FULLERENFULLERENOSOS

Raúl Acosta López Raúl Acosta López Enrique Martínez DelgadoEnrique Martínez Delgado

Mª Isabel Martínez VicenteMª Isabel Martínez Vicente

FullerenosFullerenos IntroducciónIntroducción HistoriaHistoria SíntesisSíntesis CaracterizaciónCaracterización PropiedadesPropiedades AplicacionesAplicaciones

IntroducciónIntroducciónEl carbonoEl carbono

4 electrones de valencia4 electrones de valencia

↓↓ hasta 4 enlaces covalenteshasta 4 enlaces covalentes

↓↓ formas alotrópicasformas alotrópicas

IntroducciónIntroducción Formas alotrópicas del Formas alotrópicas del carbonocarbono

IntroducciónIntroducciónFormas alotrópicas del Formas alotrópicas del carbonocarbono DiamanteDiamante

●● 4 enlaces covalentes (4 enlaces covalentes (spsp33) → dureza) → dureza

●● Cada 5 átomos de carbono forman Cada 5 átomos de carbono forman

un tetraedro, 4 ángulos 109.5ºun tetraedro, 4 ángulos 109.5º

↓ ↓

Se unen entre sí a otros cuatroSe unen entre sí a otros cuatro

dando una estructura de blendadando una estructura de blenda

IntroducciónIntroducciónFormas alotrópicas del Formas alotrópicas del carbonocarbono GrafitoGrafito

● ● Átomos de C con hibridación spÁtomos de C con hibridación sp22

●● Cada C se une con otros 3 CCada C se une con otros 3 C ↓ ↓ disposición trigonal-planadisposición trigonal-plana

anillos (Canillos (C66) condensados que dan lugar ) condensados que dan lugar a láminas que interaccionan entre ellas a láminas que interaccionan entre ellas por fuerzas de Van der Waals → fácil por fuerzas de Van der Waals → fácil

deslizamientodeslizamiento

IntroducciónIntroducciónFormas alotrópicas del Formas alotrópicas del carbonocarbono FullerenoFullereno

●● Hibridación intermedia entreHibridación intermedia entre spsp22 y sp y sp33

●● Anillos hexagonales Anillos hexagonales se combinan con pentagonalesse combinan con pentagonales

● ● CC6060 es el más común es el más común (balón de fútbol o buckyball) (balón de fútbol o buckyball) ((Icosaedro)Icosaedro) ( (Icosaedro Icosaedro

truncado)truncado)

IntroducciónIntroducciónCaracterísticas de los Características de los fullerenosfullerenos Estructuras cerradas sobre si mismas (CEstructuras cerradas sobre si mismas (C66 y y

CC55))

Presentan 120 operaciones de simetría → la Presentan 120 operaciones de simetría → la molécula más simétrica (Cmolécula más simétrica (C77 imperfecciones) imperfecciones)

Cumple teorema de Eüler: Cumple teorema de Eüler: c + v = a + 2c + v = a + 2

77ÅÅ ≤ D ≤ Dmm ≤ 15 ≤ 15Å (6 a 10 veces > que el del Å (6 a 10 veces > que el del átomo C)átomo C)

HistoriaHistoria En En 1985,1985, KrotoKroto y y SmalleySmalley

encontraron accidentalmente unas encontraron accidentalmente unas nuevas moléculas muy estables, la nuevas moléculas muy estables, la más abundante más abundante CC6060

En En 19901990 se sintetizaron por primera se sintetizaron por primera vezvez

En En 19911991 Sumio IijimaSumio Iijima detectó una detectó una forma más del carbono, el forma más del carbono, el nanotubonanotubo

SíntesisSíntesis Método originalMétodo original

Método KrotoMétodo Kroto

Método alternativoMétodo alternativo

SíntesisSíntesisMétodo original (1985, Método original (1985, Rice)Rice) Evaporación de grafitoEvaporación de grafito ● ● Se calienta el grafito en un horno a 1200ºC Se calienta el grafito en un horno a 1200ºC

● ● Usa vidrio de cuarzo como portamuestraUsa vidrio de cuarzo como portamuestra

●● Requiere atmósfera inerte (mezcla de argón)Requiere atmósfera inerte (mezcla de argón)

●● Se incide con un láser de COSe incide con un láser de CO22

●● Recolección del material enfriando en un ánodo de Recolección del material enfriando en un ánodo de cobrecobre

