El C60, un descubrimiento estelar para un año internacional

La frase que un científico suele pronunciar cuando está a punto de descubrir algo interesante es “¡coño, qué raro!” y no “Eureka!” como algunos podrían pensar.  El progreso científico ha estado jalonado de situaciones en las que los investigadores se han enfrentado a descubrimientos inesperados. Así, en el otoño de 1985, después de una semana de intenso trabajo, Robert Curl, Harold Kroto y Richard Smalley hicieron el descubrimiento completamente imprevisto, que les llevó a la conclusión de que el carbono elemental también puede existir en forma de esferas muy estables. Denominaron a estas esferas de carbono “fullerenos“. Estos compuestos se forman cuando el grafito se evapora en una atmósfera inerte y, normalmente, contienen entre 60 y 80 átomos de carbono. El descubrimiento de los fullerenos es un claro ejemplo de cómo resultados inesperados y fascinantes se pueden obtener cuando colaboran científicos de diferentes áreas.

Fotografía de Juan M. Gutiérrez-Zorrilla

Fotografía de Juan M. Gutiérrez-Zorrilla

El interés de Kroto (Universidad de Sussex) por las gigantes rojas, estrellas ricas en carbono, condujo al descubrimiento de estas moléculas. El pensaba que compuestos de carbono de cadena larga podrían estar presentes cerca de esas estrellas. Para comprobar esta hipótesis Curl de la Universidad Rice, con quien Kroto estaba colaborando, propuso llevar a cabo una serie de experimentos empleando para ello un aparato que de alguna manera reprodujera las condiciones estelares. Smalley, un colega de la Universidad Rice, había construido un instrumento que permitía vaporizar mediante un laser y analizar los productos de casi cualquier material. Durante la crucial semana de septiembre de 1985 en Houston los tres científicos junto con dos estudiantes de doctorado, Heath y  O’Brien, vaporizaron grafito y lograron producir pequeñas cantidades de clústeres C60 y C70, que demostraron ser bastante estables.  Los resultados fueron publicados en la revista Nature en noviembre de 1985 [Nature, 1985, 318, 162]. Acababa de comenzar un periodo en el que se llegaran a publicar miles de artículos sobre fullerenos.

imagen 1

De izquierda a derecha, Sean O’Brien, Richard Smalley, Robert Curl, Harry Kroto y James Heath (Rice University, 1986)

El C60 es el fullereno más representativo y más estable, es un clúster con una geometría de icosaedro truncado (Ih), por lo tanto es una molécula altamente simétrica, así lo confirma el hecho de  que solo presente 4 bandas de absorción en el infrarrojo y que todos los átomos de carbono son equivalentes pues da una  única señal en el 13C NMR.

La idea de construir un C60 surgió como icono de los actos que la Facultad de Ciencia y Tecnología iba a celebrar con motivo del Año Internacional de la Química 2011.  El proyecto para su construcción fue financiado por el Vicerrectorado de Campus. En aquellos momentos no teníamos ni idea de las dificultades técnicas que nos esperaban, solamente teníamos una cosa clara, que debía medir un poco menos que la altura de la sala de columnas de la Alhóndiga, pues era en ese lugar donde se iban a desarrollar la mayoría de los actos que se habían programado. Debatimos durante algún tiempo sobre los materiales con que debíamos construirlo, concluyéndose que las esferas que representan a los átomos de carbono serían de madera y los enlaces entre ellos tubos de metal.  A la par, Víctor Serna hizo los cálculos para determinar si se podía colgar o posar sobre 5 ó 6 bolas, sin que la estructura colapsara.  Pero la mayor dificultad en la construcción fue como perforar en cada bola tres agujeros que formaran entre sí 120, 120 y 144°. Aquí es cuando empieza a funcionar el genio de Pedro Pérez que fue quien diseñó y construyó un ingenioso dispositivo para perforar las 60 bolas de haya correctamente. A continuación se comenzó con la unión de todos los materiales y, evidentemente, con los problemas de trabajar con materiales de muy diferentes naturalezas. Como no podía ser menos en su año internacional, la Química salió en nuestra ayuda proporcionándonos las soluciones más adecuadas. Así, las barras metálicas fueron unidas a las esferas de madera mediante un ingenio consistente en un taco de poliuretano de altas prestaciones expandido por la presión de un tornillo de acero inoxidable. Este sistema aportaba  sujeción a la vez que la suficiente flexibilidad para poder engarzar poco a poco todo el conjunto, manteniendo los ángulos de enlace precisos. Finalmente, un adhesivo epoxídico de calidad aeronaútica aportará la rigidez necesaria a todos los elementos del fullereno, asegurando su estructura. Un primer intento de montar el fullereno en las antiguas instalaciones de mantenimiento no dio resultado, y nuestro fullereno, premontado en 12 pentágonos, pasó un periodo de hibernación que casi da al traste con el proyecto. Pasó el Año Internacional y seguíamos sin montar la molécula, ya no tenía sentido ubicarla en la Alhóndiga, así que se hizo necesario buscar una nueva localización. ¿Puede alguien sugerir un lugar más idóneo que la propia Facultad de Ciencia y Tecnología?

