Fulerenos

Até a década de 1980, apenas o grafite, o diamante e o carvão eram conhecidos como formas alotrópicas do carbono. Alotropia é um fenômeno que ocorre quando um elemento químico dá origem a duas ou mais substâncias simples diferentes, ou seja, dependendo de como os átomos do elemento químico se ligam, forma uma substância ou outra.

A partir de um experimento envolvendo grafite e feixe de laser, à temperatura específica, dois cientistas (H. W. Kroto e R. E. Smalley) observaram, a partir de espectrometria de massas, várias moléculas até então desconhecidas. As moléculas observadas apresentavam massa molecular entre 44 e 90 unidades, mas a com massa 60 era a mais abundante.  Os cientistas perceberam que aquelas moléculas eram uma nova forma alotrópica do carbono, que seria chamada de fulerenos. Essa descoberta rendeu aos cientistas o prêmio Nobel de química em 1996. A primeira síntese de um fulereno, o C₆₀ foi descrita em 1990.

Os fulerenos são considerados compostos aromáticos, já que possuem elétrons pi em ressonância. A denominação fulereno é uma homenagem ao arquiteto R. Buckminster Fuller que construiu e popularizou as cúpulas geodésicas, que se assemelham as estruturas moleculares dos fulerenos.

Os fulerenos são moléculas estruturadas em forma de “gaiolas”, ou seja, são fechada em si. Os fulerenos são constituídos por uma rede formada por pentágonos e hexágonos, fechando assim a “esfera”. Cada carbono de um fulereno está hibridizado em sp² e forma ligações sigma (ligação simples) com três outros átomos de carbono, restando um elétron de cada carbono, que fica deslocalizado num sistema de orbitais moleculares que atribui à molécula o caráter aromático.

Os fulerenos possuem quantidades diferentes de átomos de carbono, podendo ser formados por 20, 60, 70, 100, 180, 240 e até 540 átomos de carbono. É comumente falado do C₆₀ e também do C₇₀, pois estes foram os primeiros a serem descobertos e também são os mais comuns, mas os outros também têm importância na classe dos fulerenos.

Os fulerenos como dito anteriormente, são estruturados na forma de “gaiolas”, ou esferas ocas, que são formadas por anéis de 5 e 6 átomos de carbono, sendo estas estruturas bastante estáveis, sendo possível encontrá-las na natureza, como mais uma forma alotrópica do carbono.

Estes compostos possuem a capacidade de “aprisionar” átomos ou moléculas de gases em seu interior. Um exemplo é o aprisionamento do hélio e do argônio no interior de um tipo de fulereno, que foi encontrado, sendo que os gases guardavam todas as características dos isótopos presentes.

Para uma molécula “entrar” dentro da estrutura dos fulerenos é necessário que ela possua uma determinada quantidade de energia, pois ela tem que romper a resistência provocada pelos elétrons livres da estrutura. Quando estas moléculas estão no interior da estrutura, elas não conseguem sair.

Quando há a penetração de átomos de metais no interior dos fulerenos, formam-se os bucketos, sais de fulerenos, que possuem faces metálicas.

Os fulerenos em estado de pureza elevado, apresentam cores distintas. O C₆₀, em solução de solvente orgânico, é violeta, enquanto o C₇₀ é marrom, cor de tijolo. Já o C84 é marrom e o C86 é verde oliva, segundo Thakral e Mahta, 2006.