Alótropos del carbono: grafito, diamante y fullerenos.

Por Alvms 

Los elementos pueden existir en diversas formas, o alótropos, dependiendo de las condiciones y modos en que se han formado. Así se conocen más de 40 formas de carbono muchas de las cuales son amorfas y no cristalinas.

Por ejemplo, el coque es el residuo sólido que se obtiene después de separar los componentes volátiles del petróleo crudo o del carbón. La combustión incompleta de los compuestos orgánicos produce hollín. El negro de carbón es un importante producto comercial, que resulta de calentar los hidrocarburos a temperaturas cercanas a 1000ºC en ausencia de aire, y que tiene múltiples aplicaciones, entre ellas como tinta de impresión. El carbón activo es altamente poroso y posee la propiedad de absorber trazas de sustancias orgánicas del aire (filtros de aire, máscaras de gas) y del agua (filtros de agua). Probablemente las formas cristalinas más conocidas del carbono son el grafito y el diamante.

Grafito            Diamante

El grafito, el alótropo de carbón más estable, esta formado por un extenso sistema políciclico de anillos bencénicos fusionados que se disponen en capas, separadas entre sí 3,35 A. El carácter completamente deslocalizado de estas láminas, formadas únicamente por la unión de carbonos sp2, es el origen del color negro y de la conductividad del grafito. Además, como estas láminas pueden desplazarse lateralmente, el grafito tiene propiedades lubricantes. También se emplea en las minas de los lápices.

En el diamante, los átomos de carbono, todos ellos con hibridación sp3, forman una red entrecruzada de ciclohexanos en conformación silla. Debido a ello el diamante es incoloro, aislante, y el más denso y duro de los materiales conocidos. Es menos estable que el grafito, en 0,45 kcal/g De átomo de C. Se transforma en grafito a altas temperaturas o cuando se somete a una radiación de energía elevada, propiedad que, es poco apreciada en joyería.

En 1985, Curl, Kroto y Smalley efectuaron un sorprendente descubrimiento, que les valió el premio Nobel de Química en 1996: el buckminsterfullereno , de forma molecular C60, una nueva forma alótropica de carbono, de estructura semejante a un balón de fútbol. Concretamente, observaron que la evaporación del grafito por acción del láser originaba diversos agregados de carbono en fase de vapor, entre los que abundaban especies de 60 átomos. La estructura que mejor explica este agregado y que respeta la tetravalencia del carbono es la que forman 20 anillos de benceno fusionados, combándose sobre sí mismos hasta adoptar una disposición esférica y con las valencias sobrantes definiendo 12 pentágonos: una especie de icosaedro truncado de 60 vértices equivalentes.

                                                Fullereno C60

La molécula fue bautizada como buckminsterfullereno, en honor a Buckminster Fuller, ya que su forma recuerda las bóvedas geodésicas que él diseñaba. Es una molécula soluble en disolventes orgánicos, lo cual fue de gran ayuda en la determinación de la estructura y de sus propiedades químicas. Por ejemplo, el espectro de RMN de 13C da la única señal a 142,7 ppm que demuestra que es una molécula únicamente formada por carbonos sp2. Debido a la curvatura, los anillos de benceno que forman el C60 están tensionados y poseen una energía de 10,16 kcal/g de átomo de C con respecto al grafito. Esta tensión estructural se manifiesta en la variada reactividad de la molécula, que incluye reacciones de adicción electrófila, nucleófila, radicalaria y concertadas.

El hallazgo del C60 condujo a descubrimientos como el desarrollo de métodos sintéticos a escala multigramo; el aislamiento de muchos otros agregados de carbono de talla superior, designados con el nombre genérico de "fullerenos" , como por ejemplo el C70, de estructura parecida a una pelota de rugby; sistemas quirales como el C76; isómeros de C60; fullerenos capaces de encapsular átomos de He o átomos metálicos (fullerenos endoedrales); y la síntesis de sales con propiedades conductoras, como Cs3C60, que se comporta como un superconductor a 40K. Además, nuevos estudios han relevado que pueden  generarse C60 y otros fullerenos en la combustión imcompleta de sustancias orgánicas en condiciones especiales, o mediante diversos tratamientos térmicos del hollín. Es decir, son "productos naturales", probablemente presentes en nuestro planeta desde su origen.

Por lo que respecta a sus aplicaciones como materiales, tal vez la más útil sean los nanotubos, moléculas cilíndricas basadas en el motivo estructural de los fullerenos. Los nanotubos pueden dar lugar a materiales más duros que el diamante, y a la vez, poseer carácter elástico y propiedades magnéticas y eléctricas singulares. También pueden actuar como "embalaje" de catalizadores metálicos o biomoléculas. No es de extrañar que los fullerenos hayan adquirido un gran protagonismo en nanotecnología, campo de reciente desarrollo que tiene como objetivo el diseño de dispositivos a escala molecular.

