FULLERENOS Raúl Acosta López Enrique Martínez Delgado

1. FULLERENOS Raúl Acosta López Enrique Martínez Delgado Mª Isabel Martínez Vicente

2. Fullerenos • Introducción • Historia • Síntesis • Caracterización • Propiedades • Aplicaciones

3. IntroducciónEl carbono 4 electrones de valencia ↓ hasta 4 enlaces covalentes ↓ formas alotrópicas

4. IntroducciónFormas alotrópicas del carbono

5. IntroducciónFormas alotrópicas del carbono • Diamante ● 4 enlaces covalentes (sp3) → dureza ● Cada 5 átomos de carbono forman un tetraedro, 4 ángulos 109.5º ↓ Se unen entre sí a otros cuatro dando una estructura de blenda

6. IntroducciónFormas alotrópicas del carbono • Grafito ● Átomos de C con hibridación sp2 ●Cada C se une con otros 3 C ↓ disposición trigonal-plana anillos (C6) condensados que dan lugar a láminas que interaccionan entre ellas por fuerzas de Van der Waals → fácil deslizamiento

7. IntroducciónFormas alotrópicas del carbono • Fullereno ●Hibridación intermedia entre sp2 y sp3 ●Anillos hexagonales se combinan con pentagonales ●C60 es el más común (balón de fútbol o buckyball) (Icosaedro) (Icosaedro truncado)

8. IntroducciónCaracterísticas de los fullerenos • Estructuras cerradas sobre si mismas (C6 y C5) • Presentan 120 operaciones de simetría → la molécula más simétrica (C7 imperfecciones) • Cumple teorema de Eüler: c + v = a + 2 • 7Å ≤ Dm ≤ 15Å (6 a 10 veces > que el del átomo C)

9. Historia • En 1985,Kroto y Smalley encontraron accidentalmente unas nuevas moléculas muy estables, la más abundante C60 • En 1990 se sintetizaron por primera vez • En 1991Sumio Iijimadetectó una forma más del carbono, el nanotubo

10. Síntesis • Método original • Método Kroto • Método alternativo

11. SíntesisMétodo original (1985, Rice) • Evaporación de grafito ● Se calienta el grafito en un horno a 1200ºC ● Usa vidrio de cuarzo como portamuestra ● Requiere atmósfera inerte (mezcla de argón) ● Se incide con un láser de CO2 ● Recolección del material enfriando en un ánodo de cobre

12. SíntesisMétodo Kroto (1990, Sussex) • Descarga de arco ● En lugar de rayos láser se utilizan corrientes eléctricas de alta tensión ● Se calientan varillas de grafito de 6 a 7 cm en una campana de cristal durante 15-20 segundos ● Atmósfera de 100 torr de Helio ● Utiliza placas de recolección de KBr

13. SíntesisMétodo alternativo (en estudio) • Disociación del bromuro de polivinilideno (PVB) con radiación IR ● Se forman radicales de CH y C2, tanto en su estado fundamental como en el primer estado electrónico excitado ● El C2 se forma vibracionalmente excitado ● En ciertas condiciones de irradiación se ha detectado un residuo carbonoso que contiene fullerenos

14. AFM (microscopio de fuerza atómica) STM (microscopio efecto túnel) Caracterización

15. Caracterización • Estudio de una gota con fullerenos en suspensión (mediante AFM)

16. PropiedadesPropiedades Físicas • Estabilidad ● Temperatura descomposición > 1000ºC (depende de Cn) ● A T<1000ºC cierta cantidad se sublima sin descomposición de las esferas (generación de cristales y películas delgadas de fullerenos) ● T> -13ºC las esferas rotan libremente en sus posiciones cristalinas (el cristal es plástico a T ambiente) ● T< -183ºC las esferas se vuelen completamente inmóviles

17. PropiedadesPropiedades Físicas • Color (atractivos y variados colores) ●C60 en la naturaleza →negro películas delgadas → mostaza disolución en solventes orgánicos → rosa/magenta ●C70 piezas extensas → gris oscuro películas delgadas → café rojizo en disolución → rojo vino ●C76 , C78 y C84→ amarillo

18. PropiedadesPropiedades Eléctricas • Aislante eléctrico Las moléculas C60 se combinan dando un sólido cristalino que no deja pasar la electricidad. • Conductor eléctrico En cada C, tres electrones se encuentran formando enlaces con los 3 C vecinos y el cuarto está compartido con todos los C.

19. PropiedadesPropiedades químicas • Acidez/Basicidad Ácido de Lewis, forma compuestos fácilmente con átomos donadores de electrones como los metales alcalinos. Fulléridos alcalino:fulleritas a las que se le han añadido átomos alcalinos fórmula→A3C60 (A: K, Rb, Cs y Na) ●Son capaces de generar cristales del orden de 25Å, con un alto grado de desorden. ●Si se unen al K y Rb los compuestos resultan superconductores, con Tcrítica del orden de 40 a 60ºK

20. PropiedadesPropiedades químicas • Solubilidad ●Solubles en ciertos disolventes orgánicos e insolubles en disolventes polares o con enlaces de hidrógeno. ● Importante para la química de fullerenos que se basa fundamentalmente en reacciones de adición:

21. PropiedadesReactividad • Adición al enlace C-C Br2, 25ºC C60 -------------> C60Br2 + C60Br4 (con el Cl2 también reacciona a T > 300 ºC)

22. PropiedadesReactividad • Ciclación y polimerización Por exposición directa a la luz ultravioleta sus moléculas se polimerizan formando enlaces entre esferas cercanas. El polímero ya no se disuelve en tolueno → fotosensible • Compuestos huésped-anfitrión Con metales de transición • Reacciones de transferencia electrónica

23. PropiedadesReactividad • Formación de nanotubos • Propiedades de los nanotubos ● Conductividad eléctrica ● Conductividad térmica a lo largo del eje del tubo ● Propiedades mecánicas → la fibra más fuerte conocida ● Perfección molecular

24. AplicacionesFullerenos • Nuevos tipos de Polímeros ●Polímeros electroactivos (reacciones de transferencia de electrones) ● Polímeros con propiedades de limitadores ópticos (importante en el campo de los láseres, evita el deterioro de los materiales) ●Dispositivos fotoconductores • Nuevos catalizadores • Productos farmacéuticos(biomedicina) ● Ciertos derivados de organometálicos de los fullerenos muestran actividad contra VIH-1,VIH2 del SIDA ●Fototerapia

25. AplicacionesOtras aplicaciones industriales (nanotubos) • Sondas químicas y genéticas • Memoria mecánica • Nanopinzas • Sensores supersensibles • Almacenamiento de hidrógeno e iones • Materiales de máxima resistencia • Microscopio de barrido de mayor resolución

26. Bibliografía Agradecimiento al catedrático Harold W. Kroto, descubridor de los fullerenos y premio Nobel de Química en 1996, por facilitarnos información. http://www.che.utoledo.edu/nadarajah/webpages/whatsafm.html http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/chm729/afm/firstpag.htm http://www.geocities.com/ferman30/FullereneEsp.html http://www.kroto.info (hhtp://www.vega.org.uk http://www.chem.fsu.edu/people/pe_faculty_lst.asp http://www.chem.fsu.edu/people/pe_home.asp