La pelota no se mancha Diego Armando Maradona

Balones moleculares interestelaresEdgar Vargas Fras

ResumenA pesar de que el espacio entre las estrellas podra considerarse un medio hostil para

muchos compuestos, debido a las distintas formas de radiacin a las que estn sometidas, loscientficos han encontrado decenas de molculas. Pueden ser pequeas o muy complejas,orgnicas o inorgnicas. Las molculas orgnicas son importantes porque muchas puedenestar relacionadas con procesos biolgicos o al menos tener elementos que tienen que vercon la vida. Entre las molculas orgnicas existe unas que estn basada en puros tomos decarbono y que son en s mismas muy interesantes: los llamados fulerenos o buckybolas.

Recientemente se ha confirmado su presencia interestelar y al hacerlo han cambiado laidea de que slo eran producidas en los laboratorios. En nuestro planeta, los investigadoresllevan ms de 25 aos estudiando sus propiedades, su reactividad qumica y proponiendousos que van de lo puramente estructural a lo medicinal, proponiendo nuevos lubricantes ynuevos materiales; como siempre, el lmite de aplicaciones es la imaginacin de loscientficos.

El modelo que ms le gusteEn la entrega anterior (ver mi otro artculo) vimos algunas caractersticas que hacen del

carbono un elemento bastante verstil. Slo que hasta hace unos 30 aos, slo se conocan2 formas naturales de encontrar molculas que contienen nicamente a este elemento: elgrafito y el diamante (ve la figura 1), y aunque los dos son de gran utilidad en la naturaleza yen nuestra vida, su valor comercial y emocional es claramente muy distinto. Obviamentedebido a sus propiedades, que estn dadas por su estructura. Ese principio qumico nunca loolviden.

Creo que si le regalo a una chica un anillo con un diamante bien pulido se ver muchoms guapa (y contenta) que si le regalo un anillo con un mazacote negro que se deteriorarpidamente. Pero los chantajes econmico-sentimentales no son tema de esta disertacin,para eso estn pelculas como Desayuno en Tiffany's. De lo que quiero hablar es de querecientemente han confirmado la existencia natural de otra forma molecular del carbono: losfulerenos o buckybolas, que ac entre la banda llamamos futbolenos (chale un vistazo a lafigura 2).

Figura 1.- Representacin esquemtica de las estructuras del diamante y del grafito. Ambos son puros tomos de carbono pero que se unen de manera distinta.

Estas tres formas de encontrar un mismo elemento en distintas estructuras moleculares:grafito, diamante y fulereno, son conocidas entre las personas que se dedican a la qumicacomo altropos. La cantidad de altropos vara dependiendo de cada elemento. Y claro, note confundas con los istopos, que son variaciones de un mismo elemento que sedistinguen por su masa atmica (mismo contenido de protones pero distinto nmeroneutrones en su ncleo) y nada tiene que ver la estructura geomtrica que adoptan susmolculas.

Figura 2.- De izquierda a derecha: Fulereno, cpula geodsica, baln de ftbol. Ves como los fulerenos o buckybolas se parecen a los balones de ftbol, por eso el apodo de futbolenos (s, tambin existen los oos pamboleros).

Tomado de http://www.revista.unam.mx/vol.11/num3/art26/int26.htm

El arquitecto futuristaRichard Buckminster Fuller fue un arquitecto norteamericano en cuyo honor se

nombraron estas estructuras moleculares de carbono; y lo hicieron as porque este seordesarroll construcciones con la idea de maximizar el uso de recursos y espacio, al mismotiempo que reduca la energa para construirlas o sostenerlas. La ms conocida es la cpulageodsica construida para la exposicin internacional de Montreal, Canad de 1967 (figura 2).Como ven, son estructuras muy parecidas. Pero veamos su importancia qumica.

No es tan vaco el vacoEl espacio interestelar es casi vaco, pero en ese casi, existe la materia: las galaxias, las

estrellas, los planetas, el polvo, las nubes moleculares, etctera. Nosotros mismos estamos eneste inmenso vaco. Y bueno, como ustedes sabrn, los astrnomos se dedican a explorar yestudiar todo lo que encuentran all afuera, y lo hacen con telescopios o radiotelescopios,pero tambin con instrumentos que usan una tcnica conocida como espectroscopa, que noes otra cosa que ver en qu longitudes de onda del espectro electromagntico emiten oabsorben ondas de radiacin los cuerpos que se encuentran en el espacio. Lo que se generason grficas con lneas ubicadas a ciertas longitudes de onda, a esto le llama espectro.

Luego, lo que hacen es comparar los espectros y ver si son idnticos a las sustanciasque conocemos, ya que son registros nicos que nos da cada molcula particular y as sepuede saber de qu estn hechas las estrellas o cuales son las molculas o tomos que estnen las nubes moleculares o en el polvo interestelar e incluso ya podemos verificar qu hay enalgunas atmsferas de los planetas que estn fuera de nuestro Sistema Solar.

Las buckybolas son del espacio exteriorComo siempre lo interesante no es lo que ya sabemos, sino lo que desconocemos. La

historia nos dice que 1919 Mary Lea Heger, una chica de posgrado que trabajaba en elObservatorio Lyck de la Universidad de California, observ la disminucin de emisin de unaslongitudes de onda especficas cerca de unas estrellas ricas en carbono, pero que no parecanser de la estrella misma; al no estar identificadas las llamaron bandas difusas interestelares(DIB por sus siglas en ingls). Obviamente trataron de explicar esa disminucin mencionandointerferencias propias debidas a nuestro planeta o de molculas en el espacio que seinterponan entre las estrellas y sus detectores. Hablaron de polvo interestelar, de cadenas decarbono e incluso de bacterias flotando en el Universo. Pero resultaron objeciones; es decir,no se encontraban cules son esas molculas que absorben en ese montn de longitudes deonda, que hasta la fecha se han contabilizado cerca de 400. Pero este ao por lo menos 2 deesas longitudes de onda estn casi confirmadas y corresponden a estos altropos decarbono, es decir, a las buckybolas o fulerenos.

