Le forme allotropiche del carbonio

1. LE FORME
ALLOTROPICH
E DEL
CARBONIO
R E A L I Z Z A T O D A :
S A M U E L A D D U C C H I O
A N D R E A A D D U C C H I O
L O R E N Z O T E C C A R E L L I

2. Il Carbonio
Ogni decennio che passa vengono scoperte
nuove varietà allotropiche del carbonio . Oggi il loro
numero ipotetico è già stimato intorno ai 500. Non esiste
un altro elemento così versatile al mondo. Il carbonio (C)
è un elemento classificato come non metallico con
numero atomico 6. Ciò significa che ha sei protoni nel
nucleo e lo stesso numero di elettroni nella forma non
ionizzata. Sebbene sia relativamente raro nella crosta
terrestre, forma più composti di qualsiasi altro elemento .
È un elemento chiave di tutti gli organismi viventi;
costruisce la struttura di proteine, carboidrati e grassi. È
presente nell’atmosfera sotto forma di anidride carbonica
(CO 2 ), che è una delle fasi del ciclo del carbonio in
natura.

3. L'allotropia del
carbonio
La struttura composta da atomi di carbonio può
assumere molte forme fisiche. Questo fenomeno è
indicato come varietà allotropiche di carbonio .
L’allotropia è un fenomeno che colpisce un gran numero
di metalli e non metalli. Si verifica quando diverse
varietà di un dato elemento sono presenti con la
stessa composizione chimica e proprietà fisiche
diverse . Possono avere una struttura cristallina o
molecolare e differire per il numero di atomi nella
molecola. Le varietà di carbonio allotropico più
conosciute presenti in natura sono la grafite, il grafene e
il diamante , estremamente differenti per colore,
struttura e morbidezza.

4. Il diamante :
proprietà e struttura
Il diamante è una macromolecola composta interamente da
carbonio. Nel diamante, ogni atomo di carbonio forma quattro legami
covalenti singoli con gli altri atomi di carbonio che lo circondano, dando
vita a un reticolo gigante che si estende in tutte le direzioni. Si presenta
come cristalli ottaedrici o esaedrici con elevata lucentezza e trasparenza
parziale. I diamanti più preziosi sono incolori , ma a causa della
contaminazione possono anche diventare gialli, rosa, blu o marroni. È
bene ricordare che i legami covalenti sono estremamente forti. Per
questo motivo, il diamante ha determinate proprietà:
• Elevati punti di fusione e di ebollizione: Questo perché i legami
covalenti richiedono molta energia per essere superati e, di
conseguenza, il diamante è solido a temperatura ambiente.
• Duro e forte: grazie alla forza dei suoi legami covalenti.
• Insolubile: in acqua e solventi organici.
• Non conduce elettricità: Questo perché non ci sono particelle
cariche libere di muoversi all'interno della struttura.

5. Grafite :
proprietà e struttura
Non è un caso che la grafite solitamente associata ad una matita sia un minerale
morbido, grigio-nero , untuoso e sporco al tatto. Inoltre è un ottimo conduttore di
elettricità e calore, è insolubile in acqua ed ha proprietà lubrificanti. Si presenta in
due tipi di strutture: esagonale e trigonale, e i suoi atomi sono collegati tra loro in
una rete di piani paralleli. Gli atomi di carbonio formano uno strato esagonale 2D,
quasi come un foglio di carta. Le sue proprietà includono:
• È morbido e sfaldabile. Sebbene i legami covalenti tra gli atomi di carbonio siano molto
forti, le forze intermolecolari tra gli strati sono deboli e non richiedono molta energia per
essere superate. È quindi molto facile che gli strati scivolino l'uno sull'altro e si sfreghino, ed
è per questo che la grafite viene usata come mina nelle matite.
• Ha punti di fusione e di ebollizione elevati. Questo perché ogni atomo di carbonio è
ancora legato ad altri tre atomi di carbonio con forti legami covalenti, proprio come nel
diamante.
• È insolubile in acqua, proprio come il diamante.
• È un buon conduttore di elettricità. Gli elettroni delocalizzati sono liberi di muoversi tra gli
strati della struttura e trasportano una carica.

6. Grafene :
proprietà e struttura
Un singolo foglio di grafite è chiamato grafene. È il
materiale più sottile mai isolato, con uno spessore di un
solo atomo. Il grafene ha proprietà simili a quelle della
grafite. Ad esempio
• È un ottimo conduttore di elettricità;
• Ha una bassa densità;
• È flessibile ed estremamente resistente per la sua
massa.
In futuro si potrebbero trovare dispositivi elettronici
indossabili fatti di grafene incorporati nei vestiti. Attualmente
lo utilizziamo per la somministrazione di farmaci e per i
pannelli solari.

7. La scala di Mohs
La scala di Mohs è un indice utilizzato per
stimare rapidamente la durezza di un minerale.
La scala fu introdotta nel 1812 dal minerologo
tedesco Friderich Mohs, e a oggi è il metodo più
diffuso per distinguere rapidamente i minerali in
base alla loro durezza. La scala di Mohs
comprende 10 minerali di riferimento, ai quali
sono stati attribuiti valori progressivi da 1 a 10 in
base alla loro durezza. Il talco è il minerale più
morbido, con una durezza pari a 1. Il diamante,
invece, è il minerale naturale più duro al mondo
e ha un valore di durezza Mohs pari a 10.

8. L'utilizzo dei minerali nell'industria
I minerali per l’industria sono una risorsa naturale
presente praticamente in ogni singolo prodotto che
utilizziamo nella nostra vita quotidiana. Sono una parte
indispensabile di molti processi industriali e sono quindi
di vitale importanza per l’economia italiana ed europea. Il
ruolo svolto dai minerali industriali nel continuare a
creare materiali e prodotti intelligenti e multifunzionali
sarà un elemento essenziale di una crescita sostenibile
e innovativa. Saranno necessarie tecnologie innovative
molte delle quali saranno impossibili da sviluppare senza
applicazioni di minerali industriali per adattarsi ad un
mondo in rapido cambiamento.

9. La scoperta del
grafene
Nel 2004 due scienziati russi emigrati a Manchester, Andrej Gejm e il
suo studente Konstantin Novosëlov, cercarono di ottenere delle
strutture molto sottili di grafite. L’idea era di paragonare le proprietà di
strati sottili e piatti di grafite con quelle dei nanotubi di carbonio, già
noti da tempo. Per assottigliare sempre più delle scaglie di grafite
Gejm e Novosëlov provarono a usare del nastro adesivo, un metodo
molto semplice ma efficace. Attaccando e staccando due pezzi di
scotch con in mezzo un fiocco di grafite, si ottenevano strati sempre
più sottili, che potevano poi essere trasferiti su un pezzo di silicio. Il
procedimento funzionò; Gejm e Novosëlov trovarono fogli abbastanza
larghi da essere visibili otticamente ma spessi solo tre, due, o anche
un solo atomo di carbonio. Grazie alla facilità del metodo di
produzione riuscirono a studiare le proprietà elettriche di un singolo
foglietto di grafene.
Il “metodo dello scotch” utilizzato a Manchester, era così semplice ed
efficace che lo studio di questo materiale è cresciuto molto
rapidamente, e ora centinaia di laboratori nel mondo si dedicano a
vari aspetti della ricerca sul grafene.

10. SITOGRAFIA
• https://www.skuola.net
• https://grafene.cnr.it
• https://www.chimica-online.it
• https://geopop.it
• Https://www.products.pcc.eu