El grafà: un parent del grafè

La concessió del Premi Nobel en Fïsica de 2010 al grafè ha posat de moda a aquesta macromolècula (una monocapa d’àtoms de carboni), i ha permès que s’hi busquin encara més aplicacions i se n’estudiï les seves propietats físiques i químiques. El grafè prové de la fusió de múltiples unitats de benzè, que és un anell de sis àtoms de carboni, cadascun unit a la seva vegada a un àtom d’hidrogen, i on els carbonis estan units per dobles enllaços alternants.

Un hidrocarbur parent del benzè és el ciclohexà, on cada carboni està unit a un altre carboni per un sol enllaç, i on cada carboni té dos hidrògens. A diferència del benzè, el ciclohexà no és pas pla, i pot estar en dues conformacions diferents: cadira i vaixell. I aquí comença el viatge d’aquesta entrada: què passaria si anéssin unint molècules de ciclohexà entre elles, de forma semblant a com la unió de molècules de benzè comporta el grafè? Doncs que es formaria una macromolècula d’àtoms de carboni, on cadascun està unit a un hidrogen: el grafà. A diferència del grafè, no és plana, però és molt prima, ja que els àtoms de carboni fan ziga-zaga i els hidrògens pengen per dalt i per baix. En certa manera, el grafà és l’equivalent en 2D del diamant, que seria 3D. I a diferència del grafè, que només té un isòmer, les formes d’alternar els enllaços poden comportar fins a quatre isòmers del grafà.

La primera publicació sobre la síntesi del grafà, produït per hidrogenació del grafè, va tenir lloc totjust el 2009. És, doncs, una macromolècula i un hidrocarbur jove, que existeix en estat cristal.lí. Fa poc, el Premi Nobel Roald Hoffmann, de qui hem tingut l’honor de rebre la visita a Girona i a Catalunya més d’un cop, n’ha parlat, juntament amb d’altres molècules, en un seu article titulat Molecular surprises are sometimes right in front of us, if only we’d do the math (signant com a “one shocked chemist”, un químic sorprès). De fet, en Hoffmann esmenta que no es té encara evidència de l’estructura cristal.lina del grafà, i que només hi ha imatges difuminades obtingudes amb microscopi electrònic de transmissió. Per contra, hi ha força simulacions teòriques del grafà, per exemple aquest article de 2007 Graphane: A two-dimensional hydrocarbon

La combinació de grafà amb grafè en un mateix material té propietats apassionants: per exemple, d’una capa de grafà se’n poden treure hidrògens i fer-ne trossos de grafè, tot generant punts quàntics. Aquests punts permeten dur a terme tota mena d’apllicacions novedoses en òptica avançada. Però això serà una altra entrada, i ens endinsa més en el camp de la nanociència.