Fullereno

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Fulereno C₅₄₀.

Os fullerenos ou fulerenos são a terceira forma mais estável do carbono, depois do diamante e o grafito. O primeiro fullereno descobriu-se em 1985 e voltaram-se populares entre os químicos, tanto por sua beleza estrutural como por sua versatilidad para a síntese de novos compostos, já que se apresentam em forma de esferas, elipsoides ou cilindros. Os fullerenos esféricos recebem com frequência o nome de buckyesferas e os cilíndricos o de buckytubos ou nanotubos. Recebem este nome de Buckminster Fuller, que empregou com sucesso a cúpula geodésica na arquitectura.

Conteúdo

1 O Buckminsterfulereno ou fulereno de C₆₀
2 Outros fullerenos
3 A predição e a descoberta
4 Propriedades
5 Possíveis riscos
6 Solubilidad
7 Matemáticas dos fulerenos
8 Leituras para aprofundar
9 Veja-se também
10 Referências
11 Enlaces externos

O Buckminsterfulereno ou fulereno de C₆₀

Buckminsterfulereno (C₆₀).

O fullereno mais conhecido é o buckminsterfulereno. Trata-se do fullereno mais pequeno com 60 átomos de carbono (C₆₀) no que nenhum dos pentágonos que o compõem compartilham uma borda; se os pentángonos têm uma aresta em comum, a estrutura estará desestabilizada (veja-se pentaleno). A estrutura de C₆₀ é a de uma figura geométrica truncada e assemelha-se a uma bola de futebol (domo geodésico), constituído por 20 hexágonos e 12 pentágonos, com um átomo de carbono na cada uma dos cantos dos hexágonos e um enlace ao longo da cada aresta. O nome de Buckminsterfulereno vem de Richard Buckminster Fuller com motivo a uma similitud da molécula com uma das construções do mencionado arquitecto.

Outros fullerenos

O fullereno C₂₀ não tem hexágonos, só 12 pentágonos, enquanto o_{C 70}, tem 12 pentágonos ao igual que o buckminsterfulereno, mas tem mais hexágonos, e sua forma neste caso se assemelha uma bola de rugby . Um nanotubo é uma substância integrada por fulerenos polimerizados, nos que os átomos de carbono a partir de um determinado ponto enlaçam com os átomos de carbono de outro fulereno.

Os fullerenos cilíndricos podem formar estruturas mais complexas, associando-se entre si e formando nanotubos.

A predição e a descoberta

Até o século XX, o grafito e o diamante eram as únicas formas alotrópicas conhecidos do carbono. Em experimentos de espectroscopía molecular, observaram-se bicos que correspondiam a moléculas com uma massa molecular exacta de 60, 70 ou mais átomos de carbono. Harold Kroto, da Universidade de Sussex, James Heath, Sejam Ou'Brien, Robert Curl e Richard Smalley, da Universidade de Encrespe, descobriram o_{C 60} e outros fulerenos em 1985, em um experimento que consistiu em fazer incidir um raio laser sobre um trozo de grafito. Eles esperavam efectivamente descobrir novos alótropos do carbono, mas supunham que seriam moléculas longas, em lugar das formas esféricas e cilíndricas que encontraram. A Kroto, Curl e a Smalley concedeu-se-lhe o prêmio Nobel de Química em 1996 , por sua colaboração na descoberta desta classe de compostos. O_{C 60} e outros fulerenos foram mais adiante observados fora do laboratório (ej. no hollín de uma vela). Para o ano 1991, era relativamente fácil produzir uns quantos gramas de pó de fulereno usando as técnicas de Donald Huffman e Wolfgang Krätschmer. A purificación do fulereno era um desafio para os químicos até faz pouco quando uma equipa de pesquisadores espanhóis desenvolveu um novo processo de obtenção.^[1] Os fulerenos endoédricos têm incorporado, entre os átomos da rede, iones ou outras moléculas mais pequenas. O fulereno é um reactivo habitual em muitas reacções orgânicas como por exemplo na reacção de Bingel, descoberta em 1993 .

