Il carbonio è un elemento non metallico inodore e insapore, noto fin dai tempi più antichi. Nel XVIII secolo Lavoisier lo riconobbe come sostanza semplice, ovvero costituita da atomi dello stesso elemento chimico.
I suoi allotropi (ricordiamo che l’allotropia è la proprietà degli elementi di esistere in diverse forme; il termine deriva dal greco e significa “altro modo”) comprendono uno dei materiali più morbidi (la grafite) e uno dei più duri (il diamante); altri allotropi molto noti sono il carbonio amorfo e i fullereni. Il termine carbonio deriva dal latino carbo che significa “carbone”.
Si tratta di un elemento che possiede una notevolissima affinità con i legami chimici con atomi di altri elementi di peso atomico basso ed è presente in tutte le forme di vita organica.
Indice
Proprietà chimiche
Il carbonio è l’elemento con il più alto punto di fusione, praticamente 3.500 °C.
Simbolo: C
Numero atomico: 6
Serie: Non metalli
Gruppo, periodo: 14 (IVA), 2
Densità: 2267 kg/m³
Durezza: da 0,5 (in forma di grafite) a 10,0 (in forma di diamante)
Peso atomico: 12,0107 u
Configurazione elettronica: [He]2s22p2
Struttura cristallina: esagonale
Stato della materia: solido (non magnetico)
Punto di fusione: 3499,85 °C
Punto di ebollizione: 4827 °C
Calore di fusione: sublima
Elettronegatività: 2,55 (Scala di Pauling)
Calore specifico: 710 J/(kg·K)
Conducibilità elettrica: 0,061×10−6/m·Ω
Conducibilità termica: 129 W/(m·K)
Carbonio – Composti principali
I suoi composti si dividono in organici e inorganici: i primi sono milioni, perché gli atomi di carbonio possono combinarsi tra loro a formare lunghe catene o strutture ad anello e questo elemento costituisce quindi la base della chimica organica. Fra i composti i più importanti vanno ricordati l’anidride carbonica (CO2) e il monossido di carbonio (CO).
Monossido CO – Gas incolore e inodore che si forma dalla parziale combustione del carbonio, in situazione di scarsità di ossigeno, è esplosivo e molto tossico perché ostacola il trasporto dell’ossigeno nel sangue legandosi all’emoglobina.
Diossido CO2 – Noto come anidride carbonica, si forma per combustione totale del carbonio, in situazione di eccesso di ossigeno, è un prodotto della respirazione di piante, animali e umani, ma anche delle attività umane che usano combustibili fossili e causano così l’effetto serra.
Tetracloruro CCl4 – Liquido volatile dall’odore dolciastro, prodotto per reazione di solfuro di carbonio e cloro e usato come antiparassitario e solvente, ma tossico.
Solfuro CS2 – Liquido incolore molto infiammabile e irritante, si ottiene per reazione tra carbonio e zolfo o per sintesi, e si usa come antiparassitario e come solvente.
Isotopi – Questo elemento ha tre isotopi naturali e disponibili in natura, il C-12, il C-13 e il C-14, noto anche come radiocarbonio, impiegato fra le altre cose, nella datazione di reperti archeologici antichi.
Applicazioni
Il più importante impiego commerciale del carbonio è sicuramente quello sotto forma di idrocarburi (composti organici che contengono solamente atomi di carbonio e di idrogeno), in primis metano e petrolio. Aggiunto al ferro in basse percentuali, il carbonio viene impiegato per la produzione dell’acciaio, mentre in percentuali superiori al 2% viene usato per produrre la ghisa.
Altri utilizzi degni di nota, oltre al già citato impiego del radiocarbonio, sono quello sotto forma di grafite (usata in matite da disegno, rivestimenti refrattari dei forni, spazzole di motori elettrici), quello sotto forma di diamanti (usati soprattutto a scopo ornamentale, ma anche per altri impieghi più pratici) e quello sotto forma di carbone (come materiale adsorbente e per il riscaldamento). Grande rilevanza nell’industria rivestono le fibre di carbonio, che hanno una resistenza superiore a quella dell’acciaio, un elevato grado di resistenza alle sollecitazioni, un peso molto ridotto e una buona elasticità. Combinate con altri materiali compositi o leghe a base di titanio vengono usate per costruire parti di velivoli militari ad alte prestazioni di volo, canne da pesca, biciclette ecc.
Carbonio – Le leghe
Il carbonio forma insieme al ferro importanti leghe come l’acciaio e la ghisa: per approfondire, vedasi Ferro.
Fibre di carbonio
Biologia
Il carbonio è un elemento fondamentale di tutti gli organismi viventi, quindi anche del corpo umano. La maggior parte delle molecole indispensabili per la vita sono composte anche dal carbonio: vitamine, ormoni, acidi nucleici. Si tratta del secondo elemento più abbondante nel corpo umano dopo l’ossigeno ed è una componente indispensabile del processo di produzione di quest’ultimo da parte delle piante, quindi è indispensabile per la vita.
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