Il 666

 666 non è il numero del "diavolo" ecco perché usano spesso questo numero...

Il  CARBONIO Il  carbonio  è  l'elemento  chimico  della  tavola  periodica degli elementi  che  ha come  simbolo C  e  come  numero  atomico  6,  proprio perché  il  suo atomo  è  costituito  da  6  elettroni  e  6  protoni.  È  un elemento  non  metallico  e  tetravalente  (ovvero  può  accettare  o cedere quattro  elettroni). STORIA: Poiché  tutti  noi  sappiamo  di  come  le  rocce  si  siano evolute  nel  corso della storia  allora  preferirei  citare  Levi  e  citare  qui  di  seguito  quello che  egli  scrisse  sul  carbonio. “E’  lecito  parlare  di  “un  certo” atomo  di  carbonio?  Per il  chimico  esiste qualche  dubbio,  perché  non  si  conoscono fino ad  oggi  (1970)  tecniche che  consentano di  vedere,  o  comunque  isolare,  un  singolo  atomo; nessun  dubbio  esiste  per il  narratore,  il  quale  pertanto  si  dispone  a narrare.  Il  nostro  personaggio  giace  dunque  da centinaia di  milioni  di anni,  legato  a tre  atomi d’ossigeno e  a uno di  calcio,  sotto  forma di roccia calcarea:  ha già una lunghissima storia  cosmica alle  spalle  ma la ignoreremo.  Per lui  il  tempo  non  esiste,  o  esiste  solo  sotto  forma di pigre  variazioni  di  temperatura,  giornaliere  e  stagionali,  se,  per la fortuna di  questo  racconto,  la sua giacitura non è  troppo  lontana dalla superficie  del  suolo. La  sua esistenza,  alla cui  monotonia non si  può pensare  senza  orrore,  è  un’alternanza  spietata di  caldi  e  di  freddi,  e cioè  di  oscillazioni  (sempre  di  ugual  frequenza)  un  po’  più  strette  o un po’  più  ampie:  una prigionia, per lui  potenzialmente  vivo,  degna dell’inferno  cattolico.  A  lui,  fino a questo  momento,  si  addice  il  tempo presente,  che  è  quello  della descrizione,  anziché  uno  dei  passati,  che sono i  tempi  di  chi  racconta:  è  congelato  in  un  eterno  presente,  appena scalfito  dai  fremiti  moderati  dell’agitazione  termica.  Ma  appunto  per la fortuna di  chi  racconta,  che  in  caso  diverso avrebbe  finito  di raccontare,  il  banco  calcareo di cui  l’atomo  fa parte  giace  in  superficie. Giace  alla portata  dell’uomo  e  del  suo piccone  (onore  al  piccone  e  ai suoi più  moderni  equivalenti:  essi  sono tutt’ora i  più  importanti intermediari  nel  millenario dialogo  fra  gli  elementi  e  l’uomo):  in  un qualsiasi  momento,  che  io  narratore  decido  per puro  arbitrio  essere nell’anno 1840,  un  colpo di piccone  lo  staccò  e  gli  diede  l’avvio verso il forno a calce,  precipitandolo  nel  mondo delle  cose  che  mutano. Venne arrostito  affinché  si  separasse  dal  calcio,  il  quale  rimase  per così  dire con  i  piedi  per terra  e  andò  incontro  a un  destino  meno brillante  che non narreremo;  lui,  tuttora fermamente  abbarbicato  a due  dei  tre  suoi compagni  ossigeni  di  prima, uscì per il  camino  e  prese  la via dell’aria. La  sua storia,  da  immobile,  si  fece  tumultuosa.  Fu  colto  dal  vento,  abbattuto  al  suolo,  sollevato  a dieci  chilometri.  Fu  respirato  da un falco,  discese  nei  suoi polmoni  precipitosi,  ma  non  penetrò  nel  suo sangue  ricco,  e  fu  espulso.  