SíntesisSíntesisMétodo Kroto (1990, Método Kroto (1990, Sussex)Sussex) Descarga de arcoDescarga de arco ● ● En lugar de rayos láser se utilizan corrientes En lugar de rayos láser se utilizan corrientes

eléctricas de alta tensióneléctricas de alta tensión

● ● Se calientan varillas de grafito de 6 a 7 cm en Se calientan varillas de grafito de 6 a 7 cm en una campana de cristal durante 15-20 segundosuna campana de cristal durante 15-20 segundos

● ● Atmósfera de 100 torr de HelioAtmósfera de 100 torr de Helio

● ● Utiliza placas de recolección de KBrUtiliza placas de recolección de KBr

SíntesisSíntesisMétodo alternativo (en Método alternativo (en estudio)estudio) Disociación del bromuro de Disociación del bromuro de

polivinilideno (PVB) con radiación IRpolivinilideno (PVB) con radiación IR ● ● Se forman radicales de CH y CSe forman radicales de CH y C22, tanto en su estado , tanto en su estado

fundamental como en el primer estado electrónico fundamental como en el primer estado electrónico excitadoexcitado

●● El CEl C22 se forma vibracionalmente excitado se forma vibracionalmente excitado

●● En ciertas condiciones de irradiación se ha En ciertas condiciones de irradiación se ha detectado un residuo carbonoso que contiene detectado un residuo carbonoso que contiene fullerenosfullerenos

CaracterizaciónCaracterización AFM AFM

(microscopio (microscopio de fuerza de fuerza atómica)atómica)

STM STM (microscopio (microscopio efecto túnel)efecto túnel)

CaracterizaciónCaracterización Estudio de una gota con Estudio de una gota con

fullerenos en suspensión fullerenos en suspensión (mediante AFM)(mediante AFM)

PropiedadesPropiedadesPropiedades FísicasPropiedades Físicas EstabilidadEstabilidad ● ● Temperatura descomposición > 1000ºC Temperatura descomposición > 1000ºC

(depende de C(depende de Cnn)) ● ● A T<1000ºC cierta cantidad se sublima sin A T<1000ºC cierta cantidad se sublima sin

descomposición de las esferas (generación de descomposición de las esferas (generación de cristales y películas delgadas de fullerenos)cristales y películas delgadas de fullerenos)

● ● T> -13ºC las esferas rotan libremente en T> -13ºC las esferas rotan libremente en sus posiciones cristalinas (el cristal es sus posiciones cristalinas (el cristal es plástico a T ambiente)plástico a T ambiente)

● ● T< -183ºC las esferas se vuelen T< -183ºC las esferas se vuelen completamente inmóvilescompletamente inmóviles

PropiedadesPropiedadesPropiedades FísicasPropiedades Físicas Color Color (atractivos y variados colores)(atractivos y variados colores)

●● CC6060

en la naturaleza →en la naturaleza → negronegro películas delgadas → películas delgadas → mostazamostaza disolución en solventes orgánicos → disolución en solventes orgánicos →

rosarosa//magentamagenta

●● CC7070 piezas extensas → piezas extensas → gris oscurogris oscuro películas delgadas → películas delgadas → café rojizocafé rojizo en disolución → en disolución → rojo vinorojo vino

●● CC76 76 , C, C7878 y C y C8484 → → amarilloamarillo

PropiedadesPropiedadesPropiedades EléctricasPropiedades Eléctricas

Aislante eléctricoAislante eléctrico Las moléculas CLas moléculas C6060 se combinan dando un se combinan dando un

sólido cristalino que no deja pasar la sólido cristalino que no deja pasar la electricidad.electricidad.

Conductor eléctricoConductor eléctrico En cada C, tres electrones se encuentran En cada C, tres electrones se encuentran

formando enlaces con los 3 C vecinos y el formando enlaces con los 3 C vecinos y el cuarto está compartido con todos los C.cuarto está compartido con todos los C.

PropiedadesPropiedadesPropiedades químicasPropiedades químicas Acidez/BasicidadAcidez/Basicidad Ácido de Lewis, forma compuestos fácilmente con Ácido de Lewis, forma compuestos fácilmente con

átomos donadores de electrones como los metales átomos donadores de electrones como los metales alcalinos.alcalinos.

Fulléridos alcalino:Fulléridos alcalino: fulleritas a las que se le han fulleritas a las que se le han añadido átomos alcalinosañadido átomos alcalinos

fórmulafórmula →→ AA33CC60 60 (A: K, Rb, Cs y (A: K, Rb, Cs y

Na)Na) ● ● Son capaces de generar cristales del orden de 25Son capaces de generar cristales del orden de 25ÅÅ, ,

con un alto grado de desordencon un alto grado de desorden..

