El fulereno C70 es una molécula de fulereno que consta de 70 átomos de carbono . Tiene una estructura de anillo fusionado con forma de jaula que se asemeja a una pelota de rugby, formada por 25 hexágonos y 12 pentágonos , con un átomo de carbono en los vértices de cada polígono y un enlace a lo largo de cada borde del polígono. Una molécula de fulereno relacionada, llamada buckminsterfullereno (o fulereno C60 ) consta de 60 átomos de carbono.
Fue preparado intencionalmente por primera vez en 1985 por Harold Kroto , James R. Heath , Sean O'Brien, Robert Curl y Richard Smalley en la Universidad Rice . Kroto, Curl y Smalley recibieron el Premio Nobel de Química en 1996 por su papel en el descubrimiento de los fulerenos con forma de jaula. El nombre es un homenaje a Buckminster Fuller , a cuyas cúpulas geodésicas se asemejan estas moléculas. [4]
Las predicciones teóricas de las moléculas de buckyball aparecieron a finales de los años 1960 y principios de los años 1970, [5] pero pasaron en gran medida desapercibidas. A principios de los años 1970, un grupo de la Universidad de Sussex , dirigido por Harry Kroto y David Walton, estudió la química de las configuraciones de carbono insaturado. En los años 1980, Richard Smalley y Bob Curl de la Universidad Rice , Texas , desarrollaron una técnica para aislar estas sustancias. Utilizaron la vaporización láser de un objetivo adecuado para producir grupos de átomos. Kroto se dio cuenta de ello utilizando un objetivo de grafito . [6]
El C 70 fue descubierto en 1985 por Robert Curl, Harold Kroto y Richard Smalley. Mediante la evaporación láser del grafito encontraron cúmulos de C n (para n par con n > 20) de los cuales los más comunes fueron C 60 y C 70 . Por este descubrimiento fueron galardonados con el Premio Nobel de Química de 1996 . El descubrimiento de las buckybolas fue fortuito, ya que los científicos pretendían producir plasmas de carbono para replicar y caracterizar materia interestelar no identificada . El análisis de espectrometría de masas del producto indicó la formación de moléculas de carbono esferoidales. [5]
En 1990, K. Fostiropoulos, W. Krätchmer y D. R. Huffman desarrollaron un método simple y eficiente para producir fulerenos en cantidades de gramos e incluso kilogramos, lo que impulsó la investigación sobre los fulerenos. En esta técnica, el hollín de carbono se produce a partir de dos electrodos de grafito de alta pureza encendiendo una descarga de arco entre ellos en una atmósfera inerte (gas helio). Alternativamente, el hollín se produce por ablación láser de grafito o pirólisis de hidrocarburos aromáticos . Los fulerenos se extraen del hollín mediante un procedimiento de varios pasos. Primero, el hollín se disuelve en disolventes orgánicos apropiados. Este paso produce una solución que contiene hasta un 70% de C 60 y un 15% de C 70 , así como otros fulerenos. Estas fracciones se separan mediante cromatografía . [7]
La molécula C 70 tiene una simetría D 5h y contiene 37 caras (25 hexágonos y 12 pentágonos) con un átomo de carbono en los vértices de cada polígono y un enlace a lo largo de cada borde del polígono. Su estructura es similar a la de la molécula C 60 (20 hexágonos y 12 pentágonos), pero tiene un cinturón de 5 hexágonos insertados en el ecuador. La molécula tiene ocho longitudes de enlace que varían entre 0,137 y 0,146 nm. Cada átomo de carbono en la estructura está unido covalentemente con otros 3. [8]
El C 70 puede sufrir seis reducciones reversibles de un solo electrón a C6−
70, mientras que la oxidación es irreversible. La primera reducción requiere alrededor de 1,0 V ( Fc / Fc+
), lo que indica que C 70 es un aceptor de electrones. [9]
Los fulerenos son poco solubles en muchos disolventes aromáticos , como el tolueno y otros como el disulfuro de carbono , pero no en agua. Las soluciones de C 70 son de color marrón rojizo. Se pueden formar cristales de C 70 de tamaño milimétrico a partir de la solución. [11]
El C 70 sólido cristaliza en polimorfos monoclínicos , hexagonales, romboédricos y cúbicos centrados en las caras (fcc) a temperatura ambiente. La fase fcc es más estable a temperaturas superiores a 70 °C. La presencia de estas fases se racionaliza de la siguiente manera. En un sólido, las moléculas de C 70 forman una disposición fcc donde la simetría general depende de sus orientaciones relativas. La forma monoclínica de baja simetría se observa cuando la rotación molecular está bloqueada por la temperatura o la tensión. La rotación parcial a lo largo de uno de los ejes de simetría de la molécula da como resultado simetrías hexagonales o romboédricas más altas, que se convierten en una estructura cúbica cuando las moléculas comienzan a girar libremente. [2] [12]
Todas las fases de C 70 forman cristales parduzcos con una banda prohibida de 1,77 eV; [2] son semiconductores de tipo n en los que la conductividad se atribuye a la difusión del oxígeno al sólido desde la atmósfera. [13] La celda unitaria del sólido fcc C 70 contiene huecos en 4 sitios octaédricos y 12 tetraédricos. [14] Son lo suficientemente grandes como para dar cabida a átomos de impurezas. Cuando se dopan estos huecos con elementos donadores de electrones, como los metales alcalinos, el C 70 se convierte en un conductor con una conductividad de hasta alrededor de 2 S /cm. [15]