Até a metade da década de 80 pensava-se que o carbono sólido puro existisse em duas formas: diamante e grafite, que são sólidos covalentes. Em 1985, um grupo de pesquisadores liberados por Richard Smalley e Robert Curl da Universidade de Rice, em Houston, e Harry Kroto da Universidade de Sussex, na Inglaterra, fizeram uma descoberta surpreendente. Eles vaporizaram uma amostra de grafite com um pulso intenso de luz laser e usaram um jato de gás hélio para carregar o carbono vaporizado para dentro de um espectrômetro de massa. O espectro de massa mostrou picos correspondendo a aglomerados de átomos de carbono com um pico particularmente forte correspondendo a moléculas compostas de 60 átomos de carbono, C60.
Como a aglomerado de C60 era formado de maneira tão perfeita, o grupo propôs uma forma radicalmente diferente de carbono, a saber, moléculas de C60 que eram aproximadamente esféricas na forma. Eles propuseram que os átomos de carbono de C60 formam uma ‘bola’ com 32 faces, das quais 12 são pentágonos e 20 são hexágonos (Figura 1), exatamente como uma bola de futebol. A forma dessa molécula é similar ao domo geodésico inventado pelo engenheiro e filósofo norte-americano R. Buckminster Fuller, de forma que C60 foi caprichosamente chamado ‘buckminsterfulereno’ ou ‘buckybola’ abreviadamente. Desde a descoberta de C60, outras moléculas relacionadas de átomos de carbono têm sido descobertas. Elas são agora conhecidas como fulerenos.
Quantidades apreciáveis debuckybola podem ser preparadas por evaporação elétrica de grafite em uma atmosfera de gás hélio. Aproximadamente 14% fa fuligem resultante consiste em C60 e uma molécula relacionada, C70, que tem uma estrutura mais alongada. Os gases ricos em carbono dos quais C60 e C70 condensam também contêm outros fulerenos, a maioria com mais átomos de carbono como C76 e C84. O menor fulereno possível, C20, foi detectado pela primeira vez em 2000. Essa pequena molécula em forma de bola é mais reativa que os fulerenos maiores.
Uma vez que os fulerenos são compostos de moléculas individuais, eles se dissolvem em vários solventes orgânicos, enquanto o diamante ou a grafite não e dissolvem (Figura 2). Essa solubilidade permite que os fulerenos sejam separados de outros componentes da fuligem e até mesmo uns dos outros. Ela permite também o estudo de suas reações em solução. O estudo dessas substâncias levou à descoberta de uma química muito interessante. Por exemplo, é possível colocar um átomo metálico dentro de uma buckybola, gerando uma molécula na qual um átomo metálico está completamente circundado pela esfera de carbono. As moléculas de C60também reagem com o potásssio para fornecer K3C60, que contém uma rede cúbica de face centrada de buckybolas com íons K+ nas cavidades entre elas. Esse composto é um supercondutor a 18 K, sugerindo a possibilidade de outros fulerenos também possam ter propriedades elétricas, magnéticas ou óticas interessantes. Por suas descoberta e trabalho pioneiro com os fulerenos, os professores Smalley, Curl e Kroto ganharam o Prêmio Nobel em Química de 1996.
Figura 1: A molécula buckminsterfulereno, C60, tem estrutura altamente simétrica na qual 60 átomos de carbono localizam-se nos vértices no icosaedro truncado a mesma geometria de uma bola de futebol.
Figura 2: Diferentemente do diamante a grafite, as novas formas moleculares do carbono podem ser dissolvidas em solventes orgânicos. A solução à esquerda (laranja) é uma solução de C70 em n-hexano, que é um líquido incolor. A solução à direita (magenta) é uma solução de buckybola, C60, em n-hexano.
EXTRAÍDO: Química: A ciência central, 9ª edição.