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Struttura dei fullereni

I fullereni costituiscono una classe di composti allotropi del carbonio.

I due scienziati statunitensi Robert F. Curl e Richard E. Smalley e lo scienziato britannico Harold W. Kroto a cui si deve la scoperta vinsero 1996 il premio Nobel per la Chimica.

Essi infatti studiarono  un nuovo stato allotropico del carbonio. Fino ad allora gli unici stati allotropici del carbonio conosciuti erano diamante e grafite . Il nuovo stato allotropico del carbonio grazie alla scoperta di questi scienziati è il fullerene.

Tali strutture unicamente costituite da atomi di carbonio hanno una forma simile a una sfera cava o a un ellissoide che furono denominate buckyball o una forma tubolare denominata buckytube o nanotubi di carbonio.

Nell’ambito della chimica e della scienza dei materiali la struttura più rilevante è quella costituita da 60 atomi di carbonio. A questa specie fu dato il nome di buckminsterfullerene per la somiglianza con le cupole geodetiche progettate dall’architetto Buckminster Fuller la cui struttura fu determinata tramite la spettrometria di massa

Struttura

La struttura con 60 atomi di carbonio è ottenuta vaporizzando barre di grafite in atmosfera di elio. Essa è simile a una sfera cava in cui gli atomi di carbonio sono i vetrici di un icosaedro tronco con 12 pentagoni e 20 esagoni.

Nella struttura proposta ogni vertice dell’icosaedro tronco è occupato da un atomo di carbonio. Ciascuno di essi è legato a tre atomi di carbonio tramite un doppio legame e due legami semplici. Tale struttura suggerisce una ibridazione sp² ma in tale tipo di ibridazione gli atomi di carbonio giacciono sullo stesso piano come avviene, ad esempio nella grafite.

Nel caso dei fullereni la struttura non è planare e l’angolo tra l’orbitale p_z che è di norma perpendicolare al piano diviene di 101.6° introducendo una certa tensione nella molecola

Tuttavia l’alta simmetria fa sì che la tensione sia distribuita uniformemente nella intera struttura con conseguente stabilità della molecola.