Si  sciolse  per tre  volte  nell’acqua del  mare, una volta  nell’acqua  di  un  torrente  in  cascata, e  ancora fu  espulso. Viaggiò  col  vento  per otto  anni,  ora  alto,  ora basso,  sul  mare  e  fra  le nubi,  sopra foreste,  deserti  e  smisurate  distese  di  ghiaccio;  poi  incappò nella cattura  e  nell’avventura  organica. Il  carbonio,  infatti,  è  un  elemento  singolare:  è  il  solo che  sappia legarsi con  se  stesso  in  lunghe  catene  stabili  senza  grande  spesa di  energia, ed alla vita sulla terra (la sola che  finora  conosciamo)  occorrono appunto  lunghe  catene.  Perciò il  carbonio  è  l’elemento  chiave  della sostanza vivente:  ma  la sua promozione,  il  suo ingresso  nel  mondo vivo,  non è  agevole,  e  deve  seguire  un  cammino obbligato,  intricato, chiarito  (e  non  ancora  definitivamente)  solo in  questi  ultimi anni” (Da  Il  Sistema  Periodico  (1975),  di  Primo  Levi  ) CARATTERISTICHE FONDAMENTALI Il  carbonio  è  un  elemento  notevole  per vari  motivi.   Esiste  in  differenti  forme  (grafite,  diamanti)  sostanze;   Ha una grande  affinità  per i  legami  chimici  con  altri atomi leggeri, tra cui  il  carbonio  stesso,   È  in  grado  di  formare  legami multipli. Queste  proprietà permettono l'esistenza  di  10  milioni  di  composti  del carbonio.  I  composti  di  carbonio  formano le  basi  di  tutta la vita sulla Terra e  il  ciclo  carbonio-azoto  fornisce  parte  dell'energia prodotta dal sole  e  da altre  stelle. ISOTOPI Nel  1961  l'IUPAC  adottò  l'isotopo  carbonio-12  come  base  per la misura del  peso  atomico.  Il  carbonio-14  è  un  radioisotopo  con  tempo  di decadimento  di  5730  anni  ed è  stato  usato  intensivamente  per la datazione  del  legno nei  siti archeologici.  Questi  sono  gli  isotopi  più importanti  e  sono anche  i  più  stabili.

 ALLOTROPI 

Con  “Allotropia”  (dal  greco  allos,  altro,  e  tropos,  modo),  si  intende  la proprietà di  un  elemento  di  esistere  in  diverse  forme.  Le  diverse  forme sono note  come  allotropi. Il  termine  allotropi  può anche  essere  usato  in  riferimento  alle  forme molecolari  in  un  elemento  (come  nel  caso  di  un  gas  biatomico),  anche nel  caso  che  vi  sia  una sola ulteriore  forma. L'allotropia  in  generale  si  riferisce  specificamente  alla  struttura  del legame  chimico esistente  fra atomi dello  stesso  tipo  e  non  deve  essere confusa con  l'esistenza  di  differenti  stati  fisici,  come  per l'acqua  che può esistere  come  gas  (vapore),  un  liquido(acqua), oppure  solido  (ghiaccio). Queste  fasi  dell'acqua non  sono forme  allotropiche  poiché  sono prodotte  da cambiamenti  dei  legami fisici  esistenti fra le  diverse molecole  dell'acqua piuttosto  che  da modificazioni  del  legame  chimico delle  molecole  stesse. Ciascun  allotropo  di  un  elemento  può  esistere  nelle  diverse  fasi  solida, liquida o gassosa. I  quattro  allotropi  più  conosciuti  del  carbonio  sono:  carbonio amorfo,  grafite,  diamanti  e  fullereni. CARBONIO AMORFO: Del  gruppo, guidato  da Wendy  L. Mao  di  Stanford  e  dalla sua collaboratrice  Yu  Lin,  fa parte  anche  una ricercatrice  italiana,  Maria Baldini,  del  Dipartimento  di  Scienze  della Terra dell’Università  di Stanford. L’esperimento  è  partito  da una forma  di  carbonio  –  detto carbonio  vetroso  –  sintetizzata per la prima volta  negli  anni  Cinquanta, e  di  cui  si  era  nota la capacità di  combinare  alcune  utili  proprietà dei vetri e  delle  ceramiche  con  le  caratteristiche  della grafite.  