Una mañana de un día de primavera de 2013, con un par de años de retraso, Pedro empezó a montar el fullereno ayudado de cuerdas, plantillas y mucha maestría. Finalmente el pasado noviembre fue inaugurado para alegría (y tranquilidad) nuestra.

Juan M. Gutiérrez-Zorrilla y José Luis Vilas

El fullereno-C60 de la Facultad de Ciencia y Tecnología

Fig. 1. Alhóndiga Bilbao. Año Internacional de la Química 2011

Fig. 1. Alhóndiga Bilbao. Año Internacional de la Química 2011
Fotografía de Juan M. Gutiérrez-Zorrilla

Fig. 2 (1). Materiales. Átomos de carbono, enlaces y plantillas

Fig. 2 (1). Materiales. Átomos de carbono, enlaces y plantillas
Fotografía de Juan M. Gutiérrez-Zorrilla

Fig. 2 (2). Materiales. Átomos de carbono, enlaces y plantillas

Fig. 2 (2). Materiales. Átomos de carbono, enlaces y plantillas
Fotografía de Juan M. Gutiérrez-Zorrilla

Fig. 3. La perforadora de enlaces a 120, 120 y 144⁰. Una genialidad de Pedro

Fig. 3. La perforadora de enlaces a 120, 120 y 144⁰. Una genialidad de Pedro
Fotografía de Juan M. Gutiérrez-Zorrilla

Fig. 4 (1). Los primeros intentos de montaje en Patrimonio y Obras

Fig. 4 (1). Los primeros intentos de montaje en Patrimonio y Obras
Fotografía de Juan M. Gutiérrez-Zorrilla

Fig. 4 (2). Los primeros intentos de montaje en Patrimonio y Obras

Fig. 4 (2). Los primeros intentos de montaje en Patrimonio y Obras
Fotografía de Juan M. Gutiérrez-Zorrilla

Figura 5. Comienza el montaje en su ubicación definitiva, el Hall de la Facultad

Figura 5. Comienza el montaje en su ubicación definitiva, el Hall de la Facultad
Fotografía de Juan M. Gutiérrez-Zorrilla

Fig. 6. Cuerdas, plantillas, andamios y maestría

Fig. 6. Cuerdas, plantillas, andamios y maestría
Fotografía de Juan M. Gutiérrez-Zorrilla

Fig. 7. Los últimos retoques

Fig. 7. Los últimos retoques
Fotografía de Juan M. Gutiérrez-Zorrilla

Fig. 8. El C60 en su versión final.

Fig. 8. El C60 en su versión final
Fotografía de Juan M. Gutiérrez-Zorrilla

Inauguración del fullereno. De izquierda a derecha: Juan M. Gutiérrez-Zorrilla, Esther Domínguez, Carmelo Garitaonandia y José Luis Vilas  http://www.zientzia-teknologia.ehu.es/p240-content/es/contenidos/noticia/20131125_fullereno/es_fulleren/20131125_fullereno.html

Inauguración del fullereno.
De izquierda a derecha: Juan M. Gutiérrez-Zorrilla, Esther Domínguez, Carmelo Garitaonandia y José Luis Vilas

Esta entrada participa en la XXXI Edición del Carnaval de Química, cuyo blog anfitrión es ::ZTFNews.

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