Propriedades

Vista rotatória de C60 Fulereno Buckminister

A começos do século XXI, as propriedades químicas e físicas de fulerenos ainda estão baixo intenso estudo, em laboratórios de investigação pura e aplicada. Em abril de 2003, estava a estudar-se o potencial uso medicinal dos fulerenos, fixando antibióticos espécificos em sua estrutura para atacar bactérias resistentes e certas células cancerígenas, tais como o melanoma.

Os fulerenos não são muito reactivos devido à estabilidade dos enlaces tipo grafito, e é também muito pouco soluble na maioria de disolventes. Entre os disolventes comuns para os fulerenos incluem-se o tolueno e de disulfuro de carbono. As dissoluções de buckminsterfulereno puro têm uma cor púrpura intenso. O fulereno é a única forma alotrópica do carbono que pode ser dissolvida. Os pesquisadores têm podido aumentar seu reactividad unindo grupos activos às superfícies dos fulerenos. O buckminsterfulereno não apresenta "superaromaticidad", isto é, os elétrons dos anéis hexagonais não podem deslocalizar na molécula inteira.

Podem-se atrapar outros átomos dentro dos fulerenos; de facto existem evidências disso graças à análise do gás nobre conservado nestas condições depois do impacto de um meteorito no final do período Pérmico. No campo da nanotecnología, a resistência térmica e a superconductividad são algumas das características mais profundamente estudadas.

Um método habitual para produzir fulerenos é fazer passar uma corrente eléctrica intensa entre dois eléctrodos de grafito próximos em atmosfera inerte. O arco resultante entre os dois eléctrodos produz um depósito de hollín do que se podem isolar muitos fulerenos diferentes.

Possíveis riscos

Ainda que pensa-se que as buckyesferas são em teoria relativamente inertes, uma apresentação dada à Sociedade Química Estadounidense em março de 2004 e descrita em um artigo publicado na revista New Scientist o 3 de abril de 2004, sugere que a molécula é perjudicial para os organismos. Um experimento levado a cabo por Eva Oberdörster na Southern Methodist University, no que introduziu fulerenos em água em concentrações de 0,5 partes por milhão, mostrou que um tipo de salmón (Micropterus salmoides) sofreu um dano celular no tecido cerebral 17 vezes superior, 48 horas depois. O dano consistia em uma peroxidación lipídica a nível da membrana celular, o que deteriora o funcionamento desta. Produziram-se também inflamaciones no hígado e a activação de genes relacionados com a síntese de enzimas reparadoras.

Solubilidad

Rotating C₅₄₀ animation

noicon

Rotating stereogram of the C₅₄₀ structure. (4.30 MB, formato GIF animado).

Rotating C₆₀ animation

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Rotating C₆₀ structure. (1.42 MB, formato GIF animado ).

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A seguinte pronta mostra os disolventes em ordem decreciente de solubilidad para uma mistura de C₆₀/C₇₀). Os valores entre parênteses indicam a concentração de saturación.

1,2,4-triclorobenceno (20 mg/ml)
disulfuro de carbono (12 mg/ml)
tolueno (3,2 mg/ml)
benceno (1,8 mg/ml)
cloroformo (0,5 mg/ml)
tetracloruro de carbono (0,4 mg/ml)
ciclohexano (0,054 mg/ml)
n-hexano (0,046 mg/ml)
tetrahidrofurano (0,037 mg/ml)
acetonitrilo (0,02 mg/ml)
metanol (0,0009 mg/ml)

Matemáticas dos fulerenos

Em termos matemáticos, a estrutura de um fulereno é um poliedro convexo com caras pentagonales e hexagonais.

Com ajuda da fórmula de Euler : caras + Vértices - arestas = 2, além do facto de que a cada vértice em uma estrutura de fulereno pertence exactamente a três caras, se pode demonstrar facilmente que em um fulereno há exactamente 12 pentágonos. O fulereno mais pequeno é o_{C 20}, o dodecaedro. Não existem fulerenos com 22 vértices. O número de fulerenos C_2n diferentes cresce de maneira muito rápida ao aumentar o valor de n; por exemplo, há 1.812 fulerenos C₆₀, mas só um deles, o buckminsterfulereno, não tem pentágonos adjacentes.