Fullerènes

La structure du fullerène

Le buckminsterfullerène C60 est une molécule de fullerène composée de 60 atomes de carbone. Les atomes sont disposés en anneaux hexagonaux et pentagonaux. Il y a 20 anneaux hexagonaux et 12 anneaux pentagonaux qui, ensemble, forment une structure sphérique. Regarde la figure pour visualiser la forme de la molécule de buckminsterfullerène.

Sur la figure, tu devrais pouvoir voir 6 anneaux hexagonaux entourant un anneau pentagonal ? Le buckminsterfullerène est également appelé Buckyball (plus facile à retenir, n'est-ce pas ?). Le Buckminsterfullerène C60 est la plus petite molécule de fullerène dans laquelle deux anneaux pentagonaux ne se touchent pas.

Dans les molécules de fullerène, chaque atome de carbone établit trois liaisons covalentes. Les atomes de carbone partagent des liaisons covalentes simples et doubles. Les liaisons doubles sont appelées liaisons pi (π), et les électrons partagés dans une liaison π sont appelés électrons π. Ces électrons π forment un nuage électronique autour de toute la structure de la molécule Buckyball. La molécule occupe essentiellement l'espace qui peut accueillir ce nuage d'électrons π.

Le diamètre de la molécule de C60 incluant ce nuage d'électrons π est de 1,0 nm. C'est ce qu'on appelle aussi le diamètre de Van Der Waals du fullerène.

Fig. 2 : Diamètre du buckminsterfullerène | ScienceDirect

Le diamètre de la molécule de C60 mesuré de noyau à noyau (àl'exclusion de la région des électrons π) est de 0,7 nm.

Propriétés des fullerènes

Leur forme moléculaire unique et la présence d'une région d'électrons π leur confèrent ces propriétés :

• Le buckminsterfullerène peut participer à différents types de réactions chimiques. Cela est dû à sa capacité à donner et à accepter des électrons.
• Il peutréagir chimiquement avec d'autres espèces tout en gardant sa structure sphérique intacte.
• Il peut résister à des températures et des pressions élevées sans se modifier chimiquement.
• Insoluble dans l'eau.
• Température de sublimation de ^600oC. Cela signifie qu'à ^600oC, il passe directement de l'état solide à l'état gazeux, sans passer à l'état liquide.

Deux propriétés importantes du fullerène sont son point de fusion et son diamètre.

Point de fusion du fullerène

Le point de fusion du fullerène est de 280ºC.

Diamètre du fullerène

Le diamètre du fullerène est d'environ 1,1 nm.

Utilisations du fullerène

Compte tenu de ses propriétés, le fullerène Buckminster trouve un large éventail d'applications.

• Il peut être utilisé dans les batteries, car il a la capacité de gagner et de perdre des électrons.
• Outre les batteries, il trouve également des applications dans certains appareils électroniques avancés.
• Les dérivés du C60 avec des métaux alcalins et des métaux alcalino-terreux trouvent des applications dans les matériaux supraconducteurs.
• Peut être utilisé pour réduire la pollution causée par les combustibles fossiles - trouve des applications dans l'industrie automobile.
• Peut être utilisé pour améliorer les propriétés des matériaux de revêtement tels que les peintures.
• Bons lubrifiants en raison de leur structure moléculaire sphérique.
• Bons oxydants. Les dérivés du buckminsterfullerène sont utilisés dans les cosmétiques.

Nanotubes de carbone

Contrairement au buckminsterfullerène, les nanotubes de carbone sont des molécules de fullerène cylindriques. Leur structure de base est un anneau de 6 atomes de carbone.

Fig. 3 : Nanotube de carbone | Phys.org

Comme le buckminsterfullerène, le carbone établit trois liaisons covalentes dans les nanotubes. Cela signifie qu'il y a une région d'électrons π autour de leur forme cylindrique. Le diamètre des nanotubes de Carbone n'est généralement que de quelques nanomètres. Cependant, leur longueur peut varier de quelques micromètres à quelques millimètres. Les nanotubes sont les fullerènes les plus récemment découverts et ont depuis trouvé de nombreuses applications.

Nanotubes de carbone : Propriétés et utilisations

Les nanotubes de carbone présentent les propriétés suivantes :

• Excellente résistance à la traction.
• Excellenteconductivité thermique - encore meilleure que celle du diamant !
• Excellente conductivitéélectrique - plusieurs fois supérieure à celle de certains métaux comme le cuivre.

Ces propriétés permettent des applications variées des nanotubes de carbone, telles que -

• Utilisés comme matériaux de renforcement (par exemple dans les raquettes de tennis).
• Modification des matériaux composites. Peut être utilisé pour rendre les matériaux plus résistants et durables. Peut également être utilisé pour faire des matériaux de meilleurs conducteurs thermiques.
• Peut être utilisé pour fabriquer des composants électriques.
• Peut être utilisé dans les matériaux de construction.
• Peut être utilisé dans l'industrie du raffinage du pétrole.
• Industrie de l'énergie - Peut être utilisé dans les batteries au lithium-ion (batteries utilisées dans les téléphones et ordinateurs portables !), les cellules solaires et les piles à combustible.
• Plastiques - thermoplastiques et thermodurcissables.
• Peuvent être utilisés dans les nanotechnologies.
• Leur grande résistance à la traction les rend potentiellement utilisables dans les ascenseurs spatiaux dans un avenir lointain.