Il Carbonio: dottor Jekyll e mister Hyde degli elementi

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Il carbonio costituisce uno degli elementi chimici più importanti presenti nell’universo; esso è presente in diverse forme, a seconda delle condizioni ambientali, ed è uno degli elementi chimici maggiormente diffusi; per esempio il nostro corpo, durante l’espirazione, emette anidride carbonica, mentre, sotto forma di monossido di carbonio è il gas principale prodotto durante i processi di combustione.

Il carbonio in natura lo troviamo in sei forme distinte o allotrope (l’allotropia è la caratteristica di un elemento di assumere forme cristalline diverse): carbonio amorfo, nanotubi, carbini, fullereni (vedi: Shungite: la roccia intelligente), grafite e diamante.

Qui parleremo delle forme a noi più note e diffuse: la grafite ed il diamante, il classico esempio di ambiguità presente anche in natura, le due “facce” una volgare e l’altra nobile dello stesso minerale che, per uno scherzo, si presentano in due vesti totalmente diverse.

La grafite ed il diamante sono le due forme più conosciute del carbonio. Il diamante lo troviamo nelle profondità della Terra, precisamente nel mantello, formatosi a seguito di processi caratterizzati da elevatissimi valori di pressione e temperatura, la grafite, invece, si origina in aree più “vicine” alla superficie, nella zona conosciuta come crosta terrestre. Le due forme condividono la stessa composizione però presentano una struttura totalmente opposta. Nella grafite gli atomi di carbonio, legati tra loro da forze deboli, formano una rete esagonale di tipo planare, mentre nel diamante gli stessi atomi di carbonio si uniscono formando una struttura spaziale tridimensionale legandosi fortemente tra loro.

La grafite, scoperta nel XVI secolo nei pressi di Borrowdale, in Gran Bretagna è un minerale nativo molto comune, delicato, resistente al calore, ottimo conduttore di elettricità, naturalmente possiamo trovarla in forma di lamine dall’aspetto squamoso e dall’apparenza untuosa oppure come terriccio dal colore nero scuro e molto leggero. La grafite si forma quando il carbonio è sottoposto a pressione di decine di tonnellate al cm2 e temperature di oltre 700 °C; giacimenti di grafite sono frequenti e distribuiti abbastanza uniformemente sulla Terra.

Oggi la grafite è diffusa nella vita quotidiana, la sua forma a noi più nota è quella della matita, invenzione legata ai fratelli Bernacotti i quali dopo alcuni tentativi crearono un prototipo costituito da un cilindro di grafite racchiuso in un involucro di corteccia di ginepro. L’invenzione fu poi perfezionata qualche secolo più tardi dalla Faber-Castell. Ma questo è solo uno dei tanti usi di questo prezioso minerale, esso infatti è ampiamente utilizzato per costruire elettrodi, componenti refrattari, lubrificanti a secco, batterie, pigmenti per colori, ecc.

Il diamante. Gli antichi Greci credevano che i diamanti fossero frammenti di stelle caduti sulla Terra. Alcuni dicevano che erano le lacrime degli dei. Un’altra leggenda narra di una valle presente nell’Asia centrale tappezzata di diamanti, custodita da uccelli rapaci e da serpenti assassini. La verità è che l’origine dei diamanti è ancora un mistero persino per i geologi. Sebbene il diamante sia la gemma naturale più dura conosciuta, la sua composizione è molto semplice: anche qui trattasi di comune carbonio, come quello costituente la grafite delle matite, ma caratterizzato da una temperatura di fusione pari a 4000 °C. Miliardi di anni fa le forze della natura, grazie a calore e pressione elevatissimi, trasformarono miracolosamente il carbonio in diamante anziché in grafite. La massa vulcanica, nella quale avveniva questo “miracolo” di cristallizzazione, salì dalle viscere della Terra intrufolandosi nella crosta terrestre, nei cosiddetti filoni di kimberlite (un tipo particolare di roccia) ove ancora oggi si trovano la maggior parte dei diamanti.

