Construcción de modelos de fullerenos y nanotubos
 
Eva Moreno (3º ESO), Teresa Teruel (4º ESO),Camila Giner (1º BAC), Paula Pérez (2º BAC)
Profesora que dirige el trabajo: Belén Garrido Garrido 
Colegio Guadalaviar.Valencia
 

 
En junio de 2005 cuatro alumnas y yo nos embarcamos en un proyecto: hacer modelos de fullerenos de papiroflexia. Durante el verano doblaron y doblaron. A principios del curso 05-06 nos presentamos a  "EXPERIMENTA", un concurso convocado por la Facultat de Física de la Universitat de València. 

El proyecto fue seleccionado y el 20-XI-05 el grupo de alumnas lo expusieron, junto con el resto de los 16 grupos seleccionados en la categoría de Aplicaciones Tecnológicas,  en la Feria de Física y Tecnología celebrada en Jardí Botànic de la Universitat. 

Ese día muchos asistentes  a la Feria, incluido el Rector de la Universitat y el decano de la Facultad de Física, hicieron su modulito para construir fullerenos. 

Les concedieron el  segundo premio de la Categoría de Aplicaciones Tecnológicas.

8o)

Tengo que reconocer a mis cuatro alumnas lo hicieron muy bien y defendieron ellas solitas durante dos horas el proyecto delante de los que se paraban en el stand

Nos han regalado al centro un LEGO Mindstorms con su ladrilllo RCX programable para hacer robots manipulados por ordenador... total un "jueguecito" muy interesante que no se cuando vamos a sacar tiempo con las de Tecnología para hacer algo de interés con él, pero todo se andará.
 

 

 

INTRODUCCIÓN

El buckminsterfullereno, de fórmula C60, también llamado fullereno o buckybola, es una forma alotrópica del carbono. Descubierto por el británico Harold Kroto y los americanos Robert Curl y Richard Smalley (Premio Nobel de Química en 1996). Este compuesto da el nombre a toda una serie de compuestos: los fullerenos.

 
El nombre de estos compuestos se debe a que el arquitecto Richard Buckminster Fuller había utilizado la forma del C60 en alguna de sus obras. En 1967 , para la EXPO en Montreal, diseñó y construyó una cúpula geodésica en la que usaba elementos hexagonales junto con alguno pentagonal para curvar la superficie
The American Pavilion of Expo '67, 
ahora the Biosphère, en Île Sainte-Hélène, Montreal 

 
La molécula de fullereno (diámetro de 7 Å) es 100 millones de veces más pequeña que un balón de fútbol, y sin embargo, ambos tienen exactamente la misma simetría y la misma topología (es decir la secuencia de conexiones). 

El fullereno está formado por 60 átomos de carbono; cada átomo forma parte de dos hexágonos y un pentágono lo que da lugar a una estructura cerrada con la simetría de un icosaedro truncado (poliedro formado por 12 pentágonos y 20 hexágonos). 


 
Esta molécula de 20 átomos de Carbono es la más pequeña de toda una serie de moléculas  esféricas. Se puede aislar a partir del hollín que se produce al hacer saltar un arco eléctrico entre dos electrodos de grafito (algo así como un experimento de relámpagos a escala de laboratorio).
Desde que se descubrió como fabricar estas atractivas y multifacéticas moléculas, no transcurre un día sin que se anuncie un nuevo pariente de la familia "bucky": los "bucky-tubos" (buckytubes o nano-tubes), las "bucky-cebollas" (buckyonions) y las "bucky-canastas" (buckybaskets) o "bucky-bolos" (buckybowls) que aparecieron en 1996 y los "bucky-donuts" (buckydoughnuts) observados en 1997.
Los nano-tubos o "bucky-tubos" (buckytubes) representan probablemente hasta el momento el más importante producto derivado de la investigación en fullerenos. Estos compuestos constituyen uno de los primeros productos industriales de la Nanotecnología
Los nanotubos tienen un diámetro de unos nanometros y, sin embargo, su longitud puede ser de hasta varios cientos de micrometros de longitud (algunos alcanzan un milímetro,1000 micrometros)por lo que dispone de una relación longitud-anchura tremendamente alta y hasta ahora sin precedentes.
Algunos están cerrados por media esfera de fullereno o bukybola, y otros no están cerrados. Existen nanotubos monocapa (un sólo tubo) y multicapa (varios tubos metidos uno dentro de otro, al estilo de las famosas muñecas rusas). 
La investigación sobre nanotubos es tan apasionante (por sus múltiples aplicaciones y posibilidades) como complejo (por la variedad de sus propiedades electricas, termales y estructurales que cambian según el diámetro, la longitud, la forma de enrollar...).
Se han encontrado numerosas aplicaciones de los fullerenos como inclusión de átomos alcalinos en el interior de las bolas de carbono semi-conductoras para darles propiedades metálicas y superconductores de alta temperatura a 30 K, polímeros con fullerenos para dispositivos de conversión de energía solar, lubricantes, dispositivos en micro-electrónica, y hasta la síntesis de fármacos con fullerenos usados como jaulas huecas para alojar fármacos que se liberan en forma controlada.
Los nanotubos de carbono forman un material que resulta ser 100 veces más fuerte que el acero y seis veces más ligero. Hay estudios que pretenden utilizar estos materiales en aviones, automóviles y otros medios de locomoción, pues supondría una pérdida de peso y un aumento de su resistencia mecánica.

 
PROYECTO

En este trabajo presentamos un modo de construir modelos moleculares de fullerenos y nanotubos utilizando la técnica Papiroflexia Modular.  Esta técnica está basada en la construcción de módulos o unidades (casi siempre iguales) de papel doblado que se pueden ensamblar en cuerpos geométricos. 


Los módulos utilizados han sido de dos tipos. Las instrucciones para su construcción se pueden encontrar en:
Módulo de Bennett Arnstein:
http://www.cs.sunysb.edu/~cse125/activities/modular-origami-2.html
Módulo Pentagon-Hexagon Zig-Zag (PHiZZ) 
http://www.merrimack.edu/~thull/phzig/phzig.html


Después de doblar cientos de módulos  los hemos ensamblado, sin pegar, siguiendo la simetría de las distintas moléculas y hemos construido modelos de varios fullerenos y nanotubos.
 


 
BIBLIOGRAFÍA

R. Gurkewitz, B. Arnstein. "Multimodular Origami Polyhedra" (2003) Dover Publications.Modular Origami: 

T. Hull ."Notes on Spherical Buckyballs" http://www.merrimack.edu/~thull/combgeom/bucky/buckynotes.html
 


GALERÍA DE IMÁGENES

Modelos de Fullerenos y Nanotubos construidos
 

 

 
Feria de la Física y Tecnología (Jardín Botánico de la Universidad de Valencia, 20-XI-05)


Teresa, Paula, Camila y Eva "posando" en su stand, tenían el número T 7
Belén (profe), Teresa, Camila y Eva "posando" delante del poster (Paula estaba viendo a los otros grupos, por eso no sale en la foto)

 
Muy atareadas enseñando a doblar modulitos
En la mesa un fullereno casi terminado

 
Siguen doblando...
Siguen doblando...
Carmela, una profesora de Geografía muy interesada por los fullerenos
Francisco Tomás Vert, rector de la Universitat de València, es químico y también le gustan los fullerenos
Siguen doblando...
Siguen doblando...
 
Una panorámica de las carpas de la Feria
Otro grupo haciendo experimentos
Un panel con motores electricos... muy interesante!!
Medida del diámetro solar con un tubo cámara oscura
Y como broche final  ¡¡¡La sorpresa!!!! : El segundo premio

 
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