                                                        Nanotubo

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17 Comentarios to “Alótropos del carbono: grafito, diamante y fullerenos.”

  1. CHRISTIAN JACQ on 2007-01-10 11.32 pm

    El descubrimiento de los fullerenos resultó ser uno de los hallazgos más sorprendentes de la historia reciente de la química.No me ha quedado claro si la síntesis de nanotubos de carbono se realiza a partir de los fullerenos o guardan simplemente una relación estructural. Constituyen “nano-estructuras” y presentan muchas aplicaciones, por ejemplo, incrementan la potencia de transporte y la transmisión de información en comunicaciones (http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/diccionario/Buckyballs.htm). También los fullerenos han sido claves en la resolución de uno de los mayores misterios de la Tierra ocurrido hace 250 millones de años y cuya investigación ha sido llevada a cabo por una serie de investigadores de la Universidad de Washington(http://www.seed.slb.com/es/scictr/watch/fullerenes/clue.htm).
    Además los fullerenos tienen otras utilidades, se emplean en algunos suavizantes y cremas solares lo que ha generado ya cierta polémica y ha hecho que ciertos grupos soliciten a la FDA (Food and Drug Administration) la retirada de ciertos productos (http://www.rel-uita.org/nanotecnologia/cremas_solares.htm)

  2. ALVARO MARTÍN SANZ (alvms) on 2007-01-12 11.41 am

    COMENTARIO PARA COMPLETAR: EL BUCKMINSTERFULLERENO.

    Es una forma alótropica del carbono compuesta por clusters o agregados de 60 átomos de carbono unidos formando una estructura poliédrica formada por hexágonos y pentágonos. Fue identificado en 1985 entre los productos obtenidos al calentar con un láser muy potente un blanco de grafito. También se produce al realizar una descarga con un arco eléctrico usando electrodos de grafito en atmósfera inerte. La molécula C60 toma su nombre del arquitecto estadounidense Richard Buckminster Fuller (1895-1983) por la semejanza de la estructura de la molécula con la cúpula geodésica inventada por Fuller. Las moléculas se conocen informalmente como buckybolas; de manera más formal la sustancia se denomina fullereno. Es un sólido cristalino amarillo (fullerita), soluble en benceno.
    Se conocen varios derivados del fullereno con grupos orgánicos unidos a átomos de carbono de la esfera. Además, es posible producir nuevos compuestos encapsulados introduciendo iones metálicos en la esfera C60. Algunos muestran propiedades semiconductoras. El método del arco eléctrico también produce un número menor de otros fullerenos como el C70, con estructuras moleculares menos simétricas. También es posible producir formas del carbono en las que los átomos se unen formando cilindros con diámetros de unos pocos nanómetros. Se denominan buckytubos o nanotubos.
    Páginas web:
    http://www.monografias.com/trabajos10/geom/geom.shtml#bu
    http://canales.laverdad.es/cienciaysalud/6_3_35.html
    http://sunsite.dcc.uchile.cl/nuevo/ciencia/CienciaAlDia/volumen1/numero1/articulos/articulo4.html

  3. alekei on 2007-01-21 5.18 am

    hola
    quisiera saber cuanto es el tiempo que el arco electrico actue con los electrodos de grafito para fomar los fullerenos y cuanto debe de ser el voltaje del arco elctrico y la catidad de helio
    atentamente gracias

  4. ALVARO MARTIN SANZ (alvms) on 2007-03-13 9.56 am

    En 1985 se descubrió la primera forma alotrópica de lo que posteriormente se vio que era una amplia serie de compuestos. En experimentos diseñados para simular las condiciones que existen cerca de las estrellas rojas gigantes, se descubrieron una serie de compuestos de carbono que fueron caracterizados por espectroscopia de masas. El pico más intenso del espectro se encontró a 720 u, correspondiente a la molécula C60. Durante un tiempo, la propuesta de una estructura aceptable para esta molécula fue un reto. Ni la estructura del diamante ni la del grafito podían justificar una molécula con 60 átomos de carbono, ya que los enlaces "colgantes" debían permanecer en los bordes de las estructuras. La estructura que se propuso finalmente y que fue confirmada por espectroscopía de rayos X, es la de un icosaedro truncado, una figura tridimensional compuesta por doce pentágonos y veinte caras hexagonales, con un átomo de carbono en cada uno de sus sesenta vértices.
    Paginas web:
    http://es.wikipedia.org/wiki/Carbono
    http://www.icare.cl/innovacion05/pdf/s1-e2-fernando_lund.pdf
    http://www.seed.slb.com/es/scictr/watch/fullerenes/index.htm

