Configuración molecular de una bomba bucky que explota. Crédito:ACS
(Phys.org) —Los científicos han simulado la explosión de una molécula de buckminsterfullereno modificada (C 60 ), mejor conocido como buckyball, y demostró que la reacción produce un tremendo aumento de temperatura y presión en una fracción de segundo. El explosivo a nanoescala, que los científicos apodan "buckybomb, "pertenece al campo emergente de los nanomateriales de alta energía que podrían tener una variedad de aplicaciones militares e industriales.
Los investigadores, Vitaly V. Chaban, Eudes Eterno Fileti, y Oleg V. Prezhdo de la Universidad del Sur de California en Los Ángeles, han publicado un artículo sobre la explosión simulada de una buckybomb en un número reciente de El diario de las letras de la química física . Chaban también está con la Universidad Federal de São Paulo, Brasil.
La bomba bucky combina las propiedades únicas de dos clases de materiales:estructuras de carbono y nanomateriales energéticos. Materiales de carbono como C 60 pueden modificarse químicamente con bastante facilidad para cambiar sus propiedades. Mientras tanto, NO 2 Se sabe que los grupos contribuyen a los procesos de detonación y combustión porque son una fuente importante de oxígeno. Entonces, los científicos se preguntaban qué pasaría si NO 2 los grupos se adjuntaron a C 60 moléculas:¿explotaría todo? ¿Y cómo?
Las simulaciones respondieron a estas preguntas revelando la explosión en detalle paso a paso. Comenzando con una buckybomb intacta (técnicamente llamada dodecanitrofullereno, o C 60 (NO 2 ) 12 ), los investigadores elevaron la temperatura simulada a 1000 K (700 ° C). Dentro de un picosegundo (10 -12 segundo), el no 2 los grupos comienzan a isomerizarse, reorganizando sus átomos y formando nuevos grupos con algunos de los átomos de carbono del C 60 . A medida que pasan unos picosegundos más, la C 60 la estructura pierde algunos de sus electrones, que interfiere con los lazos que lo mantienen unido, y, en un instante, la molécula grande se desintegra en muchos pedazos diminutos de carbono diatómico (C 2 ). Lo que queda es una mezcla de gases, incluido el CO. 2 , NO 2 , y N 2 , así como C 2 .
Aunque esta reacción requiere una entrada de calor inicial para ponerse en marcha, una vez que se pone en marcha, libera una enorme cantidad de calor para su tamaño. Dentro del primer picosegundo, la temperatura aumenta de 1000 a 2500 K. Pero en este punto la molécula es inestable, por lo que reacciones adicionales durante los siguientes 50 picosegundos elevan la temperatura a 4000 K. A esta temperatura, la presión puede alcanzar hasta 1200 MPa (más de 10, 000 veces la presión atmosférica normal), dependiendo de la densidad del material.
Químicamente hablando, los científicos explican que la energía térmica proviene de la alta densidad de energía covalente almacenada por los enlaces carbono-carbono en el C 60 . Porque el NO 2 grupos inician la reacción, agregando más NO 2 grupos aumenta la cantidad de energía liberada durante la explosión. Elegir un número apropiado de estos grupos, así como cambiar la concentración del compuesto, proporcionar formas de controlar la fuerza de la explosión.
Los investigadores predicen que esta rápida liberación de energía química brindará interesantes oportunidades para el diseño de nuevos nanomateriales de alta energía.
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