AGeremia, CC BY-SA 4.0 , via Wikimedia Commons
L’argomento di cui parliamo oggi è particolare, riguarda l’elemento della vita: il carbonio.
Il carbonio è un elemento fondamentale. Come afferma un libro, “nessun elemento è così importante per la vita come il carbonio” .(Nature’s Building Blocks).
Cosa rende il carbonio così straordinario?
Tutte le forme di vita presenti sulla Terra sono formate da molecole, come gli zuccheri, le proteine, le vitamine, il DNA, la cui struttura portante è sempre costituita da molecole di carbonio. Nessun altro atomo ha la capacità di formare un’enorme quantità di composti chimici a debole energia di legame. Questa è la sola possibilità che può supportare la complessità e la varietà delle strutture biologiche. Esiste una “chimica organica” proprio per questo. In realtà potremmo chiamarla chimica dei composti del carbonio. Non esiste un’altra chimica così complessa e varia fondata su un altro elemento.
Carbonio: elemento eclettico: nasce, vive… e muore ma è anche capace di rinascere. Come? Essendo il componente principale delle molecole biologiche che costituiscono gli organismi viventi, alla loro morte segue una fase di decomposizione che vede un riciclo degli elementi che li costituivano. Questo processo segue decorsi diversi a seconda della presenza o assenza di ossigeno, e con il passare del tempo, ragionando in termini di milioni di anni, può anche diventare combustibile (come il petrolio, che è pur sempre un insieme di catene carboniose) o un fossile . Anche il fenomeno della combustione, ad esempio a carico di un tronco d’albero ormai morto e secco, in fondo non è altro che una rinascita di questo elemento, in quanto vengono prodotti acqua e anidride carbonica, che rientreranno presto nel ciclo della vita!
Che valore ha una manciata di carbone rispetto a un diamante?
Sono imparagonabili direte! Eppure sono fatti della stessa sostanza: carbonio puro. Cosa li rende così diversi?
Alcuni elementi esistono in natura in varie forme che differiscono solamente per il modo in cui gli atomi sono legati tra loro. Il carbonio è uno di questi: si può presentare infatti sotto forma di due strutture totalmente diverse: come grafite o come diamante.
Tra la grafite che compone le mine delle nostre matite e un diamante da milioni di euro non c’è praticamente nessuna differenza nella composizione chimica, la differenza sta tutta nel modo in cui gli atomi sono legati tra loro e posizionati nello spazio.
Il carbone era noto già dalla antichità: gli uomini lo utilizzavano come pigmento per le loro pitture rupestri. Tuttavia è solo nel 1564 che venne scoperto il primo giacimento di carbonio- grafite, cioè di carbonio puro.
Nella grafite gli atomi di carbonio sono legati tra di loro a formare degli esagoni disposti l’uno sopra l’altro, come se fosse la struttura di una torta pan di spagna.; questo spiega le sue proprietà, in particolare la stabilità e la morbidezza che la rendono ideale per la sua applicazione più famosa: la scrittura, ma non solo. Grazie a queste proprietà infatti è anche utilizzata come lubrificante in alcuni macchinari; inoltre, essendo un ottimo conduttore di elettricità, ne permette l’utilizzo come elettrodo in molte applicazioni industriali.
Come la grafite anche il diamante è composto esclusivamente da carbonio, eppure ha delle caratteristiche che lo rendono completamente diverso. Se infatti la grafite é morbida, friabile, un ottimo conduttore di elettricità, il diamante al contrario non solo è un ottimo isolante ma è anche uno dei materiali più duri e resistenti. A cosa sono dovute queste enormi differenze nelle proprietà fisiche? Tutto dipende dalla diversità della loro struttura. Mentre la grafite è formata da tanti piani che possono scorrere gli uni sugli altri, il diamante è formato da un reticolo tridimensionale infinito in cui gli atomi sono bloccati nelle loro posizioni e non possono muoversi, in particolare ogni atomo di carbonio è legato ad altri quattro atomi, come se si trovasse ai vertici di un tetraedro, è questa caratteristica che gli dà tale durezza.
La rarità e l’autenticità dei diamanti sono dovute alle drastiche condizioni necessarie per la loro formazione. Basti pensare che sono richieste elevate temperature e pressioni, fino a 900 gradi celsius e decine di migliaia di atmosfere: condizioni che si possono ritrovare solamente a grandi profondità della superficie terrestre, profondità comprese tra i 150 e i 250 km. I diamanti vengono poi portati in superficie principalmente da eventi vulcanici che formano i cosiddetti cunicoli diamantiferi, all’interno dei quali è possibile trovare le gemme che vengono estratte. I diamanti puri in realtà sono perfettamente incolori, la presenza delle colorazioni che a volte si trovano sono dovute a piccole impurità come il ferro o lo zolfo. Il colore è vario, così come le dimensioni dei cristalli che molto raramente superano quelle di una nocciola. Il record di grandezza per un diamante grezzo spetta al diamante Cullinan, trovato nel 1905 nella Premier Mine del Sudafrica. Perfetto nella limpidezza e nel colore, pesava 3.025 carati (605 grammi); tagliato in 105 pietre lavorate.
