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[notification type=”alert-info” close=”false” ]L’altro ieri nella prima puntata di #ScienceBitch, abbiamo parlato della chimica del carbonio e Riccardo ha deciso di approfondire le forme allotropiche di questo prezioso elemento. Buona lettura!
William J.[/notification]
Allotropia dal greco allos (altro) e tropos (modo) è un termine usato per nominare singoli elementi o molecole che possono presentarsi in due o più forme diverse tra loro. Queste diverse forme possono differire per le proprietà chimiche e fisiche e per la loro struttura cristallina.
Elementi che hanno forme allotropiche e sono:
- il fosforo(nelle forme “rosso”, “bianco”, “purpureo”, ecc.);
- l’ossigeno (O2 e l’ozono O3);
- il carbonio (nelle forme grafite,diamante,grafene, fullerene, nantubo).
Le forme allotropiche che più attirano l’attenzione sono quelle del carbonio e in particolar modo sono: il diamante e la grafite.
Il carbonio in natura si trova in sotto 4 forme allotropiche. In condizioni particolari di temperatura e pressione, all’interno della crosta terrestre, il carbonio può cristallizzare in diamante con una struttura tetraedrica, il minerale più duro che si conosca.
Si forma naturalmente quando il carbonio puro è sottoposto a pressioni tra 40 e 50 kbar e a temperature tra 900 e 1200 gradi.
Questo processo avviene a circa 200 chilometri sotto la superficie terrestre ma non è ancora del tutto chiaro perché provando a creare diamanti sintetici con le stesse condizioni di temperatura e pressione non si viene a creare lo stesso diamante.
Ora un po’ di chimica per spiegare la due forme allotropiche più famose del carbonio: il diamante e la grafite.
Nel diamante:
- Il C(carbonio 2s2 2p2 ) ibridato ad sp3 è legato a 4 atomi di carbonio.
- Tutti gli elettroni di valenza sono usati per formare legami σ
- Il diamante ha struttura tetraedrica
- La presenza di forti legami covalenti(legame covalente è quello che si realizza mediante la condivisione di una o più coppie (o doppietti) di elettroni da parte di due atomi, che in tal modo acquistano la configurazione elettronica esterna stabile ) rende conto dell’elevata durezza e T di fusione
- Il diamante è elettricamente isolante perché gli elettroni non possono muoversi (solo legami σ).
Curiosità :
Il nome deriva dal greco adamas (invincibile). Tradizionalmente, il diamante è associato a Venere che era simbolo di amore, bellezza e fertilità ed era ritenuto in grado di liberare la persona da demoni e possessioni varie. Ormai da secoli in India è considerato la pietra della meditazione, ed alcuni ritenevano che montando un piccolo frammento di diamante su un anello d’argento o di platino desse prosperità e invincibilità nelle sfide che si era disposti ad affrontare. I diamanti hanno acquisito popolarità a partire dal 1800 grazie al miglioramento delle tecniche di taglio e lucidature e alla crescita dell’economia mondiale.
Ora vediamo un’altra forma allotropica del carbonio altrettanto famosa: la grafite. Con la grafite abbiamo contatto quasi ogni giorno perchè viene utilizzata per produrre matite,refrattari, lubrificanti, elettrodi e coloranti.Il suo nome deriva dal greco γράφω (grafo) che significa “io scrivo” (γραφειν “grafein” all’infinito).
GRAFITE:
- Il C ibridato sp2 è legato ad altri 3 atomi di C
- Gli atomi di C formano nel piano strutture esagonali
- Su ogni atomo i C resta un orbitale p perpendicolare al piano con un elettrone spaiato
- Si formano legami π delocalizzati responsabili della conducibilità nel piano della grafite
- I piani sono tenuti insieme da deboli forze di van der Walls tra gli orbitali p di piani diversi
- Le deboli forze di van der Walls spiegano la sfaldabilità della grafite
La grafite si forma alla temperatura di 1.200 °C, ha la più alta temperatura di fusione (3.500 °C) e conduce molto bene il calore e l’elettricità.
Curiosità :
Ci si sporca notevolmente le mani quando la si tocca,al tatto ,è viscosa e lascia traccie di colore grigio/nero.E’ impiegata come antiruggine nelle industrie elettriche ed è presente negli impianti di raffreddamento delle centrali nucleari. Fogli bidimensionali di grafite chiamati GRAFENE sono stati utilizzati per realizzare i più piccoli transistor del mondo.
Qui finisce l’approfondimento sulle due famose forme allotropiche del carbonio. Spero sia stata una lettura interessante e di vostro gradimento. Alla prossima! e ricordate sempre: Viva la scienza e viva la conoscenza.
Riccardo Zagaria
MI chiamo Riccardo Zagaria e sin da piccolo ho sempre amato la scienza.E quando dico scienza, intendo la scienza in tutte le sue magnifiche diramazioni. Ero un pulce all'epoca ma alzavo ugualmente lo sguardo al cielo e mi chiedevo, quanto fosse grande e quanto io sia piccolo dinanzi a lui... Poi abbassavo lo sguardo, osservavo la terra e mi rendevo sempre più conto della complessità del creato. Oggi studio Biotecnologie a Bari e cerco ogni giorno di apprendere quanto più possibile, proprio per cercare di dare un senso o una risposta a tutte quelle domande che mi pongo ogni volta che medito guardando le stelle e guardando me stesso.