Un defecto de Stone-Wales es un defecto cristalográfico que implica el cambio de conectividad de dos átomos de carbono unidos por enlaces π , lo que lleva a su rotación de 90° con respecto al punto medio de su enlace. [1] La reacción comúnmente implica la conversión entre una estructura similar al naftaleno en una estructura similar al fulvaleno , es decir, dos anillos que comparten un borde frente a dos anillos separados que tienen vértices unidos entre sí.
La reacción ocurre en nanotubos de carbono , grafeno y estructuras de carbono similares, donde los cuatro anillos adyacentes de seis miembros de una región similar al pireno se transforman en dos anillos de cinco miembros y dos anillos de siete miembros cuando el enlace que une dos de los anillos adyacentes gira. En estos materiales, se cree que la reorganización tiene implicaciones importantes para las propiedades térmicas, [3] químicas, eléctricas y mecánicas. [4] La reorganización es un ejemplo de una reorganización de piracicleno.
El defecto recibe su nombre de Anthony Stone y David J. Wales de la Universidad de Cambridge , quienes lo describieron en un artículo de 1986 [5] sobre la isomerización de los fulerenos . Sin embargo, un defecto similar fue descrito mucho antes por GJ Dienes en 1952 en un artículo sobre los mecanismos de difusión en el grafito [6] y más tarde en 1969 en un artículo sobre los defectos en el grafito de Peter Thrower . [7] Por esta razón, a veces se utiliza el término defecto de Stone–Thrower–Wales .
Los defectos se han obtenido mediante microscopía de efecto túnel [ cita requerida ] y microscopía electrónica de transmisión [8] y se pueden determinar utilizando varias técnicas de espectroscopia vibracional . [ cita requerida ]
Se ha propuesto que el proceso de coalescencia de los fulerenos o nanotubos de carbono puede ocurrir a través de una secuencia de tales reordenamientos. [ cita requerida ] Se cree que el defecto es responsable de la plasticidad a nanoescala y de las transiciones frágil-dúctil en los nanotubos de carbono. [ cita requerida ]
La energía de activación para el movimiento atómico simple que da lugar a la rotación de enlace aparente en los defectos de Stone-Wales es bastante alta (una barrera de varios electronvoltios ) . [4] [9] pero varios procesos pueden crear los defectos a energías sustancialmente más bajas de lo que podría esperarse. [8]
El reordenamiento crea una estructura con menor estabilización de resonancia entre los átomos sp 2 involucrados y mayor energía de deformación en la estructura local. Como resultado, el defecto crea una región con mayor reactividad química, que incluye actuar como nucleófilo [ cita requerida ] y crear un sitio preferido para la unión a átomos de hidrógeno. [10] La alta afinidad de estos defectos por el hidrógeno, junto con la gran área superficial del material a granel, podría hacer que estos defectos sean un aspecto importante en el uso de nanomateriales de carbono para el almacenamiento de hidrógeno. [10] La incorporación de defectos a lo largo de una red de nanotubos de carbono puede programar un circuito de nanotubos de carbono para mejorar la conductancia a lo largo de una ruta específica. [ cita requerida ] En este escenario, los defectos conducen a una deslocalización de carga, que redirige un electrón entrante por una trayectoria determinada.
Medios relacionados con el defecto de Stone-Wales en Wikimedia Commons