Il  gruppo ha creato  il  nuovo  allotropo  del  carbonio comprimendo il  carbone  vetroso a più  di  400.000 volte  la normale  pressione  atmosferica. Questa nuova forma  di  carbonio  à  capace  di  sopportare  una pressione, applicata in  una sola direzione,  di  1,3  milioni  di  volte  quella atmosferica,  mentre  viene  mantenuta  costante  la pressione  nelle  altre direzioni  (600.000 volte  i  livelli  atmosferici).  Non  è  stata osservata nessuna sostanza, al  di  fuori del  diamante,  capace  di  sopportare questo  forze  così  intense,  il  che  indica la sorprendente  resistenza posseduta dal  nuovo  materiale. Tuttavia, al  contrario del  diamante  e  di  altre  forme  cristalline  del carbonio,  la struttura  di  questo  nuovo  materiale  non  è  organizzata in unità  atomiche  ripetute.  È  invece  un  materiale  amorfo:  questo  significa che  la sua  struttura  manca  dell’ordine  dei  cristalli.  L’allotropo  amorfo  e superduro  del  carbonio  avrebbe  quindi  un  vantaggio sul  diamante,  se si  dovesse  scoprire  che  la  sua durezza  è  isotropa,  cioè  uguale  in  tutte le  direzioni.  Nel  diamante,  invece,  la durezza è  fortemente  dipendente dalla direzione  in  cui  il  cristallo è  orientato,  e  quindi  dal  punto  in  cui  si applica  una pressione. GRAFITE: A  pressione  normale  il  carbonio  prende  forma  di  grafite  (La  grafite  è un  minerale;  conduttore  elettrico,  ha la più  alta temperatura di  fusione.  Rappresenta  uno degli  stati  allotropici  del  carbonio.  Ogni atomo  è  legato  ad altri  tre  in  un  piano composto  di  anelli  esagonali  fusi assieme,  come  quelli  degli  idrocarburi aromatici.  Le  due  forme conosciute  di  grafite,  alfa (esagonale)  e  beta (romboidale),  hanno identiche  proprietà fisiche,  ad  eccezione  della  struttura cristallina.  La grafite  che  si  trova in  natura  contiene  fino al  30%  della forma  beta, mentre  la grafite  prodotta sinteticamente  contiene  solo la forma  alfa. 

La  grafite  viene  utilizzata per produrre  refrattari,  lubrificanti,  matite, coloranti  ed elettrodi.  Veniva  usata anche  nei  reattori nucleari  RBMK  1000  come  moderatore  di  neutroni,  sotto  forma di  barre per assorbire  le  radiazioni  emesse  dalle  barre  sovrastanti (generalmente  di  plutonio).  Fogli  bidimensionali  di  grafite chiamati  grafene  sono stati  utilizzati  per realizzare  i  più piccoli  transistor  prodotti  al mondo.  Alcuni  ricercatori  ritengono addirittura  che  in  un  prossimo  futuro  potrebbero  sostituire  il  silicio.  A causa della delocalizzazione  della nuvola-pi,  la grafite  conduce l'elettricità. Il materiale  è  soffice  e  i  fogli,  frequentemente  separati  da altri atomi, sono tenuti  insieme  dalla sola  Forza di  van  der Waals (ovvero  interazioni  intermolecolari  molto  deboli  che  hanno un’energia che  è  mediamente  cento  volte  inferiore  a quella di  un  legame covalente  o  ionico.  Tali  forze  hanno  un  breve  raggio  d’azione  e  la loro intensità  diminuisce  rapidamente  all’aumentare  della  distanza),  e scivolano facilmente  l'uno  sull'altro. DIAMANTE: A  pressioni  molto  alte  il  carbonio  forma un  allotropo  chiamato diamante,  nel  quale  ogni  atomo  è  legato  ad altri quattro.  I  diamanti hanno  la stessa struttura  cubica  del  silicio  e  del  germanio  e,  grazie  alla forza  del  legame  chimico carbonio-carbonio,  è  assieme  al nitruro  di boro  la sostanza  più  dura  in  termini  di  resistenza  allo  sfregamento.  