1.

Introduzione

Fullereni Forme allotropiche del carbonio. Per molti anni si è creduto che il diamante e la grafite fossero le uniche forme allotropiche (forme in cui gli atomi di uno stesso elemento sono associati in modo differente) del carbonio. Nel diamante ogni atomo di carbonio è legato ad altri quattro, disposti ai vertici di un tetraedro: tale struttura si estende a tutto il cristallo, determinando le caratteristiche di resistenza e durezza del materiale. Nella grafite, invece, gli atomi si associano in anelli esagonali che formano strati lamellari sovrapposti: ne risulta un solido dalla consistenza scivolosa e molto tenero. Poiché il carbonio è uno degli elementi più studiati, fu con grande sorpresa che nel 1985 venne scoperta una nuova famiglia di allotropi: il più famoso di questi è di certo il buckminsterfullerene, che tuttavia è solo uno dei tanti componenti della classe dei fullereni.

2.

Il buckminsterfullerene

Il buckminsterfullerene è costituito da 60 atomi di carbonio associati in una struttura pressoché sferica, di formula C₆₀; gli atomi formano esagoni e pentagoni uniti fra loro, con una struttura che globalmente ricorda l’aspetto dei palloni da calcio. Il nome deriva dalla somiglianza di questo composto con la struttura geometrica complessa elaborata dall’architetto statunitense Richard Buckminster Fuller.

Altri tipi di fullereni sono costituiti da un numero superiore di atomi di carbonio. Dopo che il buckminsterfullerene cominciò a essere prodotto su larga scala, si riuscì a ottenere anche una forma solida, la fullerite. Si tratta di un solido giallo, trasparente, in cui le molecole sono impaccate in maniera compatta in modo da formare una specie di impilamento di sfere. Anche la versione a struttura tubolare dei fullereni è stata recentemente ottenuta in forma solida.

3.

La sintesi dei fullereni

Il metodo originale di sintesi permetteva la produzione di piccole quantità di queste sostanze; in seguito, si è scoperto che un numero elevato di molecole potevano essere prodotte collegando due elettrodi di carbonio con un arco elettrico, in atmosfera di elio. Attualmente, si sa che il buckminsterfullerene si forma probabilmente anche nelle fiamme ricche di fuliggine: c’è quindi la possibilità che esistano grosse quantità di fullereni nell’universo, specialmente nelle vicinanze delle stelle nella fase di gigante rossa.

4.

Ricerche e applicazioni

Lo studio delle proprietà dei fullereni è un campo di ricerca aperto; esiste la possibilità che nasca una nuova branca della chimica interamente dedicata ai fullereni, analogamente a quanto è successo per lo sviluppo della chimica organica aromatica a partire dalla scoperta del benzene negli anni Venti dell’Ottocento.

Una delle prospettive più interessanti riguarda la possibilità di inserire atomi di tutti gli altri elementi della tavola periodica nello spazio vuoto all’interno della gabbia di atomi di carbonio. Quando si introducono atomi metallici nelle strutture tubolari cui si è accennato precedentemente, si ottengono materiali assimilabili a fili elettrici monodimensionali totalmente isolati dall’ambiente. Inoltre, alcuni composti del buckminsterfullerene (in modo particolare il K₃C₆₀), a bassa temperatura, hanno proprietà tipiche dei superconduttori.

Alcuni derivati del buckminsterfullerene sono biologicamente attivi e sono stati usati per combattere il cancro: si pensa che la loro particolare struttura ne faciliti la penetrazione nei siti attivi degli enzimi, la cui attività risulta di conseguenza bloccata.