Por primera vez, los científicos han hecho un anillo estable de carbono puro


El carbono se puede organizar en varias configuraciones. Cuando cada uno de sus átomos está unido a otros tres átomos de carbono, es un grafito relativamente blando. Agregue solo un enlace más y se convertirá en uno de los minerales más duros conocidos, el diamante. Lanza 60 átomos de carbono en forma de balón de fútbol y boom, buckyballs.

¿Pero un anillo de átomos de carbono, donde cada átomo está unido a solo otros dos, y nada más? Eso eludió a los científicos durante 50 años. Sus mejores intentos han resultado en un anillo de carbono gaseoso que se disipó rápidamente.

Por lo tanto, es un gran problema que un equipo de investigadores, de la Universidad de Oxford e IBM Research, haya creado un anillo de carbono estable.

El compuesto de carbono en forma de anillo, llamado ciclocarbono, está hecho de 18 átomos de carbono, el ciclocarbono más pequeño que se predice que es termodinámicamente estable. Y las técnicas avanzadas de microscopía han proporcionado imágenes de ello.

Hasta ahora, la investigación sobre la estructura del ciclocarbono ha sugerido que actúa como un semiconductor, lo que significa que tiene un uso potencial en electrónica. Y la propiedad que hizo que los ciclocarbonos fueran tan difíciles de aislar en primer lugar: su alta reactividad

– significa que podrían usarse para crear otro carbono alótropos y materiales ricos en carbono.

Para llevar a cabo esta hazaña, los investigadores comenzaron por sintetizar el óxido de ciclocarbono triangular C24O6 6. Esos son los 18 átomos de carbono, unidos a seis moléculas de monóxido de carbono, dos agrupados en cada una de las tres esquinas del triángulo.

Transfirieron esta mezcla a una capa de cloruro de sodio en una placa de cobre, enfriada en una cámara de vacío hasta justo por encima del cero absoluto. Esto proporciona una superficie inerte que mantiene la estructura estable.

Luego, utilizando la punta de un microscopio de fuerza atómica, el equipo eliminó las moléculas de monóxido de carbono (CO) de la estructura, dejando solo el anillo de átomos de carbono.

Kerjiggers molécula(IBM Research)

Suena mucho más fácil de lo que era, por supuesto. Los investigadores no siempre pudieron eliminar todo el CO sin colapsar la estructura del anillo; en muchos casos, produjeron moléculas como C22O4 4 y C20O2 (Ver imagen arriba).

"Eliminamos los seis restos de CO de C24O6 6, con un rendimiento del 13 por ciento, que normalmente produce moléculas circulares " los investigadores escribieron en su artículo.

Curiosamente, los átomos en el ciclocarbono formaron lo que se conoce como una estructura polinánica, con enlaces triples y simples alternos. Sus hace mucho tiempo una pregunta si el carbono unidimensional produciría esto o una estructura cumulénica, con enlaces dobles repetidos.

Se cree que esta estructura alterna produce semiconductividad, y sugiere que las cadenas de carbono también serían semiconductoras.

¿Ahora que? Bueno, eso aún no está claro. El proceso de construcción de los ciclocarbonos necesitará ser refinado para producir un rendimiento más confiable, para empezar. Por el momento, los anillos solo se pueden construir uno a la vez, por lo que el equipo planea encontrar formas de construir múltiples ciclocarbonos a la vez.

Y ahora que se han producido ciclocarbonos estables, los científicos pueden comenzar a experimentar con aplicaciones, descubrir cómo se puede explotar la semiconductividad, por ejemplo, o explorar las propiedades del ciclocarbono como un elemento básico para moléculas aún más complejas.

"Nuestros resultados," los investigadores escribieron, "proporciona información experimental directa sobre la estructura de un ciclocarbono y abre el camino para crear otras moléculas escurridizas ricas en carbono mediante la manipulación de átomos".

La investigación ha sido publicada en Ciencia.

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