La transizione  alla grafite,  a temperatura  ambiente,  è  così  lenta  da risultare  inosservabile. Analizziamo  le  caratteristiche  principali:   Durezza: Il  diamante  è  il  minerale  di  origine  naturale  più  duro  che  si  conosca. Tale  estrema  durezza è  dovuta alla  presenza  di  legami covalenti estesi a tutta la struttura e  in  tutte  le  direzioni,  che  collegano qualunque coppia di atomi adiacenti.  Ciò spiega  l'eccezionale  coesione  e  stabilità di  questa struttura  e  di  altre  con  simili  caratteristiche,  come  ad esempio il  nitruro  di  boro. Non  tutti  i  diamanti  hanno  la stessa  durezza. I diamanti  più  duri provengono  dall'area del  New England  nel  Nuovo  Galles  del Sud  (Australia).  Questi  diamanti  sono in  genere  piccoli,  di  forma ottaedrica perfetta o semiperfetta,  e  sono utilizzati  per  lucidare  altri diamanti.  La  loro  durezza è  considerata il  risultato  della modalità di accrescimento  del  cristallo, che  è  avvenuta in  un'unica fase. La  maggior  parte  degli  altri  diamanti  evidenzia invece  un accrescimento  del  cristallo in  fasi  successive,  con  inclusione  di impurità  e  la formazione  di  difetti  nel  reticolo  cristallino e  conseguente diminuzione  delle  caratteristiche  di  durezza.   Conducibilità: Alcuni  diamanti  blu  sono semiconduttori naturali,  a differenza  degli altri diamanti che  invece  sono eccellenti  isolanti  elettrici.  Il  diamante esposto  all'aria mostra  in  alcune  condizioni  un  comportamento  da conduttore  sulla sua superficie.  Nel  dicembre  2007 un  laboratorio del  Case  Western  Reserve  University  di  Cleveland  ha  dimostrato  che  la conducibilità  avviene  per mezzo  di  un  film acquoso sottile  deposto sulla superficie  del  diamante.  Il  film  d'acqua scambia coppie  di elettroni  con  la superficie  rendendola conduttrice.  Il  diamante  si dimostra  un  ottimo  conduttore  termico  ma  ad alta  temperatura  tende  a decomporsi  in  semplice  carbonio.   Tenacità: La  tenacità  rappresenta  la capacità di  un  materiale  di  assorbire  energia in  campo  plastico,  cioè  di  subire  degli  urti  senza  fratturarsi.  La  tenacità media del  diamante  naturale  è  stata misurata in  3,4  MN  m-3/2,  ma  varia notevolmente  in  funzione  della caratura  (cioè  del  peso  e  quindi  della grandezza)  e  della presenza  di  imperfezioni  interne.  Questo  valore  è buono  e  maggiore  di  tutte  le  altre  gemme,  ma  inferiore  a molti altri materiali.   Inoltre  come  per ogni  cristallo,  la capacità  di  resistere  agli  urti  varia grandemente  a seconda del  piano in  cui  è  diretta la forza incidente.  Un forte  colpo di  martello  può  comunque  rompere  facilmente  un diamante,  e  anche  urti  accidentali  possono danneggiarlo.   Resistenza  al  calore: La  resistenza  al  calore  e  al  fuoco  è  molto  elevata, ma  dipende  dalle dimensioni.  Un  comune  diamante  commerciale  resiste  alla fiamma  viva in  atmosfera  fino  a circa  1.520  °C;  negli  incendi  la temperatura  può raggiungere  i  1.000  °C,  ma  non  supera generalmente  i  1.200  °C,  per cui  un  diamante  rimane  inalterato.  Viceversa una polvere  fine  di diamante  è  facilmente  infiammabile  a contatto  di  fiamma, bruciando senza  lasciare  residui  e  trasformandosi  completamente  in  CO2. In  assenza  di  fiamma il  diamante  brucia in  atmosfera,  con  una debole fiamma  azzurra, alla elevatissima temperatura  di  circa 3.550  °C.  In atmosfera  di  ossigeno brucia a circa 800  °C.  