IL CARBONIO
E’ un non metallo, appartiene al IV gruppo ed al II
periodo. Possiede 4 elettroni esterni per cui può
formare 4 legami covalenti polari. E’ l’elemento della
vita in quanto, insieme all’ossigeno, azoto e idrogeno
costituisce i principali composti chimici che
costituiscono i viventi: CARBOIDRATI, LIPIDI,
PROTEINE e ACIDI NUCLEICI.
CARATTERISTICHE DEL
CARBONIO
• Rappresenta lo 0,2% della crosta terrestre e lo
0,04% dell’atmosfera.
• Allo stato elementare può essere cristallino o
amorfo.
• Il carbonio puro fino al 1990 era noto sotto forma
di 2 minerali: il diamante e la grafite in relazione
agli intervalli di temperatura e pressione ai quali
cristallizzava.
• Dopo tale data è stato isolato un terzo stato
allotropico che si presenta sotto forma di
particolari strutture poliedriche: FULLERENE.
IL DIAMANTE
• Si presenta sotto forma di cristalli trasparenti
ove ogni atomo di carbonio forma legami covalenti
con altri atomi di carbonio in una struttura rigida
e molto compatta a forma di tetraedro (i legami
molto forti lo rendono il minerale più duro tanto
da occupare l’ultimo posto nella scala di Mohs).
• È molto resistente agli agenti atmosferici, non
conduce la corrente elettrica ed ha una densità
3,5 volte maggiore di quella dell’acqua.
• Viene usato come gemma preziosa ma anche nella
produzione di punte di trapani e utensili da taglio.
LA GRAFITE
• Si presenta opaca, grigia, molto tenera, untuosa al
tatto in quanto la sua struttura cristallina assume
una forma esagonale a strati paralleli, che sono,
però, piuttosto distanti l’uno dall’altro e ne
determinano le caratteristiche come minerale
molto fragile, tenero e sfaldabile.
• La grafite, inoltre, conduce l’elettricità e presenta
un’alta temperatura di fusione (3500° C).
• Viene usata per la fabbricazione delle matite,
nelle industrie siderurgiche, come lubrificante,
costruzione di pile ecc.
ALLOTROPIA
Geometria molecolare – molecole pentaatomiche
Planare quadrata
Tetraedrica
Geometria molecolare – molecole triatomiche
Lineare, es. CO2
Piegata, es. H2O
Struttura tetraedrica in rotazione
I FULLERENI
• Sono stati scoperti nel 1990 a partire dal benzene.
• Sono degli aggregati cristallini che contengono almeno 60
atomi di carbonio, ma anche molti di più.
• Il loro nome deriva dall’analogia con la forma della cupola
geodetica progettata dall’architetto americano Fuller.
• I fullereni più conosciuti sono: C60 (formato da 20 esagoni a
forma di un pallone da calcio) e C70 (formato da venticinque
esagoni a forma di pallone da rugby).
• Altre strutture più complesse sono state scoperte mediante
l’analisi ai raggi laser: si tratta di i fullereni giganti
incapsulati l’uno dentro l’altro contenenti anche sino a 1000
esagoni con forme poliedriche molto complesse.
• Possono comportarsi sia da isolanti, sia da conduttori o
semiconduttori di elettricità.
Gli atomi di carbonio realizzano diversi tipi di legami formando sostanze
che, pur avendo la stessa composizione elementare, presentano proprietà
differenti. Il diamante, che vanta il massimo valore di durezza, è costituito
da una rete tridimensionale di atomi di carbonio fortemente legati. Nella
grafite, invece, gli atomi sono disposti su una struttura a strati esagonali
debolmente legati e quindi facilmente sfaldabili. Altre forme allotropiche
del carbonio sono i fullereni, in cui gli atomi sono distribuiti su superfici
sferiche o cilindriche. Nel buckminsterfullerene ad esempio, 60 atomi di
carbonio formano un solido a 32 facce (20 esagoni e 12 pentagoni).Encarta
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CARBONIO AMORFO
• Si ricava come prodotto artificiale dalla
carbonizzazione di alcuni composti organici come la
legna o lo zucchero.
• Si può trovare anche come deposito naturale sotto
diverse forme chiamate Carboni fossili.
• Essi differiscono tra loro per epoca di formazione,
per il diverso contenuto di carbonio e per il loro
potere calorifico.
• In ordine crescente in percentuale di carbonio
abbiamo: TORBA, LIGNITE, LITANTRACE e
ANTRACITE.
ISOTOPI DEL CARBONIO
• Il carbonio è molto importante nel settore scientifico,
infatti il suo isotopo più comune, il carbonio 12, è stato
scelto come standard per i pesi atomici ( massa
atomica relativa).
• Gli isotopi 13 e 14, ma soprattutto il 14, noto anche
come radiocarbonio, sono prodotti continuamente
nell’atmosfera a causa delle radiazioni cosmiche che
modificano l’azoto atmosferico.
• Essi, inoltre, sono incorporati in tutti i viventi e nella
crosta terrestre e consentono di definire l’età dei
fossili e di altri materiali organici (metodo della
datazione mediante il radiocarbonio).
COMPOSTI OSSIGENATI DEL
CARBONIO
• Sono: CO e CO2
• L’ossido di carbonio CO è un gas incolore, inodore
estremamente tossico in quanto, quando si trova in
eccesso nell’ambiente, si lega all’emoglobina del
sangue al posto dell’ossigeno bloccando la
respirazione. E’ un gas altamente inquinante e
proviene dai gas di scarico dei veicoli a motore.
Annualmente ne vengono immessi nell’atmosfera
circa 350 milioni di tonnellate.
• Si ottiene dalla combustione, in difetto d’aria, di
sostanze contenenti carbonio:
•
C + H2O  CO + H2
ANIDRIDE CARBONICA
• E’ il prodotto principale della combustione, in eccesso di
ossigeno, di tutti i prodotti contenenti carbonio.
• E’ un gas incolore, di odore pungente, più pesante dell’aria,
solubile in acqua ove è presente in parte come acido
carbonico.
• Preparazione: CaCO3 + HCl  CaCl2 + H2O +CO2
• Viene commercializzata allo stato liquido compressa nelle
bombole, è utilizzata come refrigerante, come additivo
nelle bevande gassate ed è usata negli estintori.
• Allo stato solido viene commercializzata col nome di
ghiaccio secco che a -79°C passa allo stato gassoso senza
fondere.