Los fullerenos (o fulerenos) son una clase de moléculas constituidas exclusivamente por átomos de carbono; por lo tanto pueden considerarse una forma alotrópica de este elemento. El primer fullereno que se sintetizó intencionadamente lo obtuvo en 1985 un grupo de investigadores liderados por H. W. Kroto y R. E. Smalley[1], quienes serían galardonados en 1996 con el Premio Nobel de Química por este hallazgo. A la nueva molécula la llamaron Buckminsterfullerene o C60, en homenaje a Richard Buckminster Fuller, un polifacético diseñador y escritor norteamericano a quien se le considera el padre de las cúpulas geodésicas en arquitectura. En la figura 10.1 se muestra uno de sus diseños, concretamente el de la llamada Biosphère, situada en Montreal y erigida para albergar el pabellón americano en la Exposición Universal de 1967 celebrada en esa ciudad canadiense.
El fullereno C60 está constituido, como indica su nombre, por 60 átomos de carbono con un estado de hibridación sp2 que constituyen un icosaedro truncado de 32 caras (12 pentágonos y 20 hexágonos). Tal como muestra la figura 10.1, su aspecto recuerda inequívocamente al de un balón de fútbol convencional. Debido a esta peculiar estética, los fullerenos se han hecho especialmente conocidos no solo en los ámbitos científicos, sino también en la cultura popular.
El fullereno C60 es un sólido poco denso de color negro, parecido al carbón, insoluble en agua y que cristaliza en un sistema cúbico centrado en las caras. La estructura cristalina deja intersticios suficientemente grandes como para alojar a distintas especies, formando otros compuestos. Fue obtenido por primera vez usando un láser para evaporar una muestra de grafito y su presencia fue detectada mediante espectroscopía de masas, encontrándose fragmentos que solo podían asignarse a agrupaciones de átomos de tipo Cn con n > 20 y abundando los fragmentos con n = 60.
A nivel atómico ya hemos comentado que forma una estructura cerrada, aproximadamente esférica, con un diámetro medio de unos 7 Å. Existen dos tipos distintos de enlaces C–C dentro de la molécula cuyas longitudes son 1,39 Å para aquellos enlaces que constituyen un lado común a dos hexágonos y una distancia algo mayor, de 1,44 Å, cuando el lado pertenece a un hexágono y un pentágono simultáneamente.
Aunque el C60 fue el fullereno que se sintetizó en primer lugar, existe toda una familia de fullerenos constituidas por otras moléculas de distintos tamaños, como se muestra en la figura 10.2. En general todos presentan muchas propiedades comunes. El menor de los fullerenos es el C20, que no posee hexágonos sino únicamente 12 pentágonos que constituyen un dodecaedro. El fullereno C70, que también es frecuente, tiene 12 pentágonos como el C60, pero un mayor número de hexágonos, por lo que su aspecto es más oblongo.
Durante la década de 1990 se investigó intensamente la química de los fullerenos, ya que estos compuestos son susceptibles de experimentar un gran número de reacciones, como atestiguan diversas monografías especializadas[3]. Por ejemplo, los fullerenos pueden dar lugar a compuestos organometálicos actuando como ligandos o a diferentes complejos de coordinación. Pueden polimerizar o formar aductos cíclicos y también heterofullerenos cuando se sustituyen algunos átomos de carbono por otros como el nitrógeno, o incluso alojar en su interior átomos metálicos o pequeños clústeres. Toda esta versatilidad dio lugar a muchas líneas de investigación para encontrar moléculas y sólidos moleculares con variadas propiedades.
[1] H. W. Kroto et al. Nature 318 (1985) 162-163. https://doi.org/10.1038/318162a0.
[2] P. D. Q. Huyab y M. S. Li: Phys. Chem. Chem. Phys. 16 (2014) 20030-20040. https://doi.org/10.1039/C4CP02348J.
[3] Véanse por ejemplo: M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus y P. C. Eklund. Science of Fullerene and Carbon Nanotubes. Academic Press (1996); o A. Hirsch y M. Brettreich. Fullerenes: Chemistry and Reactions. Wiley-VCH (2005).
Este texto pertenece al libro:
Carlos Romero Muñiz, José M.ª Gavira Vallejo: Noventa materiales de ingeniería para la enseñanza de Física y Química. Triplenlace.com, 2025. https://triplenlace.com/aula-libros/90mi/ .