● ● Si se unen al Si se unen al KK y y RbRb los compuestos resultan los compuestos resultan superconductoressuperconductores, con T, con Tcríticacrítica del orden de 40 a 60ºK del orden de 40 a 60ºK

PropiedadesPropiedadesPropiedades químicasPropiedades químicas SolubilidadSolubilidad ●● Solubles en ciertos disolventes orgánicos e insolubles Solubles en ciertos disolventes orgánicos e insolubles

en disolventes polares o con enlaces de hidrógeno. en disolventes polares o con enlaces de hidrógeno.

●● Importante para la química de fullerenos que se basa Importante para la química de fullerenos que se basa

fundamentalmente en fundamentalmente en reacciones de adición:reacciones de adición:

Metales

Hidrógeno Radicales

Oxígeno

Halógenos

Adición

PropiedadesPropiedadesReactividadReactividad Adición al enlace C-CAdición al enlace C-C

BrBr22, 25ºC, 25ºC

CC6060 -------------> C -------------> C6060BrBr22 + C + C6060BrBr44

(con el Cl(con el Cl22 también reacciona a T > 300 ºC) también reacciona a T > 300 ºC)

PropiedadesPropiedadesReactividadReactividad Ciclación y polimerizaciónCiclación y polimerización Por exposición directa a la luz ultravioleta sus Por exposición directa a la luz ultravioleta sus

moléculas se polimerizan formando enlaces entre moléculas se polimerizan formando enlaces entre esferas cercanas.esferas cercanas.

El polímero ya no se disuelve en tolueno → El polímero ya no se disuelve en tolueno → fotosensiblefotosensible

Compuestos huésped-anfitriónCompuestos huésped-anfitrión Con metales de transición Con metales de transición

Reacciones de transferencia Reacciones de transferencia electrónicaelectrónica

PropiedadesPropiedadesReactividadReactividad Formación de nanotubosFormación de nanotubos

Propiedades de los nanotubosPropiedades de los nanotubos ● ● Conductividad eléctrica Conductividad eléctrica ● ● Conductividad térmica a lo largo del eje del tuboConductividad térmica a lo largo del eje del tubo ● ● Propiedades mecánicas → la fibra más fuerte Propiedades mecánicas → la fibra más fuerte

conocidaconocida ● ● Perfección molecularPerfección molecular

AplicacionesAplicacionesFullerenosFullerenos Nuevos tipos de PolímerosNuevos tipos de Polímeros ●● Polímeros electroactivos (reacciones de transferencia Polímeros electroactivos (reacciones de transferencia

de electrones)de electrones) ● ● Polímeros con propiedades de limitadores ópticos Polímeros con propiedades de limitadores ópticos

(importante en el campo de los láseres, evita el (importante en el campo de los láseres, evita el deterioro de los materiales)deterioro de los materiales)

●● Dispositivos fotoconductoresDispositivos fotoconductores Nuevos catalizadoresNuevos catalizadores Productos farmacéuticosProductos farmacéuticos

(biomedicina)(biomedicina) ●● Ciertos derivados de organometálicos de los Ciertos derivados de organometálicos de los

fullerenos muestran actividad contra VIH-1,VIH2 del fullerenos muestran actividad contra VIH-1,VIH2 del SIDASIDA

●● FototerapiaFototerapia

AplicacionesAplicacionesOtras aplicaciones Otras aplicaciones industriales (nanotubos)industriales (nanotubos) Sondas químicas y genéticasSondas químicas y genéticas Memoria mecánicaMemoria mecánica NanopinzasNanopinzas Sensores supersensiblesSensores supersensibles Almacenamiento de hidrógeno e Almacenamiento de hidrógeno e

ionesiones Materiales de máxima resistenciaMateriales de máxima resistencia Microscopio de barrido de mayor Microscopio de barrido de mayor

resoluciónresolución

BibliografíaBibliografía Agradecimiento al catedráticoAgradecimiento al catedrático Harold W. Harold W. Kroto,Kroto, descubridor de los fullerenos y descubridor de los fullerenos y premio Nobel de Química en 1996, por premio Nobel de Química en 1996, por facilitarnos información.facilitarnos información.

httphttp://://www.che.utoledo.eduwww.che.utoledo.edu//nadarajahnadarajah//webpageswebpages//whatsafm.htmlwhatsafm.htmlhttp://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/chm729/afm/http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/chm729/afm/firstpag.htmfirstpag.htmhttphttp://://www.geocities.comwww.geocities.com/ferman30//ferman30/FullereneEsp.htmlFullereneEsp.htmlhttp://www.kroto.info (hhtp://www.vega.org.uk 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_faculty_lst.asp http://www.chem.fsu.edu/people/pe_home.asphttp://www.chem.fsu.edu/people/pe_home.asp