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Balones de carbono

Nobel de Qu¨ªmica por el hallazgo de los fulerenos

Hay premios Nobel r¨¢pidos y lentos. Por lo general, la Academia Sueca de Ciencias se toma un cierto tiempo antes de considerar que un descubrimiento, o una carrera cient¨ªfica en su conjunto, son merecedores del premio. Los fulerenos han sido un premio Nobel r¨¢pido. Desde el principio ha existido un consenso amplio en la comunidad cient¨ªfica sobre la importancia del descubrimiento, y sobre las personas que lo hicieron posible.La consideraci¨®n que merece un trabajo de investigaci¨®n depende, en gran medida, del n¨²mero de ideas aceptadas que pone en entredicho. Los fulerenos cambiaron radicalmente nuestra visi¨®n sobre el carbono y sus compuestos. El carbono es el elemento m¨¢s estudiado por el hombre, por razones obvias. La qu¨ªmica org¨¢nica est¨¢ dedicada al estudio de los compuestos del carbono, y constituye una fracci¨®n muy importante de la qu¨ªmica en general. Hasta 1985 se cre¨ªa que se sab¨ªa todo sobre el carbono puro. Se le supon¨ªa existir solamente en una forma noble, el diamante, y en forma de grafito, que adem¨¢s de servir para minas de l¨¢pices forma el grueso del carb¨®n mineral. A la temperatura y presi¨®n de la superficie de la Tierra, el grafito es ligeramente m¨¢s estable.

El descubrimiento del C60 apareci¨®, con todos los honores, como resultado de una colaboraci¨®n entre H. Kroto y R. Smalley y R. Curl. El objetivo era el estudio de agregados peque?os de ¨¢tomos (clusters, en ingl¨¦s), y estaba motivada por el descubrimiento reciente de nuevos compuestos de carbono en el espacio exterior.

Analizando los tama?os de gotas microsc¨®picas de ¨¢tomos de carbono, formados mediante una descarga l¨¢ser, se observ¨® un clar¨ªsimo m¨¢ximo en la fracci¨®n relativa de agregados con exactamente 60 ¨¢tomos de carbono. Igualmente se observaron otros m¨¢ximos bien definidos para otros n¨²meros m¨¢gicos mayores. Una vez conocido el n¨²mero de ¨¢tomos, quedaba el determinar la estructura espacial del agregado.

Dado que el carbono tiene una predisposici¨®n a formar redes hexagonales y a rodearse de tres vecinos, los cient¨ªficos estadounidenses y brit¨¢nicos trataron durante un tiempo en cuadrar el c¨ªrculo: obtener una estructura cerrada tridimensional a base de hex¨¢gonos, similar a un panal curvo. Existe un famoso teorema en geometr¨ªa que demuestra que esto es imposible. Al cabo de un tiempo se dieron cuenta que para cerrar la estructura era necesario incluir pent¨¢gonos y hex¨¢gonos. La red de ¨¦ste, con 60 posiciones id¨¦nticas, no es sino la estructura formada por las costuras de un bal¨®n de f¨²tbol.

La trascendencia del descubrimiento no se apreci¨® en toda su magnitud hasta que se dispuso de un m¨¦todo para sintetizar C60 en grandes cantidades, y fue posible en 1990, tras el trabajo de cient¨ªficos del Instituto Max Planck de Heidelberg (Alemania) y la Universidad de Tucson (EE UU), tambi¨¦n interesados en reproducir los procesos de s¨ªntesis en el espacio exterior.

A partir de ese momento la investigaci¨®n en los nuevos compuestos de carbono puro se dispar¨®, y los resultados sorprendentes no han dejado de producirse. Se encontr¨® que el C60 se produce de forma natural en procesos de combusti¨®n, y que quiz¨¢ es uno de los componentes m¨¢s abundantes del holl¨ªn. Se sintetizaron otros compuestos similares, como el C70, que tiene una forma de bal¨®n de rugby. Se cristaliz¨® en C60, y se le a?adi¨® otros elementos, de forma similar al proceso de dopado de semiconductores. Los compuestos resultantes resultaron ser superconductores, y a temperaturas que hubieran parecido extraordinarlamente elevadas hace 10 a?os (30 K). Se encontraron fullerenos gigantes (las buckyonions, buckycebollas). Se han introducido otros elementos dentro de la c¨¢scara que forman los ¨¢tomos de carbono en el C60.

En la actualidad despiertan gran inter¨¦s los llamados nanotubos de carbono. De la misma forma que el C60 tiene la forma aproximada de una esfera, estos materiales parecen cilindros, de radio microsc¨®pico, formados por carbono puro; son muy r¨ªgidos, y sus propiedades conductoras est¨¢n siendo investigadas intensivamente, tanto por su inter¨¦s pr¨¢ctico como por la posibilidad de que presenten un cierto tipo de propiedades an¨®malas, predichas te¨®ricamente, pero nunca observadas.

La historia de los fulerenos da una imagen muy t¨ªpica de la ciencia actual: unos investigadores se asocian para utilizar unas t¨¦cnicas muy avanzadas (formaci¨®n de agregados por descargas con l¨¢seres) en el estudio de la formaci¨®n de compuestos de carbono en el interior de las estrellas, y los resultados abren unas perspectivas insospechadas en campos como bastante alejados, como superconductividad, magnetismo o nanoestructuras, con inter¨¦s pr¨¢ctico a¨²n por determinar. Los resultados realmente utilizables no est¨¢n muy relacionados con la motivaci¨®n original ni con los avances posteriores: hemos descubierto de qu¨¦ est¨¢ compuesto el holl¨ªn, el C60 es un lubrificante excelente.

Francisco Guinea es profesor de investigaci¨®n en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC).

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