ENCIENDE es un proyecto de la COSCE
BOLETÍN ENCIENDE Nº 32 | Junio 2016

Pelotas en el espacio

¡Hola! Os imagináis que hubiera pelotas en el espacio interestelar. Pues sí, hay moléculas con formas muy similares en él llamadas fullerenos. Os preguntaréis por qué este curioso nombre. Sus descubridores se lo pusieron debido a que sus formas eran muy similares a las cúpulas que diseñaba un famoso arquitecto de los años 60, llamado Fuller. La primera de estas moléculas fue descubierta en 1985 cuando dos inquietos químicos, Kroto y Smalley, decidieron investigar cómo sería la atmósfera de un tipo de estrellas llamadas gigantes rojas de nuestro universo. Para ello estudiaron cómo se comportan las cadenas de carbono en ambientes que simulan los que se pueden encontrar en el espacio. Para su sorpresa lo que hallaron fue una nueva forma en la que se presentaba el carbono puro. El carbono puro ya sabemos que se presenta como grafito (presente en las minas de los lápices) y el diamante (un mineral muy utilizado en joyería). Esta nueva molécula tiene 60 átomos de carbono distribuidos como una pelota de fútbol clásica (figura 1). En cada vértice, donde se unen los hexágonos y pentágonos tenemos 1 átomo de carbono.


En la figura 2, podéis ver una representación de este fullereno conocido como C60, y familiarmente como Buckyball. Cada punto azul sería un átomo de carbono.



En pocos años se fueron descubriendo nuevas formas de presentarse los fullerenos, siempre formados por hexágonos y pentágonos de carbono, unos como pelotas de béisbol, como el C70, otros mas grandes o con muchas capas como una cebolla, los llamados Buckyonions (unos dentro de otros como las capas de una cebolla) o como tubos cilíndricos (nanotubos).

Para que nos hagamos una idea, a principio de los años 90 se llegaron a publicar cerca de 1000 trabajos por año sobre su investigación y aplicaciones en diferentes campos de la ciencia. Como veis, dos químicos curiosos aportaron nuevas líneas de investigación en la astrofísica, la química orgánica y de materiales, en la investigación de semiconductores, etc.

Los experimentos en el laboratorio permitieron obtener sus espectros. Esto es como el código de barras que identifica las moléculas. Cada molécula o átomo de la tabla periódica lo tiene. De esta manera, en el año 2010 fueron identificados los fullerenos C60 y C70 en el espacio. Concretamente en una nebulosa planetaria, llamada Tc1 . Este tipo de nebulosas se forman a partir del material que expulsa una estrella, como nuestro Sol, cuando llega a la etapa final de su vida. Las estrellas, como el Sol, producen energía consumiendo su hidrógeno en un inmenso horno nuclear. Cuando el hidrógeno se agota la estrella se transforma radicalmente, aumentando primero su tamaño decenas de veces y enfriando su atmósfera, mientras que en el interior se produce energía al consumirse otro elemento, el helio. La estrella se convierte así en una gigante roja y como consecuencia de las nuevas reacciones en su interior, se incrementa mucho su contenido de carbono. Este elemento se transporta a la superficie de la estrella donde hay una temperatura adecuada para que se produzcan muchas moléculas que contienen carbono.

Desde entonces se han descubierto fullerenos en diferentes objetos en el espacio. Todo parece indicar que puede ser una de las formas más abundantes de presentarse el carbono en el medio que hay entre las estrellas.

Os preguntareis por qué no habían sido descubiertas antes en nuestra Tierra. Solo se habían encontrado en meteoritos ricos en carbono (meteoritos carbonáceos), en las capas de los restos de cráteres producidos por impactos de meteoritos que cayeron en la época de los dinosaurios y en un mineral llamado shungite (o shungita). Los fullerenos han mostrado en el laboratorio que son muy resistentes a radiaciones de muy alta energía y a las colisiones, pero en presencia de oxígeno y ozono (presentes en nuestra atmósfera) se disgregan en cuestión de horas, es decir, se rompen en grupos de hexágonos y pentágonos de carbono y oxígeno. Por esta razón, hasta hace unos años no fueron descubiertos.

El átomo de carbono ha jugado un papel muy importante en el desarrollo de la vida en la Tierra. Lo encontramos en nuestro cuerpo, en el ADN, en los aminoácidos, en los azúcares, proteínas, etc. También en el resto de otros organismos como las plantas, animales, microbios... El carbono está también presente en muchas rocas.

En el espacio se han detectado muchas moléculas que contienen carbono, porque este átomo tiene una gran facilidad para formar enlaces estables con otros átomos.

Cuando la Tierra estaba en proceso de formación en el Sistema Solar los meteoritos ricos en carbono eran los más abundantes. En la Tierra había metano (CH4, una molécula formada por un átomo de carbono y 4 átomos de hidrógeno), amoníaco (NH3), agua, y posiblemente, moléculas anilladas de carbono e hidrógeno y fullerenos, que provendrían de los abundantes meteoritos que caían sobre nuestro planeta. Posiblemente en esos instantes se iniciaran las primeras formas de la vida y quizás los fullerenos pudieron jugar un papel fundamental en este proceso. En la actualidad, ya se están haciendo investigaciones sobre esta posibilidad.

Este recurso ha sido preparado por Susana Iglesias Groth, que realiza estudios de identificación de compuestos de carbono  en el espacio y es investigadora en el Instituto de Astrofísica de Canarias.