  5. ALVARO MARTIN SANZ (alvms) on 2007-03-13 10.00 am

    La investigación sobre fullerenos ha conducido al descubrimiento de un tipo de forma alotrópica del carbono, los nanotubos. Podemos pensar en la estructura de un nanotubo de la siguiente manera: imaginemos una ordenación bidimensional de anillos hexagonales de átomos de carbono, denominada hoja de carbeno. Una estructura macrocópica análoga es una malla hexagonal de alambre. Ahora imaginemos que se enrolla la hoja de grafeno dentro de un cilindro (algo que un corte de rollo de esta malla parece hacer de forma natural). Finalmente cerraríamos los extremos de la hoja de grafeno cilíndrica con un fullereno. Los diámetros de estos tubos son del orden de unos pocos nanómetros (de aquí el nombre de nanotubos). Su longitud puede variar desde unos pocos nanómetros hasta un micrómetro o más. Los nanotubos poseen propiedades electrónicas y mecánicas inusuales que prometen algunas aplicaciones en el mundo macroscópico y probablemente muchas más en el mundo submicroscópico de la nanotecnología. Por ejemplo los nanotubos podrían utilizarse algún día en canales moleculares en el interior de las células. Otra esperanza de los nanotubos es su capacidad de "encerrar" el virus VIH y evitar que este se reproduzca. De hecho, los químicos están investigando en este asunto y veremos que nos depara en el futuro. No sería de extrañar que una posible vacuna contra el sida tenga a una de estas moléculas como protagonista aunque de momento esta posibilidad no es útil por los efectos secundarios que provoca.
    Paginas web:
    http://es.wikipedia.org/wiki/SIDA
    http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/diccionario/nanotubos.htm
    http://es.wikipedia.org/wiki/Nanotubo

  6. carlitos on 2007-05-16 6.08 pm

    Hola mi nombre es carlos, estoy casado con hijos, me encantaaaa la quimica, y gran hermano 2007 !

    los felicito por esta paginaa maravillosa y muchas gracias por darnos esta oportunidad unica!

  7. marzia on 2007-05-21 4.11 pm

    podria enbviarm la estrura completa molecular del diamante

  8. jorge on 2007-05-31 9.42 pm

    Pues es interesante lo que aqui se comenta,hojalá algun ing. en materiales nos pueda ilustraraun mas con las diferentes aplicaciones que pudiera tener este compuesto molecular. Supongo que para la electrónica debe haber alguna

  9. julio chocano on 2007-06-27 2.27 am

    Hola Amigos…..
    quiciera que me ayudaran a resolver un problema pendiente que me falta para poder enchapar electroliticamente oro sobre el vidrio…..
    se utiliza el grafito para hacerlo conductor de la ccee pero no se como es la tecnica para de su aplicacion…..he realizado pruebas y no pasa nada de cc ee . Esto tiene una forma de aplicacion que vengo buscando y no lo encuentro…………pido esta colaboracion a tantos ingenieros quimicos tan aptos para que me explique la forma de volverlos conductores de la cc ee……….Realmente les agradecere infinitamente y habran colaborado conmigo a cumplir un sueño .
    gracias

  10. Carmen Guadalupe Martinez Hernandez on 2007-07-02 5.36 pm

    Estoy realizando mi tesis a cerca de la quimica combinatoria, y dentro de ella se explican los nuevos materiales y estos son de gran importancia por lo que les pediria que me ayuden a saber más cosas de ellos

  11. gabithah on 2007-07-03 7.24 pm

    ken me puede decir informacion acerka del grafito es urgente es unntrabajo kn 2 nuthithasssssssssssssssss
    x fassssssssssssss

  12. reyna del carmen on 2007-08-30 4.40 pm

    hola quisiera saber si me pueden ayudar con la investigacion de los fullerenos quisiera saber de lo de antes y de ahora lo q pasa q me lo dejaron de tarea investigar algunos temas x fa es importante mi correo es burbuja_reyna2@hotmail.com, soy reyna del camrne estudio lic. en fisica en la ujat x favor comuniquense conmigo.

  13. JAMD on 2007-09-26 7.23 pm

    Para una información mas completa consulta http://www.carbon.asturi.as

  14. cesar andres on 2008-05-04 11.25 pm

    que otras estructuras geodecicas se han construido hasta el momento

  15. valentin on 2009-11-10 1.06 am

    que onda CUATES LEES dejo saludos a todos los adorooo son bien chin….
    jeje tc.
    bex

  16. titi on 2013-05-22 3.27 am

    hola mas necesiatria info sobre el grafito, el diamante , fulereno, y nanotubos antes del jueves. Gracias!

  17. Pedro Hidalgo on 2013-05-29 1.04 pm

    Hola titi, existe mucha bibliografia a respecto. Necesitaría saber si la información que necesitas ha de ser muy especializada o no.

    Saludos