestar humano y la salud de los ecosistemas de nuestro planeta” (http://www.bfi.org/). El diseño más popular de Richard Buckminster Fuller (década 1960) es la cúpula geodésica, la cual se dice que se ha empleado más de 300.000 veces en todo el mundo (figura 2). La similitud de

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su aspecto con el de lasestructuras pseudoesféricas que puede adoptar el carbono llevó a llamar a éstas buckminsterfullerenes o bien simplemente fullerenes (y en español, buckminsterfullerenos o fullerenos). El primer nombre tiende a reservarse para la primera estructura descubierta, el C60, mientras que fullerenos se usa en sentido más amplio para toda la familia estructural. Coloquialmente se denomina a menudo en inglésbuckyball (Bucky era el apodo familiar de Richard).

Descubrimiento
En 1966 David E. H. Jones fue el primero en sugerir que el carbono (gracias a algunas impurezas) formase moléculas huecas gigantes. En 1970 Eiji Osawa propuso la existencia del fullereno C60, pero su artículo, publicado en japonés, no recibió mucha atención. En el mismo año Robert W. Henson planteó también la estructura, que nopublicó y recibió poca credibilidad. El descubrimiento de los fullerenos se atribuye comúnmente a Curl, Kroto y Smalley2 en 1985. Harry Kroto, un químico que trabajaba en astrofísica en la Universidad de Sussex (Inglaterra), viajó a Houston (EEUU) para realizar experimentos en la Universidad Rice con Richard Smalley y Robert Curl, en relación con las reacciones posibles en una estrella gigante rojacon atmósfera rica en carbono. Concretamente, buscaban la formación de largas cadenas de carbono (cianopoliinos, H[–C≡C]nN). Encontraron, en efecto, que tales compuestos podían formarse pero además observaron la aparición inesperada de moléculas formadas sólo por carbono, en número par de átomos, entre 38 y 120 y, dependiendo de las condiciones, mayoritariamente una molécula C60. El impacto,...