Cât de bine cunoașteți tabelul periodic? Serialul nostru „Elementele” explorează blocurile fundamentale ale universului observabil – și relevanța lor pentru viața ta – unul câte unul.
Poate fi strălucitor și greu. Poate fi moale și fulgurant. Poate arăta ca o minge de fotbal. Carbonul este coloana vertebrală a oricărei ființe vii – și totuși ar putea cauza sfârșitul vieții pe Pământ așa cum o știm. Cum se poate ca o bucată de cărbune și un diamant strălucitor să fie compuse din același material? Iată opt lucruri pe care probabil nu le știați despre carbon.
1. Este „banda adezivă a vieții.”
Este prezent în fiecare ființă vie și în câteva moarte. „Poate că apa este solventul universului”, scrie Natalie Angier în clasica sa introducere în știință, The Canon, „dar carbonul este banda adezivă a vieții”. Nu numai că carbonul este o bandă adezivă, dar este o bandă adezivă extraordinară. Leagă atomii unii de alții, formând oameni, animale, plante și roci. Dacă ne jucăm cu el, putem să îl transformăm în materiale plastice, vopsele și tot felul de substanțe chimice.
2. ESTE UNUL DIN CELE MAI ABUNDENTE ELEMENTE DIN UNIVERS.
Se află chiar în partea de sus a tabelului periodic, așezat între bor și azot. Numărul atomic 6, semnul chimic C. Șase protoni, șase neutroni, șase electroni. Este al patrulea cel mai abundent element din univers, după hidrogen, heliu și oxigen, și al 15-lea în scoarța terestră. În timp ce verișorii săi mai mari, hidrogenul și heliul, se crede că s-au format în timpul tumultului Big Bang-ului, se crede că carbonul provine dintr-o acumulare de particule alfa în exploziile supernovelor, un proces numit nucleosinteză de supernovă.
3. ESTE NUMIT DUPĂ CĂRBUNE.
În timp ce oamenii au cunoscut carbonul sub formă de cărbune și – după ardere – de funingine timp de mii de ani, Antoine Lavoisier a fost cel care, în 1772, a arătat că acesta era de fapt o entitate chimică unică. Lavoisier a folosit un instrument care focaliza razele Soarelui cu ajutorul unor lentile care aveau un diametru de aproximativ un metru și jumătate. El a folosit aparatul, numit cuptor solar, pentru a arde un diamant într-un borcan de sticlă. Analizând reziduurile găsite în borcan, a reușit să demonstreze că diamantul era alcătuit exclusiv din carbon. Lavoisier l-a enumerat pentru prima dată ca element în manualul său Traité Élémentaire de Chimie, publicat în 1789. Numele de carbon provine din franceză charbon, sau cărbune.
4. IUBEȘTE SĂ FACĂ LEGĂTURI.
Poate forma patru legături, ceea ce face cu multe alte elemente, creând sute de mii de compuși, dintre care unii pe care îi folosim zilnic. (Materiale plastice! Medicamente! Benzină!) Mai important, aceste legături sunt atât puternice, cât și flexibile.
5. APROAPE 20 % DIN CORPUL TĂU ESTE CARBON.
May Nyman, profesor de chimie anorganică la Oregon State University din Corvallis, Oregon, spune pentru Mental Floss că carbonul are o gamă aproape incredibilă. „Constituie toate formele de viață, iar în ceea ce privește numărul de substanțe pe care le produce, grăsimile, zaharurile, există o diversitate uriașă”, spune ea. Acesta formează lanțuri și inele, într-un proces pe care chimiștii îl numesc catenație. Fiecare ființă vie este construită pe o coloană vertebrală de carbon (cu azot, hidrogen, oxigen și alte elemente). Așadar, animalele, plantele, fiecare celulă vie și, bineînțeles, oamenii sunt un produs al catenării. Corpurile noastre sunt compuse din 18,5 la sută carbon, în greutate.
Și totuși poate fi și anorganică, spune Nyman. Se asociază cu oxigenul și alte substanțe pentru a forma părți mari ale lumii inanimate, cum ar fi rocile și mineralele.
