Quanto bene conosci la tavola periodica? La nostra serie The Elements esplora i mattoni fondamentali dell’universo osservabile e la loro importanza per la tua vita, uno per uno.
Può essere scintillante e duro. Può essere morbido e scaglioso. Può assomigliare a un pallone da calcio. Il carbonio è la spina dorsale di ogni essere vivente, eppure potrebbe causare la fine della vita sulla Terra come la conosciamo. Come possono un pezzo di carbone e un diamante splendente essere composti dallo stesso materiale? Ecco otto cose che probabilmente non sapevi sul carbonio.
1. È IL “NASTRO DELLA VITA”
Si trova in tutti gli esseri viventi, e in un bel po’ di quelli morti. “L’acqua può essere il solvente dell’universo”, scrive Natalie Angier nella sua classica introduzione alla scienza, The Canon, “ma il carbonio è il nastro adesivo della vita”. Non solo il carbonio è un nastro adesivo, ma è un nastro adesivo straordinario. Lega gli atomi l’uno all’altro, formando esseri umani, animali, piante e rocce. Se ci giochiamo un po’, possiamo trasformarlo in plastica, vernici e ogni tipo di prodotto chimico.
2. È UNO DEGLI ELEMENTI PIÙ ABONDANTI DELL’UNIVERSO.
Si trova proprio in cima alla tavola periodica, incastrato tra boro e azoto. Numero atomico 6, segno chimico C. Sei protoni, sei neutroni, sei elettroni. È il quarto elemento più abbondante nell’universo dopo l’idrogeno, l’elio e l’ossigeno, e il 15° nella crosta terrestre. Mentre si ritiene che i suoi cugini più vecchi, idrogeno ed elio, si siano formati durante il tumulto del Big Bang, si pensa che il carbonio derivi da un accumulo di particelle alfa nelle esplosioni di supernova, un processo chiamato nucleosintesi di supernova.
3. È NOMINATO COME CARBONE.
Mentre gli esseri umani hanno conosciuto il carbonio come carbone e, dopo la combustione, come fuliggine per migliaia di anni, è stato Antoine Lavoisier che, nel 1772, ha dimostrato che era in realtà un’entità chimica unica. Lavoisier usò uno strumento che focalizzava i raggi del Sole usando delle lenti che avevano un diametro di circa quattro piedi. Usò l’apparecchio, chiamato forno solare, per bruciare un diamante in un barattolo di vetro. Analizzando il residuo trovato nel barattolo, fu in grado di dimostrare che il diamante era composto unicamente da carbonio. Lavoisier lo elencò per la prima volta come elemento nel suo libro di testo Traité Élémentaire de Chimie, pubblicato nel 1789. Il nome carbonio deriva dal francese charbon, o carbone.
4. Ama legarsi.
Può formare quattro legami, e lo fa con molti altri elementi, creando centinaia di migliaia di composti, alcuni dei quali sono di uso quotidiano. (Plastica! Droghe! Benzina!) Ancora più importante, questi legami sono sia forti che flessibili.
5. Quasi il 20% del tuo corpo è carbonio.
May Nyman, professore di chimica inorganica alla Oregon State University di Corvallis, Oregon, dice a Mental Floss che il carbonio ha una gamma quasi incredibile. “Costituisce tutte le forme di vita, e nel numero di sostanze che produce, i grassi, gli zuccheri, c’è una diversità enorme”, dice. Forma catene e anelli, in un processo che i chimici chiamano catenazione. Ogni essere vivente è costruito su una spina dorsale di carbonio (con azoto, idrogeno, ossigeno e altri elementi). Quindi gli animali, le piante, ogni cellula vivente e naturalmente gli esseri umani sono un prodotto della catenazione. Il nostro corpo è composto dal 18,5% di carbonio, in peso.
Eppure può essere anche inorganico, dice Nyman. Si unisce all’ossigeno e ad altre sostanze per formare grandi parti del mondo inanimato, come rocce e minerali.
6. ABBIAMO SCOPERTO DUE NUOVE FORME DI ESSO SOLO DI RECENTE.
Il carbonio si trova in quattro forme principali: grafite, diamanti, fullereni e grafene. “La struttura controlla le proprietà del carbonio”, dice Nyman. La grafite (“la pietra da scrivere”) è costituita da fogli di carbonio collegati in modo lasco e formati come il filo di pollo. Scrivere a matita qualcosa in realtà è solo grattare strati di grafite sulla carta. I diamanti, al contrario, sono collegati tridimensionalmente. Questi legami eccezionalmente forti possono essere spezzati solo da un’enorme quantità di energia. Poiché i diamanti hanno molti di questi legami, questo li rende la sostanza più dura sulla Terra.
I Fullerenes furono scoperti nel 1985 quando un gruppo di scienziati fece esplodere la grafite con un laser e il gas di carbonio risultante si condensò in molecole sferiche precedentemente sconosciute con 60 e 70 atomi. Sono stati chiamati così in onore di Buckminster Fuller, l’eccentrico inventore che ha notoriamente creato cupole geodetiche con questa composizione simile a un pallone da calcio. Robert Curl, Harold Kroto e Richard Smalley hanno vinto il premio Nobel per la chimica nel 1996 per aver scoperto questa nuova forma di carbonio.
Il membro più giovane della famiglia del carbonio è il grafene, trovato per caso nel 2004 da Andre Geim e Kostya Novoselov in una ricerca improvvisata. Gli scienziati hanno usato lo scotch – sì, davvero – per sollevare fogli di carbonio spessi un atomo da un blocco di grafite. Il nuovo materiale è estremamente sottile e forte. Il risultato: il premio Nobel per la fisica nel 2010.
7. I DIAMANTI NON SI CHIAMANO “GHIACCIO” PER IL LORO ASPETTO.
I diamanti sono chiamati “ghiaccio” perché la loro capacità di trasportare calore li rende freddi al tatto, non per il loro aspetto. Questo li rende ideali per l’uso come dissipatori di calore nei microchip. (Ancora una volta, entra in gioco la struttura reticolare tridimensionale dei diamanti. Il calore viene trasformato in vibrazioni del reticolo, che sono responsabili dell’altissima conduttività termica dei diamanti.
8. CI AIUTA A DETERMINARE L’ETÀ DEGLI ARTIFATTI – E A PROVARE CHE ALCUNI SONO FALSI.
Lo scienziato americano Willard F. Libby ha vinto il premio Nobel per la chimica nel 1960 per aver sviluppato un metodo per datare le reliquie analizzando la quantità di una sottospecie radioattiva di carbonio in esse contenuta. La datazione al radiocarbonio o C14 misura il decadimento di una forma radioattiva di carbonio, il C14, che si accumula negli esseri viventi. Può essere utilizzata per oggetti che hanno fino a 50.000 anni. La datazione al carbonio ha aiutato a determinare l’età di Ötzi l’Uomo venuto dal ghiaccio, un cadavere di 5300 anni trovato congelato sulle Alpi. Ha anche stabilito che la Tavola Rotonda di Lancillotto nella Cattedrale di Winchester è stata fatta centinaia di anni dopo la presunta età arturiana.