Nel  vuoto  o in  atmosfera inerte  il  diamante  si  trasforma  in  grafite  alla temperatura  di  circa 1.000 °C.  Ci  sono  quindi  varie  temperature  di  fusione,  tutto  dipende dall’ambiente  circostante. LE QUATTRO  C: I  quattro  fattori che  determinano  il  valore  del  diamante  sono le  quattro "C", dalle  iniziali  dei  quattro  termini  in  inglese  ossia:  colour (colore), clarity (purezza),  cut  (taglio)  e  carat  (caratura,  cioè  peso).   COLORE: Le  gemme  del  tutto  incolori  e  trasparenti,  che  sono le  più  pure, vengono  definite  "Colorless", seguono le  quasi  incolori  o  "Near Colorless" e  le  colorate  o "Slighty  Tinted". Alcuni  stati  o  regioni europee  o città o enti (Anversa,  New York,  Svizzera,  Scandinavia  e  Francia)  hanno  adottato  varie  sottonomenclature  per le  tre  classi  di  colori su  descritte.  I  diamanti  possono assumere  quasi  tutte  le  colorazioni,  che  sono dovute  ad impurità  o difetti  strutturali:  il  giallo ambrato  e  il  marrone  sono le  più  comuni,  il rosso,  il  rosa e  il  blu  sono le  più  rare.  È  da rilevare  che  i  diamanti incolori  non  appaiono tali  alla vista, in  quanto  le  sfaccettature riflettono i  colori  dell'ambiente  circostante;  come  per altre  gemme incolori,  muovendole  i  colori  cambiano rapidamente  (questo  effetto, molto  intenso  nei  diamanti,  è  detto  "brio"  o "fuoco"). I  diamanti  "neri"  non  sono veramente  tali,  ma piuttosto  contengono numerose  inclusioni  che  gli  danno il  loro  aspetto  scuro. La  colorazione  più  rara  è  quella dei  diamanti  rossi  o  rosa (che  non raggiungono mai  dimensioni  notevoli),  seguiti  da  quelli  blu.  I  diamanti verdi  sono estremamente  rari. 

  PUREZZA: Le  inclusioni  vengono generalmente  chiamate  "carboni", tuttavia sono considerati  difetti  le  fessure  naturali,  le  tracce  di  incipiente  sfaldatura e  le  "linee  di  accrescimento" della  gemma originaria.     TAGLIO: Prima del  taglio,  il  gemmologo  dovrà tenere  conto  della forma di taglio,  le  proporzioni  del  taglio,  la simmetria ed i  difetti  di  lucidatura.  I brillanti inferiori  ad  un  carato  sono  stati  suddivisi  in  tre  categorie: "very good"  (brillantezza eccezionale  o con  irrilevanti  difetti);  "good" (brillantezza leggermente  inferiore  con  alcuni  elementi  più  visibili); "poor" (scadente,  con  difetti  più  grandi  e/o  numerosi).   PESO: I  diamanti  si  pesano  in  carati.  Un  carato  equivale  esattamente  a 0,2 grammi. Il  carato  può essere  suddiviso  in  grani  che  equivalgono a 1/20  di  grammo,  ed in  punti che  equivalgono ad  1/100  di  carato. FULLERENI: I  fullereni  hanno  una struttura  simile  alla grafite,  ma  invece  della configurazione  esagonale,  contengono anche  formazioni  pentagonali (o eptagonali)  di  atomi di  carbonio,  che  piegano i  fogli  in  sfere,  ellissi  o cilindri.  Le  proprietà dei  fullereni  non  sono  ancora  state  analizzate completamente.   A  partire  dal  2000,  sono state  indagate  le  proprietà chimico-fisiche  dei fullereni,  sia nei  laboratori di  ricerca puri sia applicati. Il  fullerene  non  è  molto  reattivo  data la stabilità  dei  legami simili  a quelli  della  grafite  ed  è  inoltre  ragionevolmente  insolubile  nella maggioranza  dei  solventi.  I  ricercatori hanno potuto  aumentare  la reattività fissando  dei  gruppi  attivi  alla superficie  del  fullerene. 