6. AM DESCOPERIT DOUĂ FORME NOI DE COARBON NUMAI RECENT.
Carbonul se găsește în patru forme majore: grafit, diamante, fullerene și grafene. „Structura controlează proprietățile carbonului”, spune Nyman. Grafitul („piatra de scris”) este alcătuit din foi de carbon slab conectate, formate ca o sârmă de pui. A scrie ceva cu creionul înseamnă de fapt doar a zgâria straturi de grafit pe hârtie. Diamantele, în schimb, sunt legate în mod tridimensional. Aceste legături excepțional de puternice pot fi rupte doar printr-o cantitate uriașă de energie. Deoarece diamantele au multe dintre aceste legături, le face să fie cea mai dură substanță de pe Pământ.
Fullerenele au fost descoperite în 1985, când un grup de oameni de știință a explodat grafitul cu un laser, iar gazul de carbon rezultat s-a condensat în molecule sferice necunoscute până atunci, cu 60 și 70 de atomi. Ele au fost numite în onoarea lui Buckminster Fuller, inventatorul excentric care a creat faimoasele cupole geodezice cu această compoziție asemănătoare mingii de fotbal. Robert Curl, Harold Kroto și Richard Smalley au câștigat Premiul Nobel pentru Chimie în 1996 pentru descoperirea acestei noi forme de carbon.
Cel mai tânăr membru al familiei carbonului este grafenul, descoperit din întâmplare în 2004 de Andre Geim și Kostya Novoselov în cadrul unui jam de cercetare improvizat. Cercetătorii au folosit bandă adezivă – da, cu adevărat – pentru a ridica foi de carbon cu grosimea de un atom dintr-o bucată de grafit. Noul material este extrem de subțire și puternic. Rezultatul: Premiul Nobel pentru Fizică în 2010.
7. DIAMANTELE NU SUNT NUMITE „GHEAȚĂ” DIN CAUZA APARENȚEI LOR.
Diamantele sunt numite „gheață” deoarece capacitatea lor de a transporta căldura le face reci la atingere – nu din cauza aspectului lor. Acest lucru le face ideale pentru a fi folosite ca radiatoare de căldură în microcipuri. (Cel mai mult se folosesc diamantele sintetice.) Din nou, intră în joc structura tridimensională a rețelei de diamante. Căldura este transformată în vibrații ale rețelei, care sunt responsabile de conductivitatea termică foarte ridicată a diamantelor.
8. NE AJUTĂ SĂ DETERMINĂM VECHIMEA ARTIFACTELOR – ȘI SĂ PROBĂM CÂTEVA FALSURI.
Savantul american Willard F. Libby a câștigat Premiul Nobel pentru Chimie în 1960 pentru dezvoltarea unei metode de datare a relicvelor prin analiza cantității de o subspecie radioactivă de carbon conținută în acestea. Datarea cu radiocarbon sau C14 măsoară dezintegrarea unei forme radioactive de carbon, C14, care se acumulează în organismele vii. Ea poate fi utilizată pentru obiecte care au o vechime de până la 50.000 de ani. Datarea cu carbon a ajutat la determinarea vârstei lui Ötzi omul de gheață, un cadavru vechi de 5300 de ani găsit înghețat în Alpi. De asemenea, a stabilit că masa rotundă a lui Lancelot din Catedrala Winchester a fost realizată la sute de ani după presupusa epocă arthuriană.
9. Prea mult dioxid de carbon ne schimbă lumea.
Dioxidul de carbon (CO2) este o parte importantă a păturii gazoase care înconjoară planeta noastră, făcând-o suficient de caldă pentru a susține viața. Dar arderea combustibililor fosili – care sunt construiți pe o coloană vertebrală de carbon – eliberează mai mult dioxid de carbon, care este direct legat de încălzirea globală. Au fost propuse mai multe modalități de eliminare și stocare a dioxidului de carbon, inclusiv bioenergia cu captarea și stocarea carbonului, care presupune plantarea de arbori de mari dimensiuni, recoltarea și arderea lor pentru a crea electricitate, precum și captarea CO2 creat în acest proces și stocarea lui în subteran. O altă abordare despre care se discută este aceea de a face oceanele mai alcaline în mod artificial pentru a le permite să fixeze mai mult CO2. Pădurile sunt rezervoare naturale de carbon, deoarece copacii captează CO2 în timpul fotosintezei, dar activitatea umană în aceste păduri contracarează și depășește orice câștiguri de captare a CO2 pe care le-am putea obține. Pe scurt, nu avem încă o soluție pentru supraabundența de C02 pe care am creat-o în atmosferă.
.