Até 1985, somente a grafite, o diamante e o carvão eram conhecidos
como formas alotrópicas do carbono (alotropia é o fenômeno que ocorre
quando um elemento químico forma duas ou mais substâncias simples
diferentes). No entanto, em setembro deste mesmo ano, um grupo de
cientistas liderados por H.
W. Kroto e R. E. Smalley lançaram laser em grafite a mais de 104 °C
e verificaram em espectrometria de massa que o produto continha uma
série de moléculas com número de átomos de carbono de 44 a 90. A
concentração de moléculas variava, mas a de 60 carbonos era a de maior
destaque.
Este experimento mostrou a descoberta da nova forma alotrópica do
carbono. Graças a este experimento, em 1996 Kroto, Smalley e Curl
ganharam o prêmio Nobel de química.
Em 1990, Wofgang Kratschmer, Nonal Huffman e outros, descreveram a primeira síntese e o isolamento do C60.
Este novo grupo de compostos, os fulerenos, é um grupo de compostos aromáticos.
A denominação fulereno é uma homenagem ao arquiteto
R. Buckminster Fuller que construiu e popularizou as cúpulas
geodésicas, que usam o mesmo princípio na aparência.
Os fulerenos são moléculas estruturadas na forma de
“gaiolas”, ou seja, elas têm a forma 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 seus interiores. 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 mais sair.
Quando ocorre a penetração de átomos de metais no interior dos
fulerenos, ocorre então a formação de sais, os chamados, bucketos, que
possuem faces metálicas.
Os fulerenos purificados têm uma grande atratividade no que
se refere à cor. O C60, por exemplo, é um sólido com cor de mostarda e
quando dissolvido em solução de hidrocarbonetos aromáticos, como o
benzeno, a solução possui uma coloração magenta, avermelhada. Já o C70
possui uma coloração marrom avermelhada e em solução tem a cor vermelho
vinho. O C76, C78 e C84 são amarelos.
Atualmente muitos compostos de fulerenos são conhecidos e estudados,
tais como os bucketos citados acima e os fulerois, C60(OH)n (n=24-26),
entre outros compostos.
O carbono pode existir em pelo menos seis formas cristalinas de cadeias carbônicas infinitas: grafites a e b, diamante, lonsdaleita (diamante hexagonal), caoita e carbono(VI), das quais a grafite a (hexagonal) é a mais estável a temperaturas e pressões normais. Essas formas alotrópicas diferem ou no ambiente de coordenação dos átomos de carbono ou na seqüência de empacotamento de camadas na rede cristalina; essas diferenças determinam importantes diferenças nas propriedades físicas e químicas dos alótropos.
Os fulerenos são sólidos pretos; dissolvidos em solventes apropriados, formam soluções coloridas (C60, magenta; C70, vinho; C76, amarelo/verde). A exploração de suas propriedades fotofísicas e eletroquímicas pode se provar útil. O C60 absorve luz visível, formando uma espécie excitada, *C60. Essa espécie absorve mais luz (é mais preta) do que o C60, o que significa que a solução de C60 funciona como um limitador ótico (materiais que limitam a intensidade de luz transmitida a um valor máximo, convertendo em calor a luz em excesso). Se filmes finos de C60 puderem ser depositados sobre vidro e se comportarem como limitadores óticos, ele poderá ser usado para proteger equipamentos sensíveis (inclusive o olho humano) de superexposições acidentais a raios de luz (de lasers, por exemplo).
