Fulereno

Fulereno , também chamado buckminsterfullerene , qualquer uma de uma série de vazios carbono moléculas que formam uma gaiola fechada (fulerenos) ou um cilindro (nanotubos de carbono). O primeiro fulereno foi descoberto em 1985 por Sir Harold W. Kroto (um dos autores deste artigo) do Reino Unido e por Richard E. Smalley e Robert F. Curl, Jr., dos Estados Unidos. Usando um laser para vaporizar bastões de grafite em uma atmosfera de gás hélio, esses químicos e seus assistentes obtiveram moléculas semelhantes a gaiolas compostas por 60 átomos de carbono (C60) unidos por ligações simples e duplas para formar uma esfera oca com 12 faces pentagonais e 20 hexagonais - um design que lembra uma bola de futebol. Em 1996, o trio foi premiado com o premio Nobel por seus esforços pioneiros. O C60 molécula foi denominado buckminsterfullerene (ou, mais simplesmente, buckyball) em homenagem ao arquiteto americano R. Buckminster Fuller, cuja cúpula geodésica é construída nos mesmos princípios estruturais. Os primos alongados dos fulerenos, os nanotubos de carbono, foram identificados em 1991 por Iijima Sumio, do Japão.



fulereno

fulereno Duas estruturas de fulereno: um nanotubo de carbono alongado e um buckminsterfullereno esférico, ou fulereno. Encyclopædia Britannica, Inc.



Os fulerenos, particularmente o C altamente simétrico60esfera, têm uma beleza e elegância que excita a imaginação de cientistas e não cientistas, pois fazem a ponte estética lacunas entre as ciências, arquitetura, matemática , engenharia e o Artes visuais . Antes de sua descoberta, apenas dois alótropos de carbono bem definidos eram conhecidos - diamante (composto por uma matriz cristalina tridimensional de átomos de carbono) e grafite (composta por folhas empilhadas de matrizes hexagonais bidimensionais de átomos de carbono). Os fulerenos constituir uma terceira forma, e é notável que sua existência tenha escapado à descoberta até quase o final do século XX. Sua descoberta levou a uma compreensão inteiramente nova do comportamento dos materiais laminados e abriu um capítulo inteiramente novo da nanociência e da nanotecnologia - a nova química de sistemas complexos em escala atômica que exibem comportamento de materiais avançados. Os nanotubos, em particular, exibem uma ampla gama de novas propriedades mecânicas e eletrônicas. Eles são excelentes condutores de calor e eletricidade, e possuem uma surpreendente resistência à tração . Essas propriedades prometem aplicações interessantes em eletrônica, materiais estruturais e medicina. As aplicações práticas, no entanto, só serão realizadas quando o controle estrutural preciso tiver sido alcançado sobre a síntese desses novos materiais.



Buckminsterfullerenes

Durante o período de 1985–90, Kroto, trabalhando com colegas da Universidade de Sussex, Brighton, Inglaterra, usou técnicas de espectroscopia de microondas de laboratório para analisar os espectros de carbono correntes. Essas medições levaram mais tarde à detecção, por radioastronomia, de moléculas em forma de cadeia consistindo de 5 a 11 átomos de carbono em nuvens de gás interestelar e na atmosfera de estrelas gigantes vermelhas ricas em carbono. Em uma visita à Rice University, Houston, Texas, em 1984, Curl, uma autoridade em espectroscopia de microondas e infravermelho, sugeriu que Kroto visse um engenhoso aparelho de feixe de agrupamento supersônico a laser desenvolvido por Smalley. O aparelho pode vaporizar qualquer material em um plasma de átomos e então ser usado para estudar os aglomerados resultantes (agregados de dezenas a muitas dezenas de átomos). Durante a visita, Kroto percebeu que a técnica poderia ser usada para simular as condições químicas na atmosfera de estrelas de carbono e, assim, fornecer evidências convincentes para sua conjectura de que as cadeias se originavam em estrelas. Em uma agora famosa série de experimentos de 11 dias conduzidos em setembro de 1985 na Rice University por Kroto, Smalley e Curl e seus colegas de trabalho James Heath, Yuan Liu e Sean O'Brien, o aparelho de Smalley foi usado para simular a química em a atmosfera de estrelas gigantes girando a vaporização laser em grafite. O estudo não apenas confirmou que cadeias de carbono foram produzidas, mas também mostrou, por acaso, que uma espécie de carbono até então desconhecida contendo 60 átomos se formou espontaneamente em abundância relativamente alta. Tentativas de explicar a notável estabilidade do C60O agrupamento levou os cientistas à conclusão de que o agrupamento deve ser uma gaiola esferoidal fechada na forma de um icosaedro truncado - um polígono com 60 vértices e 32 faces, 12 dos quais são pentágonos e 20 hexágonos. Eles escolheram o nome criativo buckminsterfullerene para o aglomerado em homenagem ao projetista-inventor das cúpulas geodésicas, cujas idéias influenciaram a conjectura de sua estrutura.