Figura 3.- Las lneas blancas representas todas esas longitudes de onda que llaman bandas interestelares difusas. Las del extremo derecho, son las que corresponden a fuelereno de 60 tomos de carbono.

Del Espacio al laboratorioOriginalmente creamos que los fulerenos eran creacin humana, ya que fueron

sintetizados en 1985 por los investigadores norteamericanos Rick Smalley, Robert Curl yHarold Kroto de la Universidad Rice de Houston, Texas. Ese trabajo les dio el premio nobel dequmica en 1996. Aunque cabe mencionar que ya en 1970 se haban predicho por elinvestigador japons Eiji Osawa, sin embargo fue imposible conocer ampliamente sus ideas,debido a la barrera del idioma y de los procesos computacionales para hacer pruebastericas.

Los qumicos norteamericanos intentaban simular las condiciones que existen enestrellas ricas en carbono y encontraron que al someter cierta cantidad de grafito a unpotente lser, se produca una molcula tan grande y pesada, cuyos clculos coincidan conuna molcula de 60 tomos de carbono! Y cuya geometra debera ser de una caja cerrada,casi esfrica, formada pentgonos y hexgonos en cuyos puntos de unin estaran los tomosde carbono.

Esta estructura geomtrica por supuesto se pareca a un baln de ftbol, pero tambina esas bellas construcciones concebidas por el arquitecto Buckminster Fuller (figura 2). Sehaba creado en el laboratorio una nueva forma alotrpica de carbono. Esto tambin refuerzael hecho de que los compuestos de carbono estn ampliamente distribuidos en el espacio ycomo recordarn, la vida tal y como la conocemos funciona con base en compuestosbasados en este elemento.

Del laboratorio al EspacioEl trabajo ms reciente, hecho por cientficos de la Universidad de Basilea, Suiza,

reporta que si se llevan a condiciones similares a las que se encuentra en el mediointerestelar, es decir, a casi cero absoluto de temperatura y a un vaco considerable, al ionizarmolculas del fulereno con 60 tomos de carbono, se obtiene un espectro que es casiidntico al que obtienen los astrnomos, de las llamadas BID. Esta fuerte evidencia sugiere

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que los fulerenos pueden ser responsables de esas bandas difusas y por tanto, entrar por lapuerta grande a ese gran catlogo de molculas interestelares que an estamosdescubriendo.

Esto le quita la categora de sinttico a nuestro altropo. En realidad descubrimos algoque la naturaleza ya haba hecho, slo que no estaba en nuestro planeta. Genial!

Deja t lo bonito, es bastante tilLa cantidad de tomos de carbono que conforman los fulerenos puede variar. Los hay de 32,44, 60, pero tambin de 70, 76, 84, 90, etc. Incluso puede haber fulerenos de hasta 540tomos de carbono. Centrmonos en el ms comn y que se identific en el espaciointerestelar, el de 60 tomos de carbono. Si observan la figura 2, vern que en la superficie seforman pentgonos y hexgonos. En total tiene 12 pentgonos rodeado de cinco hexgonos,o bien, 20 hexgonos rodeados de tres pentgonos y tres hexgonos. Cada tomo decarbono est unido a otros tres y si recordamos que debe tener cuatro enlaces, quiere decirque ese tomo participa en dos enlaces sencillos y un enlace doble; ste se localiza en laesquina comn de un pentgono y un hexgono. En total son 90 enlaces, 30 sencillos y 60dobles; qumicamente esto es lo importante, porque sobre estos enlaces dobles es que se diceque se puede funcionalizar una molcula, eso quiere decir que donde haya enlaces doblespueden haber reacciones que modifiquen la molcula.

Figura 4.- Del lado izquierdo vemos la unidad bsica que se puede repetir para formar el fullereno C60, se llama piraliceno. Del lado derecho observamos la enorme cantidad de dobles enlaces, as como la forma en que se rodeanlos pentgonos de hexgonos y viceversa.

Eso es interesante, porque como mencion antes, los qumicos se han dedicado amodificar las estructuras de los fulerenos con intencin de que funcionen como deseemos. Yasea como lubricantes, transportadores de medicamentos, debido a su propiedades puedentener elctricas y pticas, o ser parte de polmeros en nuevos materiales, etc.. las aplicacionesy nuevos usos no tienen lmites. No debemos olvidar que como cualquier sustancia qumicatambin representa cierto peligro para los seres vivos, as que tambin se hacen estudiossobre su toxicidad o efectos en el medio ambiente. Mientras leen esto diversos investigadoresencuentran nuevos usos, aplicaciones y por supuesto a su debido tiempo se comercializarn yllegan a nuestras manos, cuando suceda, no dejen de pensar que son molculas molculashechas de lo mismo que los diamantes y mejor an, que son copias de lo que la naturalezahizo hacen cientos de millones de aos en el espacio interestelar.

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Bibliografa

-E. K. Campbell, M. Holz, D. Gerlich & J. P. Maier; Laboratory confirmation of C60+ as thecarrier of two diffuse interstellar bands; Nature 523, 322323 (16 July 2015)doi:10.1038/nature14566

-Elizabeth Gibney; Buckyballs in space solve 100-year-old riddle. Spheres of carbon-60responsible for mysterious cosmic-light features. Nature news, 15 July 2015 Corrected: 23July 2015, doi:10.1038/nature.2015.17987

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