La  fullerite  non  esibisce  il  fenomeno della "superaromatizzazione": cioè  gli  elettroni  negli  anelli  esagonali  non  si  delocalizzano  all'interno dell'intera  molecola.   DOVE  VIENE  UTILIZZATO  IL CARBONIO? Il  carbonio  è  una componente  vitale  di  tutti  i  sistemi  viventi conosciuti e  senza  di  esso  la  vita  come  la conosciamo  non  esisterebbe. Riassumiamoli  in  breve:   Il  principale  uso  commerciale  del  carbonio  è  in  forma di  idrocarburi,  principalmente  combustibili  fossili,  gas metano  e  petrolio;   Il  nerofumo  (carbonio  amorfo  puro),  viene  utilizzato  per produrre pneumatici,  vernici ed inchiostri;   La grafite  è  utilizzata nelle  mine  di  matite,  elettrodi  industriali (processi  vari  di  elettrolisi,  galvanoplastica...),  elettrodi  per pile, elettrodi  per forni ad arco  (generalmente  forni  metallurgici), lubrificanti  solidi  (ad esempio un  anello  di  grafite  in  cui  scorre, all'interno  di  un  foro,  un  asse  di  metallo, da poca  resistenza meccanica,  poco  attrito),  crogioli  e  pezzi  refrattari  (resistenti alle alte  temperature).  In  oltre  è  un  moderatore  (cioè  rallenta)  di neutroni  nei  reattori nucleari;   I diamanti  sono usati  per scopi  ornamentali,  e  anche  come  punte perforanti  e  in  altre  applicazioni  che  sfruttano  la loro  durezza. Inoltre  il  diamante  puro  incolore  è  un  isolante  mentre  il  diamante blu  (impuro  di  azoto),  è  un  semiconduttore;   Il  carbonio  viene  aggiunto  in  basse  percentuali  al ferro  per produrre  l'acciaio  oppure,  in  percentuali  superiori al  2%,  si ottiene  la  ghisa;   In  forma  di  carbone  è  usato  per il  riscaldamento  e  per altri  scopi;   È utilizzato  anche  come  materiale  primario,  o  come  fibra  di rinforzo,  unito  al  kevlar,  nella produzione  di  mazze da hockey  su prato,  e  nei  rivestimenti,  interni o  esterni,  delle  auto  sportive  o di quelle  da corsa, sia per la sua resistenza  che  per la  sua leggerezza.   Il  fullerene  viene  utilizzato  per lo sviluppo di tecnologie fotovoltaiche  nuove;   I nano  tubi  sono ottimi  conduttori  elettrici, ma possono essere anche  semiconduttori; sono resistentissimi  agli  sforzi meccanici. Si  potrebbero  applicare  in  computer (classici,  non  quantistici), come  semiconduttori al  posto  del  silicio (o  di  altri semiconduttori),  posti  fra sottilissimi  strati  d'oro  e  di  isolante (silice  ad esempio),  in  cui  questi  nano  tubi  formerebbero  dei "ponti"  di  semiconduttore,  svolgendo la funzione  del  silicio nei transistor. Oppure,  per produrre  fibre  di  resistenza  eccezionale (di  fatto,  delle  teoriche  fibre  in  nano  tubi,  sarebbero  molto  più resistenti alla trazione  di  fibre  in  kevlar o  acciaio).  Infine  possono essere  usati  per costruire  sistemi fotovoltaici;   Il  carbonio  viene  anche  utilizzato  per la fabbricazioni  di  biciclette da  corsa. Infatti  confrontandolo con  l’alluminio si  ha  che  le  bici in carboni  pesano  6,8 kg mentre  quelle  in  alluminio partono da 8,59 kg,  che  non è  una differenza  nettissima ma  su  una  salita  anche mezzo  chilo può  cambiare  di  molto  le  cose.  Il  carbonio  inoltre offre  una flessibilità maggiore  mentre  l'alluminio è  più  rigido.  Di conseguenza  il  carbonio  essendo flessibile  è  migliore  per lunghi tragitti  poiché  assorbe  bene  le  vibrazioni  e  offre  più  comodità;   A  livello  microscopico  forma quasi  tutti  i  composti  organici (definiti cosi  proprio perché  formati  da carbonio)  e  alcuni composti  inorganici come    il  monossido di  carbonio,  il  diossido di carbonio,  l'acido carbonico  e  i  suoi  sali,  il  tetracloruro  di  carbonio, il  solfuro  di  carbonio  e  i  carburi. In  conclusione  il  carbonio  è  il  quarto  elemento  più  presente  in  natura, è  uno dei  più  antichi  e  sarà anche  uno  degli  elementi  più  usati  nel futuro. 

Fonti  usate:  “Fondamenti  di  chimica  organica ”  di  John  McMurry-  Zanichelli “Le  idee  della  chimica”  Giuseppe  Valitutti,  Alfredo  Tifi,  Antonino  Gentile