Fullerène - Définition

Variations

Depuis la découverte des fullerènes en 1985, les variations structurelles des fullerènes découverts vont au-delà des fragments eux-mêmes. Par exemple, il existe des :

• buckyballes : le plus petit est le C₂₀ et le plus commun est le C₆₀ ;
• nanotubes : tubes creux de très petites dimensions, ayant une ou plusieurs parois, avec des applications potentielles dans l’industrie électronique ;
• mégatubes : plus grands en diamètres que les nanotubes et ayant des parois de différentes largeurs, pouvant être utilisés pour le transport de variétés de molécules de différentes tailles ;
• polymères : chaînes à deux ou trois dimensions qui sont formées sous haute pression à des températures élevées ;
• nano « oignons » : particules sphériques basées sur de multiples strates de carbone entourant un cœur de buckyballe, proposés comme lubrifiants ;
• dimères liant chaîne et balle : deux buckyballes liées par une chaîne de carbone ;
• anneaux de fullerènes.

En 1997, les fullerènes furent trouvés dans un minéral connu sous le nom de Shungite en République de Carélie, en Russie.

Buckyballes

Buckminsterfullerène

C₆₀ fut nommé buckminsterfullerène en l'honneur de Richard Buckminster Fuller, un architecte renommé qui popularisa le dôme géodésique. Comme les buckminsterfullerènes avaient la même forme que celle du dôme, le nom fut considéré pertinent. La découverte de la famille des fullerènes vint après celle du buckminsterfullerène, le nom fut raccourci pour illustrer le fait que ce dernier est un type de fullerène.

Le buckminsterfullerène (code IUPAC : (C60-Ih)[5,6] fullerène) est la plus petite molécule de fullerène dans laquelle deux pentagones ne partagent pas un côté (ce qui peut être déstabilisateur). C’est le plus commun en termes d’occurrence naturelle, puisqu’on peut le trouver dans la suie.

La structure du C₆₀ est un icosaèdre tronqué (T=3), qui ressemble à un ballon de football fait de 20 hexagones et de 12 pentagones, avec un atome de carbone au sommet de chaque polygone et une liaison à chaque côté du polygone.

Le diamètre Van der Waals de la molécule de C₆₀ est d’environ un nanomètre (nm). Le diamètre du noyau de la molécule C₆₀ est d’environ 0,7 nm.

La molécule C₆₀ a une longueur de liaison chimique de 2. La liaison annuaire 6:6 (entre deux hexagones) peut être considérée comme une liaison covalente et est plus courte que les liaisons 6:5 (entre un hexagone et un pentagone).

Variétés

Le C₇₀ est un autre fullerène commun, mais des fullerènes avec 72, 76, 84 et même jusqu’à 100 atomes de carbone peuvent être obtenus.

Le plus petit fullerène est le dodécaèdre, C₂₀. Il n’y a pas de fullerènes avec 22 sommets. Le nombre de fullerènes C_2n augmente avec n=12, n=13, n=14, etc. en proportion à n. Par exemple, il y a 1 812 fullerènes non-isomorphiques C₆₀. Une forme de C₆₀, un fullerène icosaèdre tronqué, n’a pas de paire de pentagones adjacents (le plus petit fullerène de ce type). Il y a 214 127 713 fullerènes non-isomorphiques C₂₀₀, dont 15 655 672 fullerènes qui n’ont pas de pentagones adjacents.

Buckyballe de bore

Des chercheurs de l’Université Rice ont avancé la possibilité de l'existence d'un type de buckyballe formée d'atomes de bore au lieu du carbone habituel. La structure B₈₀ serait théoriquement plus stable que celle du C₆₀. L'une des raisons avancées par les chercheurs est que le B₈₀ est plus proche de la structure du dôme géodésique popularisé par Buckminster Fuller et est formé de triangles plutôt que d'hexagones.