Un defecto de Stone-Wales es un defecto cristalográfico que implica el cambio de conectividad de dos átomos de carbono con enlaces π , lo que lleva a su rotación de 90 ° con respecto al punto medio de su enlace. [1] La reacción comúnmente implica la conversión entre una estructura similar al naftaleno en una estructura similar al fulvaleno , es decir, dos anillos que comparten un borde frente a dos anillos separados que tienen vértices unidos entre sí.
La reacción ocurre en nanotubos de carbono , grafeno y estructuras de carbono similares, donde los cuatro anillos adyacentes de seis miembros de una región similar al pireno se cambian en dos anillos de cinco miembros y dos anillos de siete miembros cuando el enlace que une dos de los adyacentes anillos gira. En estos materiales, se cree que la reordenación tiene implicaciones importantes para las propiedades químicas, eléctricas y mecánicas. [3] El reordenamiento es un ejemplo de un reordenamiento de piracicleno .
Historia
El defecto lleva el nombre de Anthony Stone y David J. Wales de la Universidad de Cambridge , quienes lo describieron en un artículo de 1986 [4] sobre la isomerización de fullerenos . Sin embargo, un defecto similar fue descrito mucho antes por GJ Dienes en 1952 en un artículo sobre los mecanismos de difusión en el grafito [5] y más tarde en 1969 en un artículo sobre defectos en el grafito de Peter Thrower . [6] Por esta razón, a veces se utiliza el término defecto Stone-Thrower-Wales .
Efectos estructurales
Se han obtenido imágenes de los defectos utilizando microscopía de efecto túnel [ cita requerida ] y microscopía electrónica de transmisión [7] y se pueden determinar usando varias técnicas de espectroscopía vibracional . [ cita requerida ]
Se ha propuesto que el proceso de coalescencia de fullerenos o nanotubos de carbono puede ocurrir a través de una secuencia de tales reordenamientos. [ cita requerida ] Se cree que el defecto es responsable de la plasticidad a nanoescala y las transiciones frágil-dúctil en los nanotubos de carbono. [ cita requerida ]
Detalles químicos
La energía de activación para el movimiento atómico simple que da la rotación de enlace aparente en un defecto de Stone-Wales es bastante alta: una barrera de varios electronvoltios . [3] [8] pero varios procesos pueden crear los defectos a energías sustancialmente más bajas de lo que cabría esperar. [7]
El reordenamiento crea una estructura con menos estabilización de resonancia entre los átomos sp 2 involucrados y mayor energía de deformación en la estructura local. Como resultado, el defecto crea una región con mayor reactividad química, que incluye actuar como nucleófilo [ cita requerida ] y crear un sitio preferido para unirse a los átomos de hidrógeno. [9] La alta afinidad de estos defectos por el hidrógeno, junto con la gran superficie del material a granel, podría convertir estos defectos en un aspecto importante en el uso de nanomateriales de carbono para el almacenamiento de hidrógeno. [9] La incorporación de defectos a lo largo de una red de nanotubos de carbono puede programar un circuito de nanotubos de carbono para mejorar la conductancia a lo largo de una ruta específica. [ cita requerida ] En este escenario, los defectos conducen a una deslocalización de la carga, que redirige un electrón entrante por una trayectoria determinada.
Referencias
- ^ Brayfindley, Evangelina; Irace, Erica E .; Castro, Claire; Karney, William L. (2015). "Reordenamientos de Stone-Wales en hidrocarburos aromáticos policíclicos: un estudio computacional". J. Org. Chem . 80 (8): 3825–3831. doi : 10.1021 / acs.joc.5b00066 . PMID 25843555 .
- ^ Björkman, T; Kurasch, S; Lehtinen, O; Kotakoski, J; Yazyev, OV; Srivastava, A; Skakalova, V; Smet, JH; Kaiser, U; Krasheninnikov, AV (2013). "Defectos en sílice bicapa y grafeno: tendencias comunes en diversos sistemas hexagonales bidimensionales" . Informes científicos . 3 : 3482. Código Bibliográfico : 2013NatSR ... 3E3482B . doi : 10.1038 / srep03482 . PMC 3863822 . PMID 24336488 .
- ^ a b Zhou, LG; Shi, San-Qiang (2003). "Energía de formación de defectos de Stone-Wales en nanotubos de carbono" (PDF) . Apl. Phys. Lett . 83 (6): 1222-1225. Código Bibliográfico : 2003ApPhL..83.1222Z . doi : 10.1063 / 1.1599961 . hdl : 10397/4230 .
- ^ Stone, AJ; Gales, DJ (1986). "Estudios teóricos del icosaédrico C 60 y algunas estructuras relacionadas". Letras de física química . 128 (5–6): 501–503. Código bibliográfico : 1986CPL ... 128..501S . doi : 10.1016 / 0009-2614 (86) 80661-3 .
- ^ Dienes, GJ (1952). "Mecanismo de autodifusión en grafito". Revista de Física Aplicada . 23 (11): 1194-1200. doi : 10.1063 / 1.1702030 . hdl : 2027 / mdp.39015095100155 .
- ^ Thrower, PA (1969). "El estudio de los defectos del grafito mediante microscopía electrónica de transmisión". Química y Física del Carbono . 5 : 217–320.
- ^ a b Kotakoski, J .; Meyer, JC; Kurasch, S .; Santos-Cottin, D .; Kaiser, U .; Krasheninnikov, AV (2011). "Transformaciones de tipo Stone-Wales en nanoestructuras de carbono impulsadas por irradiación de electrones". Phys. Rev. B . 83 (24): 245420–245433. arXiv : 1105.1617 . Código bibliográfico : 2011PhRvB..83x5420K . doi : 10.1103 / PhysRevB.83.245420 .
- ^ Fowler, Patrick W .; Baker, Jon (1992). "Energética de la transformación de piracileno Stone-Wales". J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2 (10): 1665–1666. doi : 10.1039 / P29920001665 .
- ^ a b Letardi, Sara; Celino, Massimo; Cleri, Fabrizio; Rosato, Vittorio (2002). "Adsorción de hidrógeno atómico en un defecto de Stone-Wales en grafito". Ciencia de superficies . 496 (1–2): 33–38. Código Bibliográfico : 2002SurSc.496 ... 33L . doi : 10.1016 / S0039-6028 (01) 01437-6 .
enlaces externos
- Medios relacionados con el defecto de Stone-Wales en Wikimedia Commons