De 1985 a 1990, uma série de estudos indicou que C60, e também C70, foram de fato excepcionalmente estáveis ​​e forneceram evidências convincentes para a proposta da estrutura da gaiola. Além disso, foram obtidas evidências da existência de outras espécies metaestáveis ​​menores, como C28, C36, e Ccinquenta, e a evidência experimental foi fornecida para complexos endoédricos, nos quais um átomo ficou preso dentro da gaiola. Experimentos mostraram que o tamanho de um encapsulado átomo determinava o tamanho da menor gaiola circundante possível. Em 1990, os físicos Donald R. Huffman dos Estados Unidos e Wolfgang Krätschmer da Alemanha anunciaram uma técnica simples para produzir quantidades macroscópicas de fulerenos, usando um arco elétrico entre duas hastes de grafite em uma atmosfera de hélio para vaporizar o carbono. Os vapores condensados ​​resultantes, quando dissolvidos em solventes orgânicos, produziram cristais de C60. Com os fulerenos agora disponíveis em quantidades viáveis, a pesquisa sobre essas espécies se expandiu a um grau notável, e o campo da química do fulereno nasceu.



O C60molécula sofre uma ampla gama de novas reações químicas. Ele prontamente aceita e doa elétron s, um comportamento que sugere possíveis aplicações em baterias e dispositivos eletrônicos avançados. A molécula adiciona prontamente átomos de hidrogênio e dos elementos halógenos. Os átomos de halogênio podem ser substituídos por outros grupos, como fenil (um hidrocarboneto em forma de anel com a fórmula C6H5que é derivado do benzeno), abrindo assim rotas úteis para uma ampla gama de novos derivados de fulereno. Alguns desses derivados exibem comportamento de materiais avançado. Particularmente importantes são os cristalinos compostos claro60com metais alcalinos e metais alcalino-terrosos; esses compostos são os únicos sistemas moleculares a exibir supercondutividade em temperaturas relativamente altas acima de 19 K. A supercondutividade é observada na faixa de 19 a 40 K, equivalente a −254 a −233 ° C ou −425 a −387 ° F.



Particularmente interessantes na química do fulereno são as chamadas espécies endoédricas, nas quais um átomo de metal (dado o genérico designação M) está fisicamente preso dentro de uma gaiola de fulereno. Os compostos resultantes (atribuídos às fórmulas [protegido por e-mail]60) foram amplamente estudados. Os metais alcalinos e os metais alcalino-terrosos, bem como os primeiros lantanóides, podem ser capturados pela vaporização de discos de grafite ou hastes impregnadas com o metal selecionado. Hélio (Ele) também pode ser preso pelo aquecimento C60em vapor de hélio sob pressão. Amostras de minutos de [e-mail protegido]60com incomum isótopo razões foram encontradas em alguns sítios geológicos, e as amostras também encontradas em meteoritos podem fornecer informações sobre a origem dos corpos nos quais foram encontrados.

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