Aggregati del carbonio: il fullerene

Sintetizzato nel 1985, esiste da tempo immemorabile nello Spazio.

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Immagine artistica di molecole di fullerene nello spazio. | Caltech

Nel 2010, dopo l'antracene un'altra molecola complessa è stata individuata per la prima volta nello spazio interstellare, nella nebulosa planetaria TC 1, il fullerene.

 

Per ammissione degli stessi ricercatori, la scoperta è stata casuale: analizzando con gli spettroscopi del telescopio spaziale Spitzer la luce infrarossa proveniente dalla nebulosa, gli astronomi hanno riconosciuto la firma spettrale del fullerene. La casualità è dovuta al fatto che Spitzer ha "guardato nel posto e nel momento giusti": a distanza di qualche anno, forse non più di un secolo, probabilmente la fonte dell'emissione sarebbe stata troppo dispersa e non si sarebbe rilevato nulla.

 

In effetti si riteneva possibile che queste macromolecole fossero presenti nello Spazio, ma è stata la prima volta che sono state effettivamente rilevate.

 

I ricercatori hanno poi simulato in laboratorio le condizioni nell'atmosfera invecchiata e ricca di carbonio delle stelle giganti nelle quali sono state rilevate catene di atomi di carbonio: sorprendentemente, questi esperimenti hanno portato all'identificazione di grandi quantità di molecole di questo tipo. Sulla Terra sono state trovate, in natura, in strati rocciosi e meteoriti.

 

Gli aggregati di carbonio. I fullereni sono uno stato di aggregazione del carbonio puro, come il diamante e la grafite: sono così chiamati in virtù della somiglianza della loro struttura molecolare con le cupole geodetiche dell'architetto statunitense Richard Buckminster Fuller, che le ha brevettate nel 1954.

 

Nel 1985, studiando la formazione di molecole di carbonio con la tecnica della vaporizzazione laser, i chimici Harold Kroto, Richard Smalley e Robert Curl sintetizzarono un aggregato di 60 atomi di carbonio (C60) caratterizzato da una stabilità di gran lunga più elevata di tutte le altre molecole complesse di questo elemento. Al fullerene, (per il quale Kroto, Smalley e Curl furono insigniti del Nobel per la chimica nel 1996) aveva inizialmente il nome provvisorio (working name) di soccerene, da soccer (calcio, in inglese-americano), vista la somiglianza della sua struttura con i palloni da calcio: gli atomi di carbonio si dispongono infatti ai vertici di un particolare poliedro semiregolare, l'icosaedro troncato, uno dei 13 solidi archimedei, le cui facce sono esagoni e pentagoni. Un'altra struttura possibile per il fullerene è quella cilindrica, nota col nome di buckytube (sempre in onore dell'architetto Fuller) o ancora più nota come nanotubo.

 

Sono molecole molto importanti, con caratteristiche uniche in termini di proprietà fisiche e chimiche, e che ogni giorno trovano spazio in nuovi campi di applicazione. Averle rilevate con sicurezza nello Spazio è «una scoperta fondamentale», ha affermato Kroto, perché è «la prova che queste molecole esistono da tempo immemorabile in qualche luogo della nostra Galassia».

 

4 gennaio 2016 | Mario Di Martino