LAS ASOMBROSAS ESTRUCTURAS DEL CARBONO: FULLERENOS, GRAFENOS Y NANOTUBOS
Formas alotrópicas del C
Diamante
Grafito
Fullerenos
¿Por qué ese nombre?
Richard Buckminster Fuller
Cúpula geodésica
Estructura pseudoesférica
que adopta el C
Buckyball
Primera estructura
descubierta: C60
Fullerenos
Familia estructural
Descubrimiento
David E. H Jones
1960. Primero en sugerir
que el C, gracias a
algunas impurezas, forma
moléculas huecas gigantes.
Eiji Osawa
1970. Propuso la existencia
del fullereno C60
Robert W. Henson
1970. Planteo la estructura
del fullereno C60
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.
Formación de largas
cadenas de C.
Moléculas formadas
sólo por C en número
par de átomos,
entre 38 y 120 y
mayoritariamente 60.
Estructura
Estructura hueca formada
exclusivamente por C.
Forma aproximadamente
esférica, (estrictamente un
poliedro con un elevado
número de caras)
Fullerenos
mayores
Cientos de
átomos de C.
Fullerenos
multilamelares
Nanocebollas
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
Punto de vista geométrico
Se cumple esta relación:
p=12; c=2h+20; h=c/2-10
p=n° de pentagonos
Los anillos
pentagonales
no son favorables
para alojar e-
h=n° de hexágonos
Los anillos
hexagonales
se consideran
equivalentes
al bencenos.
c=n° de carbonos
Propiedades
Gran resistencia física
Densidad
Cercana a 1.65
Solubilidad
Disolventes
Benceno
Tolueno
Cloroformo
Estado
Sólido
Hollin
Polvo negro
muy fino
Posee
propiedades
lubricantes
Fullerita
Cristales
Formación y
producción
Naturaleza
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.
Aplicaciones
Química de síntesis
Catálisis
Fotodetectores de rayos X
Telecomunicaciones
Recolectores de
radicales libres
Pilas de combustible
Grafenos
Descubrimiento
Andre Geim
Konstantin Novoselov
Premio Nobel
de Física 2010
Estructura
Capa de grafito
Propiedades
Diferentes al
grafito
Existencia como lamina
bidimensional con
grosor monoatómico
Formación
Nanocintas
Apertura longitudinal
controlada de nanotubos
Aplicaciones
Desarrollo de
tecnologías de
fabricación
Superficies
Definidas
Controladas
Grupos
funcionales
añadidos
Nanotubos de C
¿Qué son?
Cilindros resultantes del
arrollamiento, sobre sí
misma, de una lámina de
grafeno uniendo sus bordes
Descubrimiento
1991. Sumio Iijima
Formación
de agujas de hasta 1 mm
Nanotubos de
pared múltiple
Varias capas
cilíndricas
concéntricas
Estructura
Proximidad
entre las capas
3≤Ø≤30
1993. Primeros
nanotubos de C
de pared sencilla
Cobalto
Níquel
Otros metales
Estructura
Cilíndrica
Extremos
Abiertos
Cerrados
Mitad de fullereno
Ø
Pocos nm
Tipos
Cierre de lámina
de grafeno para
formar cilindros
Sillón
Zig-zag
Quiral
Inclinación
simetría
Dos formas
enantioméricas
Longitud
Escala
microscópica
Preparación
de nanotubos
Heterogénea
Ø
Longitud
Empaquetado
en haces
Frecuentes
defectos
estructurales
Formación
Decada 1950.
Gas que contiene
C sobre un
catalizador metalico
Moléculas
de gas
Fragmentadas
Átomos
de C
Forma de tubo
Átomo metálico
Cerrando el
extremo
del tubo
Perfectos
Mayor facilidad
de ampliación
para producción
a gran escala
Vaporización
con laser
Tubos de
pared sencilla
Propiedades
Resistencia
Rigidez
Conductividad
depende
Tipo de cierre
de la lamina
Solubilidad
Añadir grupo
funcional en
algún punto de
la pared del tubo
Disolventes
orgánicos
Aplicaciones
Electrónica
Sensores
Óptica
Ciencia de materiales
Nanotecnología
Diseño más popular
Similitud con
encontraron
Tensión distribuida
por igual sobre
toda la estructura
debido a la
elevada simetría
sin embargo
por ello
La estructura del fullereno
no es completamente
superaromática.
Se comporta como un
alqueno deficiente en e-
Reacciona con facilidad
con compuestos nucleófilos.
Grandes
pseudoesferas
huecas