Ovviamente, a differenza della grafite, tutto ciò che è raro è anche molto prezioso. I diamanti, formatisi miliardi di anni fa, sono rari poiché soltanto in pochi sono sopravvissuti al rischioso cammino che li hanno portati dalle profondità della Terra fino alla superficie.

I diamanti, a parte il loro uso in gemmologia, trovano numerosi impieghi a livello industriale soprattutto per la loro principale proprietà, la durezza, infatti il diamante nella scala di Mohs (ordina in sequenza la durezza dei materiali, partendo dal più tenero fino al più duro) occupa il 10° posto corrispondente al più duro.

I diamanti sono impiegati a livello industriale per produrre utensili da taglio, nell’industria informatica trovano largo impiego come rivestimenti per semiconduttori, in cosmetologia sono usati per trattamenti del viso, altresì sono usati, in sostituzione del vetro, nella costruzione di apparecchiature medicali.

Ad oggi si stima che in totale ammontano a circa 500 le tonnellate di diamanti estratte e di questo “soltanto” un 10% è destinate alla gioielleria; approssimativamente è necessario estrarre 250 tonnellate di kimberlite per ottenere un diamante di un carato (equivalente a 0.2 grammi) che possa essere classificato come gemma.

Prima che una donna possa adornarsi di un diamante, probabilmente esso toccherà almeno 4 continenti e le vite di centinaia di persone, infatti, è necessaria l’esperienza di molti artigiani affinché esso sia opportunamente tagliato e rifinito.

I primi diamanti furono estratti circa 2800 anni fa in India, ma la moderna industria ad esso legata si sviluppò solo alla fine del XIX secolo con le prime scoperte in Sud Africa che ancora oggi rappresenta il primo produttore a livello mondiale.

Fino al XV secolo solo i re indossavano diamanti come simbolo di forza, coraggio e invincibilità. Poi con il trascorrere del tempo i diamanti sono diventati il dono d’amore per eccellenza. La tradizione dell’anello di fidanzamento con diamante pare risalga al 1477, quando l’Arciduca Massimiliano d’Austria, figlio dell'imperatore Federico III, donò un anello con diamante a Maria duchessa di Borgogna per suggellare la promessa di matrimonio.

Un diamante grezzo somiglia ad un ciottolo è solo l’abilità del tagliatore che, sfruttando le particolari leggi geometriche dei cristalli, lo lavora sino a trasformarlo in una gemma unica. Il taglio delle gemme richiede un’abilità unica che si apprende con il tempo e dopo tanto studio, un solo sbaglio e centinaia se non migliaia di euro vanno irrimediabilmente persi. Purtroppo, durante le operazioni di taglio, la cosiddetta sfaccettatura, oltre il 50% della pietra è eliminato. Ma grazie all’opera del tagliatore, quello che resta, viene esaltato grazie al modo con cui la pietra riflette la luce, in un gioco di colori, luccichii e bagliori iridescenti.

Per anni la città di Anversa in Belgio ha costituito il principale centro di taglio dei diamanti a livello mondiale, recentemente però questo primato è passato alla città di Surat in India dove viene lavorato circa l’80% di tutti i diamanti estratti mondialmente; altri centri importanti di taglio sono le città di Tel Aviv in Israele e New York negli Stati Uniti.

A questo punto, considerando che la composizione è la stessa, una domanda risulta lecita: perché non regalare un anello di grafite? Tanto sempre carbonio è, oltretutto, a dispetto di quanto affermava una vecchia pubblicità che il diamante è per sempre, siamo costretti a sfatare anche questo mito, infatti, un diamante, in condizioni ambientali standard o STP (Standard Temperature and Pressure ossia temperatura di 25 °C e 1 atmosfera di pressione, ovvero le condizioni nelle quali mediamente vive l’uomo), non è stabile e, in tempi geologici s’intende, si trasformerà in grafite.

Ma tranquilli questo processo avviene molto lentamente, occorreranno milioni di anni affinché un diamante, per quanto bello e prezioso possa essere, si trasformi in una banale ed umile matita.

Quindi potete stare tranquilli e goderveli ancora per tanto tempo...!