Carbono acetilénico lineal

El carbono acetilénico lineal (LAC por sus siglas en inglés), también llamado carbino, es un alótropo del carbono que tiene la estructura química^[1]​ -(C≡C)_n- como una cadena repetitiva.^[2]​

Los átomos de carbono en esta forma están dispuestos cada uno de ellos en una geometría lineal con hibridación sp: es un polímero con enlaces sencillos y enlaces triples alternados. Este tipo de carbino es de considerable interés en nanotecnología debido a que su módulo de Young es cuarenta veces el del diamante, el más duro material conocido.^[3]​ La existencia del carbino en sí mismo como un alótropo del carbono es controvertida, ya que las propiedades y métodos sintéticos lucen consistentes con la generación de fullerenos.^[4]​ Sin embargo, los oligómeros de polialquinos llamados poliinos como substructuras de compuestos mayores son bien conocidos e investigados de manera activa como sustitutos.^[5]​ Las cadenas de carbino de más de 300 átomos de carbono han sido preparadas y parecen ser razonablemente estables tan pronto como los alquinos terminales de la cadena son cubiertos en vez de tener un átomo acetilénico de H libre.^[6]​ El análisis en este estudio demostró específicamente que el resultado fue una estructura tipo carbino en vez de un fullereno.

Un análisis de un alótropo de carbono lineal sintetizado encontró que tiene una estructura electrónica de cumuleno, que son dobles enlaces secuenciales a lo largo de una cadena de carbono con hibridación sp, en vez del patrón que alterna enlaces sencillos y triples del carbino lineal.^[7]​

Propiedades

Las cadenas de carbono acetilénico lineal son llamadas a ser el material más resistente que existe por unidad de densidad. Los cálculos indican que el esfuerzo de tensión específico (esfuerzo entre densidad) es de 6.0–7.5×10⁷ N⋅m/kg, superior al grafeno con 4.7–5.5×10⁷ N⋅m/kg, a los nanotubos de carbono con 4.3–5.0×10⁷ N⋅m/kg, y al diamante con 2.5–6.5×10⁷ N⋅m/kg.^[8]​^[9]​ Su módulo específico (Módulo de Young entre densidad) que ronda los 10⁹ N⋅m/kg es a su vez el doble que el grafeno, aproximadamente 4.5×10⁸ N⋅m/kg.

Estirar el LAC un 10% altera su hueco de banda electrónica de 3.2 a 4.4 eV.^[10]​ Si se le dopa a lo largo de su cadena con extremos que permitan retorcerlo como si de asas se tratate, el gap de su banda electrónica se puede modificar, por ejemplo con un giro de 90º de extremo a extremo, el LAC se vuelve semiconductor magnético.

En el año 2017, se determinó que las bandas de conducción de cadenas de LAC confinado (LCC) dentro de nanotubos de carbono de doble pared con longitudes entre 36 y 6000 átomos, tenían un rango entre 2.253 a 1.848 eV, siguiendo una relación lineal con la frecuencia de Raman. Esta banda tan estrecha de potencial es el menor gap observado en cadenas de LAC. La comparación con datos experimentales obtenidos para cadenas cortas en gases o disoluciones demuestran el efecto de encapsulación DWCNT, proyectando una gran disminuación de dicha banda.

Las cadenas de LAC son prometedoras para ser dopadas y actuar como almacenaje de energía^[11]​ o hidrógeno molecular^[12]​.

Referencias

1. Heimann, R.B.; Evsyukov, S.E.; Kavan, L. (Eds.) (1999). Carbyne and Carbynoid Structures. Physics and Chemistry of Materials with Low-Dimensional Structures 21. p. 452. ISBN 0-7923-5323-4. 
2. Baughman, R. H. (2006). «Dangerously Seeking Linear Carbon». Science 312: 1009-1110. doi:10.1126/science.1125999. 
3. Itzhaki, L.; Altus, E.; Basch, H.; Hoz, S. (2005). «Harder than Diamond: Determining the Cross-Sectional Area and Young's Modulus of Molecular Rods». Angew. Chem. Int. Ed. 44: 7432-7435. PMID 16240306. doi:10.1002/ange.200502448. 
4. Kroto, H. (noviembre de 2010). «Carbyne and other myths about carbon». RSC Chemistry World. 
5. Chalifouxa, W. A.; Tykwinsk, R. R. (2009). «Synthesis of extended polyynes: Toward carbyne». Comptes Rendus Chimie 12 (3): 341-358. doi:10.1016/j.crci.2008.10.004. 
6. Lagow, R. J.; Kampa, J. J.; Han-Chao Wei, H.-C.; Scott L. Battle, S. L.; John W. Genge, J. W.; Laude, D. A.; Harper, C. J.; Bau, R.; Stevens, R. C.; Haw. J. F.; Munson, E. (1995). «Synthesis of Linear Acetylenic Carbon: The "sp" Carbon Allotrope». Science 267 (5196): 362-367. Bibcode:1995Sci...267..362L. doi:10.1126/science.267.5196.362. 
7. Xue, K.-H.; Tao, F.-F.; Shen, W.; He, C.-J.; Chen, Q.-L.; Wu, L.-J.; Zhu, Y.-M. (2004). «Linear carbon allotrope – carbon atom wires prepared by pyrolysis of starch». Chemical Physics Letters 385 (5–6): 477-480. Bibcode:2004CPL...385..477X. doi:10.1016/j.cplett.2004.01.007. 
8. arXiv, Emerging Technology from the. «New Form of Carbon is Stronger Than Graphene and Diamond». MIT Technology Review (en inglés estadounidense). Consultado el 4 de octubre de 2019. 
9. https://kurzweilai.net/. «New one-dimensional form of carbon may be the strongest material ever | Kurzweil». www.kurzweilai.net (en inglés estadounidense). Consultado el 4 de octubre de 2019. 
10. «Carbyne: The new world's strongest material?». New Atlas (en inglés). 15 de octubre de 2013. Consultado el 4 de octubre de 2019. 
11. https://kurzweilai.net/. «New one-dimensional form of carbon may be the strongest material ever | Kurzweil». www.kurzweilai.net (en inglés estadounidense). Consultado el 4 de octubre de 2019. 
12. Sorokin, Pavel B.; Lee, Hoonkyung; Antipina, Lyubov Yu.; Singh, Abhishek K.; Yakobson, Boris I. (13 de julio de 2011). «Calcium-Decorated Carbyne Networks as Hydrogen Storage Media». Nano Letters 11 (7): 2660-2665. ISSN 1530-6984. doi:10.1021/nl200721v. Consultado el 4 de octubre de 2019. 

• Tobe, Y.; Wakabayashi, T. Acetylene Chemistry «Chapter 9. Carbon-Rich Compounds: Acetylene-Based Carobn Allotropes». En Diederich, F.; Stang, P. J.; Tykwinski, R. R., ed. Acetylene chemistry: chemistry, biology, and material science. pp. 387-426. 

Enlaces externos

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