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Ciencia y salud

Por José Antonio Lozano Teruel

Fullerenos: nueva familia de moléculas

Robert F. CurI, director del departamento de química de la Universidad de Rice, colabora desde hace 8 años con el catedrático de química Richard E. Smalley en la búsqueda de nuevos materiales y semiconductores

Robert F. CurI, director del departamento de química de la Universidad de Rice, colabora desde hace 8 años con el catedrático de química Richard E. Smalley en la búsqueda de nuevos materiales y semiconductores. En 1985 hicieron un descubrimiento trascendental que desde entonces no ha dejado de producir interesantes sorpresas: la obtención de unas nuevas moléculas discretas, estables, constituidas exclusivamente por numerosos átomos de carbono, por ejemplo 60, los llamados C60.
 
Hasta entonces se conocían dos formas de carbono puras: el grafito y el diamante, ambas con redes tridimensionales infinitas, mientras que las nuevas moléculas, además de tener un número fijo de átomos de carbono, poseen también simetrías perfectas. En concreto la molécula C60 es esférica, con forma muy semejante a la de un balón de fútbol y una red superficial de caras pentagonales y hexagonales. Ya en el siglo XVIII el matemático Euler descubrió que las estructuras esferoides podían tener 12 pentágonos y un número variable de hexágonos. Posteriormente un conocido ingeniero americano, R. Buckminster Fuller (1895-1983), cuyas ideas sirvieron de estímulo al arquitecto calasparreño Pérez Piñero, desarrolló una teoría sobre cúpulas geodésicas, materializada en la construcción del pabellón USA de la Exposición de Moscú de 1959, así como en el de la Expo'67 de Montreal. La estabilidad de las estructuras se debe a la simetría de sus redes de pentágonos y hexágonos.
 
Por ello no es de extrañar que al bautizar a la nueva clase de moléculas esferoides simétricas se escogiese el nombre de fullerenos en honor a Fuller y que incluso a la C60 se le denomine buckminsterfullereno o —más abreviadamente—buckybola. Tras la pronta obtención de otras moléculas como la C70, con 25 hexágonos y forma de balón de rugby, la familia alcanzó un amplísimo número de miembros, desde los bebés de tipo C32, hasta alcanzar los gigantes del tipo C960, incluyendo a la familia política que incorpora en sus moléculas un número reducido de otros átomos diferentes a los de carbono.
 
Al principio los rendimientos y procedimientos de obtención eran difíciles, pero hace algo más de un año se dio un gran paso adelante cuando físicos del Instituto Max Planck alcanzaron éxito con la simple mezcla de unas gotas del disolvente benceno a una preparación especial de hollín. Es curioso que lo que en realidad les interesaba en principio era investigar el polvo interestelar, formado fundamentalmente por partículas de carbono, pero al evaporar el disolvente lo que obtuvieron fue una mezcla de fullerenos, con un 75% de C60 y casi un 25% de C70, resultando ser moléculas estables, solubles y vaporizables. Los resultados —divulgados en un Congreso celebrado en Suiza en setiembre de 1990— hicieron iniciar una verdadera competición mundial de obtención de fullerenos con metodologías relativamente simples, entre las que destaca el hacer saltar un arco eléctrico entre dos electrodos de grafito en una atmósfera de helio, existiendo ya pequeños aparatos de sobremesa de laboratorio capaces de obtener gramos de fullerenos con un costo energético de unas cinco pesetas.
 
¿Cuál es la causa del extraordinario interés despertado en todo el mundo respecto a estas moléculas? La respuesta es sencilla y se basa en la amplia batería de sus posibles aplicaciones diferentes, ya que, dependiendo de su forma de presentación, se comportan nada menos que como aislantes, conductores, semiconductores, superconductores o fotoconductores. Por ejemplo, cristales a base de moléculas C60 tienen formas como las de un conjunto de pequeñísimas pelotas de ping-pong pudiendo girar sobre sí mismas. Con ello funcionarán como una nueva clase de semiconductor semejante al arseniuro de galio amorfo, de tan amplias aplicaciones actuales. Si se mezcla una molécula C60 con 3 átomos de potasio lo que se obtiene es un metal molecular estable de gran conductividad eléctrica, lo que abre el camino de la fabricación de diminutos hilos conductores moleculares. Si este mismo material se enfría por debajo de cierta temperatura, se comporta como un excelente y estable superconductor, que se podría fabricar en forma de cable, con propiedades comparables a las de los actuales sofisticados superconductores cerámicos. Con ciertos aditivos también se puede disponer el C60 en forma de láminas utilizables previsiblemente para la construcción de componentes microelectrónicos.
 
El número de propiedades interesantes de los fullerenos se incrementa casi día a día. Cuatro de las más recientes son: 1. Aun en ausencia total de átomos metálicos, en ciertas condiciones actúan como metales ferromagnéticos; 2. Fluorando las buckybolas se obtienen "balones" con propiedades lubrificantes superiores a las del teflón; 3. Dopados con metales alcalinos y sometidos a ciertas condiciones físicas a temperatura ambiente se convierten en diamantes de posible uso industrial; 4. Algunos pueden funcionar como limitadores ópticos en procesadores digitales, al ser transparentes a baja intensidad de luz pero opacos por encima de cierta intensidad.
 
En conclusión: no es aventurado afirmar que el descubrimiento de los fullerenos será uno de los mayores avances históricos de la química, y debido al cúmulo de sus posibles aplicaciones y a la relativa sencillez de su tecnología causarán, en breve plazo, un intenso y trascendente impacto en la ciencia de los nuevos materiales y en aplicaciones como la microelectrónica.