Décadas Del Viejo Misterio De Buckyballs Agrietadas

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Los científicos arrojan luz sobre el misterio de décadas de cómo se forman las moléculas de carbono enjaulado llamadas buckyballs.

Este artículo de Detrás de las escenas se proporcionó a WordsSideKick.com en colaboración con la National Science Foundation.

Después de explorar durante 25 años, los científicos han resuelto la cuestión de cómo se forma la familia icónica de moléculas de carbono enjauladas conocidas como buckyballs.

Los resultados de la Universidad Estatal de Florida y del Laboratorio Nacional de Campos Magnéticos Superiores apoyados por la Fundación Nacional de Ciencias, o MagLab, en Tallahassee, Florida, arrojan luz fundamental sobre el autoensamblaje de las redes de carbono. Los hallazgos deberían tener implicaciones importantes para la nanotecnología del carbono y proporcionar información sobre el origen de los fullerenos espaciales, que se encuentran en todo el Universo.

Mucha gente conoce el buckyball, también conocido como fullereno por los científicos, molécula, C60, de las portadas de sus libros de química escolar. De hecho, la molécula representa la imagen icónica de la "química". Pero, en primer lugar, cómo estas bellas moléculas a menudo altamente simétricas y con propiedades extremadamente fascinantes se han convertido en un misterio. A pesar de la investigación mundial desde el descubrimiento de C60 en 1985, el fullereno ha mantenido sus secretos. ¿Cómo? Nace bajo condiciones altamente energéticas y crece ultra rápido.

Paul Dunk revisa el equipo durante el tiempo de imán en el laboratorio de resonancia de ciclones de iones MagLab.

Paul Dunk revisa el equipo durante el tiempo de imán en el laboratorio de resonancia de ciclones de iones de MagLab.

Crédito: NSF

"La dificultad con la formación de fullerene es que el proceso se termina literalmente en un instante, es casi imposible ver cómo se realizó el truco mágico de su crecimiento", dice Paul Dunk, autor principal de la obra.

En el estudio, publicado en Nature Communications a fines de mayo, los científicos describen su ingenioso enfoque para probar cómo crecen los fullerenos. "Comenzamos con una pasta de moléculas de fullereno preexistentes mezcladas con carbono y helio, las inyectamos con un láser y, en lugar de destruir los fullerenos, nos sorprendió descubrir que realmente habían crecido". Los fullerenes fueron capaces de absorber e incorporar carbono del gas circundante.

Mediante el uso de fullerenos que contenían átomos de metales pesados ​​en sus centros, los científicos demostraron que las jaulas de carbono permanecieron cerradas durante todo el proceso. "Si las jaulas crecieran al abrirse, habríamos perdido los átomos de metal, pero siempre se quedaron encerrados", señaló Dunk.

Los investigadores trabajaron con un equipo de químicos de MagLab utilizando el espectrómetro de masas de resonancia de ciclotrón iónico de transformada de Fourier de 9,4 tesla del laboratorio para analizar las docenas de especies moleculares producidas cuando inyectaron la pasta de fullereno con el láser. El instrumento funciona separando las moléculas según sus masas, lo que permite a los investigadores identificar los tipos y números de átomos en cada molécula. El proceso se utiliza para aplicaciones tan diversas como derrames de petróleo, biomarcadores y estructura de proteínas.

Los resultados de la investigación de buckyball serán importantes para comprender la formación de fullereno en entornos extraterrestres. Informes recientes de la NASA mostraron que los cristales de C60 están en órbita alrededor de soles distantes. Esto sugiere que los fullerenos pueden ser más comunes en el Universo de lo que pensábamos.

"Los resultados de nuestro estudio seguramente serán extremadamente valiosos para descifrar la formación de fullereno en ambientes extraterrestres", dijo Harry Kroto de FSU, ganador del Premio Nobel por el descubrimiento del C60 y coautor del estudio actual.

Los resultados también proporcionan una visión fundamental del autoensamblaje de otros nanomateriales de carbono tecnológicamente importantes, como los nanotubos y el nuevo prodigio de la familia del carbono, el grafeno.

Otros colaboradores de la investigación incluyeron el Instituto de Materiales CNRS en Francia y la Universidad de Nagoya en Japón.

Nota del editor: Los investigadores descritos en los artículos de Behind the Scenes han sido apoyados por la National Science Foundation, la agencia federal encargada de financiar la investigación básica y la educación en todos los campos de la ciencia y la ingeniería. Todas las opiniones, hallazgos y conclusiones o recomendaciones expresadas en este material son las del autor y no necesariamente reflejan los puntos de vista de la National Science Foundation. Ver el archivo detrás de las escenas.


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