Alla scoperta della versatilità e dell’allotropia del carbonio

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Di Redazione Metropolitan

Il carbonio è il sesto elemento della tavola periodica ed è noto per la sua straordinaria capacità di formare legami chimici con altri atomi, soprattutto se dal peso atomico ridotto. La versatilità che lo caratterizza è dovuta alle piccole dimensioni, che gli permettono di instaurare legami multipli. Ciò fa sì che possa esistere in diverse forme allotropiche, con proprietà uniche e diverse a seconda della struttura adottata.

In questo articolo, esploreremo l’allotropia del carbonio, per capire esattamente cos’è che rende questo elemento così versatile.

L’allotropia del carbonio

Il carbonio esiste in moltissime forme, dette allotropi, ognuna delle quali con una struttura propria. Al mondo ne esistono oltre 10 milioni, tra cui il diamante, la grafite, i fullereni e il carbonio amorfo. Essendo estremamente diversi per proprietà, non possono che avere applicazioni in settori industriali e tecnologici ben distinti.

La grafite e il diamante sono senza dubbio tra le forme allotropiche più conosciute del carbonio. La prima è composta da strati paralleli di atomi disposti in un reticolo a maglie esagonali. Tra le qualità più interessanti troviamo l’inerzia chimica, la resistenza alle oscillazioni di temperatura e l’ottima conduttività: tutti fattori che ne determinano l’impiego in elettrotecnica, in metallurgia e in galvanoplastica, oltre che nell’industria aerospaziale e chimica. Nella quotidianità è possibile trovare la grafite nelle punte delle matite, sebbene in questo caso sia mescolata con il caolino.

Il diamante, invece, è un solido covalente costituito da una struttura tetraedrica tridimensionale di atomi di carbonio. È proprio tale conformazione a conferirgli una notevole durezza e resistenza, sfruttata in ambito industriale per strumenti da taglio, perforazione e molatura.

Carbonio e leghe metalliche

Siamo di fronte a un componente essenziale per la formazione di molte leghe metalliche: combinandosi con il metallo base, solitamente il ferro, ne modifica le proprietà fisiche e meccaniche. Così, la differenza tra ghisa e acciaio, ad esempio, sta proprio nella percentuale di carbonio presente al loro interno, che ne determina la maggiore o minore resistenza, durezza e duttilità.

La ghisa, grazie alla sua elevata concentrazione di carbonio, è un materiale molto duro, ma con una sopportazione alla trazione limitata. È resistente all’usura e alla corrosione, e ciò la rende adatta alla costituzione di parti di motori e tubazioni. L’acciaio, d’altro canto, è caratterizzato da una maggiore resistenza alla trazione e duttilità, proprio per via della sua minore concentrazione di carbonio. 

La versatilità di questo elemento nella composizione di leghe dimostra quanto sia cruciale nella definizione delle proprietà dei materiali. Una sua variazione è in grado di alterarne e modificarne le qualità meccaniche e fisiche, con conseguenti applicazioni industriali e ingegneristiche di volta in volta diverse.

L’importanza del carbonio oltre le applicazioni industriali

La versatilità e l’allotropia del carbonio lo rendono essenziale in molti aspetti della chimica, della fisica e dell’ingegneria. Oltre a essere determinante per diverse sostanze di interesse industriale, è anche uno degli elementi più importanti della vita sulla Terra, in quanto costituisce la base molecolare di tutti gli organismi viventi.

Le sue proprietà gli consentono infatti di formare molecole molto complesse e stabili, che possono essere suddivise in categorie a seconda della loro struttura e delle loro proprietà chimiche. Alcuni esempi di composti organici comuni sono i carboidrati, i lipidi, le proteine, gli idrocarburi e gli acidi carbossilici.

In campo medico, la chimica del carbonio è fondamentale per lo sviluppo di farmaci e di prodotti utilizzati in diagnostica, come ad esempio i coloranti fluorescenti utilizzati in microscopia. Ma è anche importante per lo studio dell’ambiente e della sostenibilità, in quanto permette di sviluppare processi chimici che minimizzano l’impatto ambientale.