Nanotecnología: Fullerenos
El carbono, símbolo químico C, es uno de los elementos más investigados en Nanotecnología. Actualmente se investiga en sus compuestos: fullerenos (fulerenos) y nanotubos. Su importancia futura está siendo descubierta.
Nanotecnología:
La Nanotecnología es la manipulación de la materia a escala nanométrica. Trata de manipular en forma precisa los átomos y moléculas para la fabricación de productos a microescala, llamada también nanotecnología molecular. Manipula componentes de la materia de entre 1 y 100 nanómetros (1 nanometro, nm equivale a 10-9 metros, es decir, 0,000000001 metros, o lo que es lo mismo, en 1 metro caben 1000.000.0000 (mil millones) de nanómetros.
Por todos es conocida la utilidad del carbono en los combustibles, alimentos, plásticos polímeros, en general en todo lo relacionado con la Química Orgánica. Hasta la segunda mitad del siglo XX solo se conocían dos formas (alótropos) del carbono en estado puro: grafito y diamante. El diamante tiene una estructura tetraédrica con enlaces entre los carbonos en las tres direcciones del espacio. El grafito tiene una estructura plana, formando capas.
En 1985, casi de casualidad, haciendo incidir radiación láser de alta intensidad sobre grafito, se producía la vaporización de éste. Al enfriarse el vapor formado, se creaban estructuras ordenadas, no sintetizadas en la Tierra pero sí conocidas su existencia en el universo. Se obtuvieron agrupamientos de átomos de carbono. Entre ellos el C60, fullereno, formado por 60 átomo de carbono. Se sabe que también existe fullereno en el hollín de la combustión del benceno. Se le dio este nombre en honor a las cúpulas geodésicas de Fuller. Los fullerenos fueron descubiertos en 1985 por Harold Kroto, Robert Curl y Richard Smalley, lo que les valió la concesión del Premio Nobel de Química en 1996.
El fullereno o fulereno es una agrupación esférica de átomos de carbono que recuerda a un balón de fútbol.
Fullereno de 60 átomos de carbono (futboleno), C60. Tiene 12 caras
pentagonales y 20 caras hexagonales.
De todos los fulerenos sintetizados hasta el momento, el C60 es el más estable (“buckminsterfullereno” o “buckyball”). Los fulerenos tienen formas cerradas. Se conocen fullerenos con 70, 77, 80, 84 , 256 y hasta 540 átomos de carbono. Cuantos más átomos de carbono existen en la molécula, más se alejan de la forma esférica, acercándose a la forma de un balón de rugby.
El diámetro de los fulerenos es menor de 1 nm (10-9 metros). Los enlaces carbono-carbono se llevan a cabo mediante una hibridación sp2 y, por tanto formando enlaces dobles C=C.
Actualmente se está tratando de modificar la molécula de fulereno, ya sea en su superficie o colocando átomos en su interior. En su superficie se le unen radicales orgánicos con flúor, complejos organometálicos de niquel , paladio, osmio y platino.
OsO4 (4-terbutil-piridina) con C60
Se pueden "encerrar" átomos dentro del fulereno, como el lantano.
Átomo de Lantano encerrado en C60
Los fulerenos son muy reactivos; reaccionan con metales alcalinos, flúor, radicales lobres. Solubles en disolventes orgánicos. La absorción de radicales libres ha craado esperanzas en su capacidad de actuar como catalizadores en reacciones de polimerización.
Los fulerenos pueden ser empleado como antivirales VIH, lubricantes, antioxidantes, en Química médica como fijador de antibióticos específicos, como atacante a células cancerígenas, en fabricación de cremas antiedad...
Los estudios en curso muestran además
que retrasa los síntomas de la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y
sus capacidades antioxidantes revelan que posee efectos neuroprotectores
contra las enfermedades degenerativas de tipo Parkinson y similares. El fullereno C60 podría de alguna
manera considerarse como un elemento activo en el tratamiento de la
enfermedad de Alzheimer
Dado su caracter químico de aceptor de electrones, se está investigando en la fabricación de láminas captadoras de energía solar. Tradicionalmente, la captación de energía solar se basa en el silicio cristalino (rendimiento mayor del 25%). Los paneles tansparente y flexibles fabricados con fulereno, con rendimiento bajo aun (12%) permitiría colocar una lámina captadora de enerǵia solar en cualquier ventana (pegada al vidrio) y ser cambiada (duraría unas 8000-9000 horas) por el propio usuario. El problema es su precio (aunque las fábricas de China están consiguiendo una abaratamiento del producto a la vez que arruinan a las fábrica europeas).
La destruccion de los fulerenos exige la utilización de temperaturas superiores a 1000 ºC. Soportan presiones de hasta 3000 atmósferas.
A pequeña escala se han fabricado fundas de tablet con estos materiales, permitiendo cargar la tablet a partir de la energía solar (dicah funda tiene un precio de unos 115 euros).
Sin duda, se trata de un grupo de compuestos con enormes posibilidades de generar productos muy útiles en un futuro no lejano. Su origen, la Nanotecnología revolucionará los materiales del futuro.
En proximo post, escribiré sobre nanotubos.
Ismael Camarero
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