Nanociencia, nanotecnología y fullerenos: resumen del tema

TEMA12Nanociencia:

La nano ciencia es la Rama del saber que estudia los fenómenos, las propiedades y la manipulación de La materia a una escala nanométrica, generalmente comprendida entre 0,1- 100 nm (1 nm=10-9). Su estudio se centra en el comportamiento y la manipulación de los átomos, de las moléculas y de las macro-moléculas que manifiestan diferentes Propiedades a la de los materiales de mayores dimensiones. La nanociencia Abarca otras áreas del conocimiento como: la física y la química cuánticas, la ciencia De los materiales y la biología molecular. Es, por tanto, una ciencia Interdisciplinar y su objeto de estudio son los nanomateriales.

Nanotecnología:

La nanotecnología es la Ciencia aplicada, enfocada al diseño, a la caracterización, a la producción y a La aplicación de estructuras, dispositivos y sistemas que, mediante una manipulación Controlada de las nano partículas, produce estructuras, dispositivos y sistemas Con propiedades o carácterísticas nuevas o superiores. El objetivo de la Nanotecnología es conseguir el ensamblado controlado de nano partículas que produzcan, A macro escala, objetos y productos nanoestructurados de propiedades diferentes Y superiores. La nanotecnología fabrica dispositivos átomo a átomo o molécula a Molécula. Se definen como nano partículas aquellas que tienen un diámetro < 100 nm. Se definen generalmente como materiales en los que, al menos, una cara O su estructura interna tienen una dimensión nano (<100nm), aunque no hay Consenso sobre su tamaño mínimo y máximo. Sus propiedades físicas y químicas Dependen no solo de su composición, sino también de su tamaño y forma. Los nano Materiales se forman por el ensamblaje de nano partículas.Basados en carbono: Estos nanomateriales están Compuestos mayoritariamente por carbono y suelen adoptar formas como esferas huecas, elipsoides o tubos. Los Nanomateriales de carbono con forma elipsoidal O esférica se conocen como fullerenos, mientras que los cilíndricos reciben el nombre de nanotubos. Basados en metales.: Estos nanomateriales incluyen puntos Cuánticos, nanoparticulas de oro y plata y óxidos metálicos como el dióxido de titanio. Dendrímeros: Estos nanomateriales son polímeros de tamaño Nanometrico construidos a partir de unidades ramificadas. La superficie de un dendrimero tiene numerosos Extremos de cadena, que se pueden Adaptar para desempeñar funciones químicas especificas. Esta propiedad se Podría utilizar también para la Catálisis. Además, debido a que los dendrimeros tridimensionales contienen cavidades interiores en las Que se pueden introducir otras moléculas, pueden ser útiles para la administración de fármacos.Fullerenos:
Los fullerenos son la tercera forma mas estable del Carbono, tras el diamante y el grafito. El primer fullereno se descubríó en 1985 y se han vuelto populares por su versatilidad para la síntesis de nuevos Compuestos, ya que se presentan en forma de esferas, elipsoides o cilindros. El Hallazgo casual del fullereno se produjo al irradiar un disco de grafito con un Láser y mezclar el vapor de carbono resultante mediante una corriente de helio. Cuando se examino el residuo cristalizado, se encontraron moléculas Constituidas por 60 átomos de carbono. Hasta el Siglo XX, el grafito y el Diamante eran las únicas formas alotrópicas conocidas del carbono. En Experimentos de espectroscopia molecular, se observaron picos que correspondían A moléculas con una masa molecular exacta de 60, 70 o mas átomos de carbono. Harold Kroto, de la Universidad de Sussex, James Heath, Sean O'Brien, Robert Curl y Richard Smalley, de la Universidad de Rice, descubrieron el C60 y otros Fullerenos en 1985, en un experimento que consistíó en hacer incidir un rayo Láser sobre un trozo de grafito. Ellos esperaban efectivamente descubrir nuevos Alótropos del carbono, pero supónían que serian moléculas largas, en lugar de las Formas esféricas y cilíndricas que encontraron. A Kroto, Curl y a Smalley se le Concedíó el premio Nobel de Química en 1996, por su colaboración en el Descubrimiento de esta clase de compuestos. El C60 y otros fullerenos fueron Más adelante observados fuera del laboratorio (ej. En el hollín de una vela). Hacia el ano 1991, era relativamente fácil producir unos cuantos gramos de Polvo de fullereno usando las técnicas de Donald Huffman y Wolfgang Kratschmer.C60:
Es el fullereno mas conocido. Se Trata de un fullereno formado por 60 átomos de carbono (C60), en el que ninguno De los pentágonos que lo componen comparten ninguna arista La estructura de C60 Se asemeja a un balón de fútbol constituido por 20 hexágonos y 12 pentágonos, Con un átomo de carbono en cada una de las esquinas de los hexágonos y un Enlace a lo largo de cada arista.C36:
Los Físicos Charles Piskoti y Alex Zettl, junto con el químico Jeff Yarger de la Universidad de California, Berkeley; reportaron en la edición Naturaleza de Junio 25,1998 que pudieron aislar una esfera de fullereno con solo 36 átomos de Carbono. Es mucho mas reactivo químicamente que su primo grande C60, lo que Podría hacerlo transformarse en todo, desde superconductores de alta temperatura Hasta materiales de alta resistencia.Otros:
El Fullereno C20 es el mas pequeño de todos, no tiene hexágonos, solo 12 Pentágonos. El Fullereno C70, tiene 12 pentágonos al igual que el C60 , pero tiene Mas hexágonos, y su forma en este caso se asemeja un balón de rugby.Porpiedades:
Los fulerenos no son muy Reactivos debido a la estabilidad de los enlaces tipo grafito. Son muy poco Soluble en la mayoría de disolventes. Entre los disolventes comunes para los fullerenos Se incluyen el tolueno y de disulfuro de carbono. Las disoluciones de C60 puro tienen Un color púrpura intenso. El fulereno es la única forma alotrópica del carbono Que puede ser disuelta. Se puede aumentar su reactividad uniendo grupos activos A las superficies de los fulerenos. El C60 no presenta "superaromaticidad", es decir, los electrones de los anillos Hexagonales no pueden deslocalizar en la molécula entera. Se pueden atrapar Otros átomos dentro de los fullerenos; de hecho existen evidencias de ello gracias Al análisis del gas noble conservado en estas condiciones tras el impacto de un Meteorito a finales del periodo Pérmico. En el campo de la nanotecnología, la Resistencia térmica y la superconductividad son algunas de las carácterísticas Más profundamente estudiadas.