De química y espacio infinito

Harold W. Lroto con modelos del buckminsterfullereno, tomada de http://art-memeng.tumblr.com/image/1659983488

Harold W. Kroto (Harry, para los cuates), no sabía si decidir por el arte gráfico (su gran pasión) o la química. Cuando ingresó a la Universidad de Sheffield optó por la segunda opción a sugerencia de su padre, que le dijo que de artista “se moriría de hambre”. Luego de terminar la carrera en 1961 y obtener en 1964 un doctorado en química, su curiosidad lo llevó a una carrera de investigación, muy corta en la química orgánica, y luego ya definitivamente en la espectroscopía y la mecánica cuántica.

Cuando a inicios de la década de 1970 Kroto apuntaba al cielo en Sussex junto a su colega, el astrofísico inglés David Walton, un espectrómetro de microondas, no era para buscar meteoros, planetas, estrellas u otros cuerpos celestiales. Era en la búsqueda frenética de ciertas señales generadas por la radio-emisión de moléculas de carbono. ¿Moléculas en el espacio? El concepto entonces era aun joven, pues la radioastronomía aplicada a la búsqueda de entidades químicas estaba aún en pañales. Apenas en 1967 Alexander Dalgarno iniciaba los primeros estudios sobre los procesos emisivos de moléculas en el espacio. De entonces a la fecha se han identificado más de 110 distintas moléculas en el espacio, desde sistemas muy simples de apenas dos átomos (diatómicas) o tres átomos (triatómicas) como el monóxido de carbono (CO), el óxido de hierro (II) (FeO), el agua (H2O) o el dióxido de carbono (CO2), hasta sistemas más complejos como el acetileno (HCCH), el ácido fórmico (HCOOH), metanol (CH3OH), acetaldehído (CH3CHO), propileno (CH3CH=CH2), antraceno (C14H10) y los gigantes moleculares, buckminsterfullereno (C60) y el fullereno de orden 70 (C70).

Regresando a Kroto y a Walton, lo que trataban de detectar eran señales que correspondieran a cadenas lineales de carbono del tipo H-CC-CN o H-CC-CC-CC-CN. De estos estudios, Harry Kroto se interesó en la búsqueda de otros cúmulos moleculares conteniendo carbono, tratando de comprender por qué eran tan abundantes en el espacio. A sugerencia de su colega espectroscopista, el físico Robert Curl, viajó a Texas (en específico a Houston, donde se en-cuentra la Universidad de Rice) para trabajar con el también químico Richard (Ricky) Smalley, quien re-cientemente había construido un aparato para producir cúmulos de carbono mediante la vaporización a 10,000 °C de un blanco de grafito con un láser en una cámara al vacío. Las condiciones de preparación eran similares a las que ocurrían en la superficie de una estrella, de manera que Kroto pensó que era una buena manera de entender el proceso de formación de estas especies químicas. En los primeros experimentos con grafito, los resultados (por debajo de veinte átomos de carbono) coincidían con los cúmulos de carbono que ya se conocía en el espacio exterior; sin embargo, por encima de 60 átomos de carbono, una pequeña señal inusual fue detectada. Luego de optimizar las condiciones de la reacción, el extraño y anómalo pico correspondiente a 60 átomos de carbono se convirtió en el producto principal, pero sin que hubiera una estructura que pudiera explicar su formación ni su estructura ni su estabilidad.

Tras romperse la cabeza una y otra vez, mientras comían un refrigerio en la cafetería de la universidad, el lado artístico de Kroto reapareció y re-cordó las fotografías que en su juventud habían de-corado un número especial de una revista de diseño gráfico y arquitectura en donde un innovador ar-quitecto norteamericano, Buckminster Fuller, proponía estructuras geodésicas cerradas, formadas por numerosos polígonos inter-conectados. De esta forma y con manos temblorosas, dibujó la forma de un ba-lón de futbol y exclamó: “¡Lo tengo!”.

Al igual que un balón, acomodados en 60 vértices, los átomos de carbono podían adoptar la misma estructura cerrada, generando una molécula desconocida hasta entonces y que, de acuerdo a cálculos posteriores, resultaba ser altamente estable.

El descubrimiento del buckminsterfullereno, o C60, o futboleno o simplemente fullereno en 1985, le valió a este equipo (Kro-to, Curl y Smalley) el premio Nobel de Química en 1996, y es considerado por muchos uno de los descubrimientos más importantes e impactantes para el desarrollo de la nanociencia y la nanotecnología.

Los sueños de Harry Kroto de buscar moléculas en el espacio, lo llevaron a simular el cielo en la tierra y a encontrar una manera de preparar un nuevo material, y es-tas investigaciones fueron el parteaguas de una nueva era en la química de materiales. Kroto se mo-vió en escalas muy distintas: del cosmos gigantesco pasó al nanómundo (un fullereno tiene un diámetro de apenas unos 0.7 nanómetros). Quizá, como una recompensa a su curiosidad, el descubrimiento re-ciente e indiscutible (en Febrero de 2012) de fullerenos en estado sólido en el espacio empleando el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA por parte de un grupo de astrónomos, viene a ser la cereza que corona el pastel.

Las interrelaciones entre la química, la astronomía y la nanotecnología bien pueden tener un hijo pródigo: el fullereno. La molécula que vino del espacio.

*miguela.mendez@udlap.mx · UDLAP