Las asombrosas estructuras del carbono: fullerenos, grafenos y nanotubos

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Quiralidad

moduladas

uniendo

Sucesivos átomos equivalentes en los hexágonos

con

Cualquier línea

Forma un ángulo

Pasa por un lado de cada hexágono alterno

Pasa por un vértice de cada hexágono

La línea axial del cilindro

Cierra por

Lados de los hexágonos

Vértices de los hexágonos

≠

similitud al grafeno en

observo

adicionando

proporcionan

debido a

equivalente

η=40%=Fullereno C60 ÷ C vaporizado

Velocidad con la que los átomos en el vapor se alejan del electrodo caliente

ρ de radicales de C

Temperatura

control

PHe.

ajustando

posteriormente

empleando

actualmente con

inicialmente

Acción catalítica

como

en

nombrados

Cada estructura queda encerrada en otra mayor

Grandes pseudoesferas huecas

Reacciona con facilidad con compuestos nucleófilos.

Se comporta como un alqueno deficiente en e-

La estructura del fullereno no es completamente superaromática.

por ello

sin embargo

Tensión distribuida por igual sobre toda la estructura debido a la elevada simetría

encontraron

Similitud con

Diseño más popular

LAS ASOMBROSAS ESTRUCTURAS DEL CARBONO: FULLERENOS, GRAFENOS Y NANOTUBOS

Nanotubos de C

Nanotecnología

Ciencia de materiales

Óptica

Electrónica

Sensores

Conductividad

depende

Tipo de cierre de la lamina

Rigidez

Resistencia

Vaporización con laser

Tubos de pared sencilla

Decada 1950.

Gas que contiene C sobre un catalizador metalico

Mayor facilidad de ampliación para producción a gran escala

Perfectos

Átomos de C

Forma de tubo

Átomo metálico

Cerrando el extremo del tubo

Moléculas de gas

Fragmentadas

Cilíndrica

Preparación de nanotubos

Frecuentes defectos estructurales

Empaquetado en haces

Heterogénea

Longitud

Escala microscópica

Tipos

Cierre de lámina de grafeno para formar cilindros

Quiral

simetría

Dos formas enantioméricas

Inclinación

Zig-zag

Sillón

Pocos nm

Extremos

Cerrados

Mitad de fullereno

Abiertos

1993. Primeros nanotubos de C de pared sencilla

Otros metales

Níquel

Cobalto

1991. Sumio Iijima

Formación de agujas de hasta 1 mm

Nanotubos de pared múltiple

3≤Ø≤30

Varias capas cilíndricas concéntricas

Proximidad entre las capas

¿Qué son?

Cilindros resultantes del arrollamiento, sobre sí misma, de una lámina de grafeno uniendo sus bordes

Grafenos

Desarrollo de tecnologías de fabricación

Superficies

Grupos funcionales añadidos

Controladas

Definidas

Formación

Nanocintas

Apertura longitudinal controlada de nanotubos

Diferentes al grafito

Existencia como lamina bidimensional con grosor monoatómico

Capa de grafito

Andre Geim Konstantin Novoselov

Premio Nobel de Física 2010

Fullerenos

Aplicaciones

Pilas de combustible

Telecomunicaciones

Recolectores de radicales libres

Fotodetectores de rayos X

Catálisis

Química de síntesis

Formación y producción

Producción artificial

Vaporizando grafito con un láser pulsado

La descarga de un arco eléctrico entre dos electrodos de grafito en una atmósfera inerte de He.

i≤50A parte del grafito se vaporiza

Condensa sobre las paredes de la camara de reaccion y sobre el catodo

Del hollín formado sobre el cátodo se extraen, con disolventes orgánicos, los fullerenos.

Naturaleza

Propiedades

Estado

Sólido

Fullerita

Cristales

Hollin

Posee propiedades lubricantes

Polvo negro muy fino

Solubilidad

Disolventes

Cloroformo

Tolueno

Benceno

Densidad

Cercana a 1.65

Gran resistencia física

Estructura

Estructura hueca formada exclusivamente por C.

Punto de vista geométrico

Se cumple esta relación: p=12; c=2h+20; h=c/2-10

c=n° de carbonos

h=n° de hexágonos

Los anillos hexagonales se consideran equivalentes al bencenos.

p=n° de pentagonos

Los anillos pentagonales no son favorables para alojar e-

Cada átomo de C está enlazado a otros tres.

Estado de hibridación de sp2

La estructura no es plana, sino que los 3 enlaces de C se desvían.

consecuencia

Forma aproximadamente esférica, (estrictamente un poliedro con un elevado número de caras)

Fullerenos multilamelares

Nanocebollas

Fullerenos mayores

Cientos de átomos de C.

Descubrimiento

Harry Kroto Richard Smalley Robert Curl

1985. Realizaron experimentos en relación a las reacciones posibles en una estrella gigante roja con atmósfera rica en C.

Moléculas formadas sólo por C en número par de átomos, entre 38 y 120 y mayoritariamente 60.

Formación de largas cadenas de C.

Robert W. Henson

1970. Planteo la estructura del fullereno C60

Eiji Osawa

1970. Propuso la existencia del fullereno C60

David E. H Jones

1960. Primero en sugerir que el C, gracias a algunas impurezas, forma moléculas huecas gigantes.