
Carbonio Elemento chimico di simbolo C e numero atomico 6,
appartenente al gruppo IVB (o 14) della tavola periodica. È il
costituente fondamentale di tutti i composti organici, biologici
e non, e riveste quindi un ruolo molto importante nella vita
degli organismi viventi.
Proprietà
Il carbonio ha peso atomico 12,01115 ed esiste in natura in tre
forme caratterizzate da diversa struttura cristallina: il
diamante, in cui ogni atomo è legato ad altri quattro atomi
formando un reticolo con struttura tetraedrica; la grafite, in
cui gli atomi sono disposti in modo da formare degli esagoni
affiancati su piani orizzontali; e il carbonio amorfo,
caratterizzato da un basso grado di cristallinità. Queste forme,
che si differenziano in molte proprietà fisiche, hanno punti di
fusione estremamente alti e, a temperatura ambiente, sono
insolubili in tutti i solventi.
Una quarta forma di carbonio naturale è costituita da una intera
classe di fullereni, il più famoso dei quali è il
buckminsterfullerene.
Il carbonio ha la proprietà unica di combinarsi con se stesso
per formare catene di atomi e anelli estremamente complessi. Per
questo motivo esiste un numero idealmente infinito di suoi
composti, tra cui i più comuni sono quelli che contengono
carbonio e idrogeno. I primi composti di carbonio furono
identificati in organismi viventi all'inizio del XIX secolo, e da
allora lo studio del carbonio costituisce l'importante ramo della
chimica noto come chimica organica.
Il carbonio è poco reattivo a temperatura ambiente, ma a
temperature elevate reagisce facilmente con molti metalli per
formare i carburi, e con l'ossigeno per formare il monossido di
carbonio (CO) e il diossido di carbonio, noto anche come anidride
carbonica (CO2). Forma inoltre composti con la maggior parte
degli elementi non metallici, sebbene alcuni di questi composti,
ad esempio il tetracloruro di carbonio (CCl4) debbano essere
prodotti indirettamente. Il coke, una forma di carbonio amorfo,
è usato per rimuovere l'ossigeno dai minerali formati da ossidi
metallici per ottenere il metallo puro.
Diffusione
Sebbene rappresenti solo lo 0,025% della crosta terrestre, il
carbonio è piuttosto diffuso in natura, in particolare sotto
forma di carbonati. Il diossido di carbonio è un importante
costituente dell'atmosfera ed è la fonte di carbonio più
importante per gli organismi viventi. Nel processo di fotosintesi,
le piante trasformano diossido di carbonio in composti organici
complessi, che vengono successivamente utilizzati da altri
organismi.
Allo stato amorfo il carbonio si trova, in vari gradi di purezza,
nel carbone, nel coke, nel nero di gas e nel nerofumo. Il nero di
gas è prodotto bruciando idrocarburi liquidi come il kerosene in
difetto d'aria, e raccogliendo il fumo in una camera separata;
per lungo tempo è stato usato come pigmento nero negli
inchiostri e nelle vernici, ma attualmente è stato sostituito
dal nerofumo, composto da particelle più sottili e ottenuto
dalla combustione incompleta del gas naturale. Il nerofumo è
utilizzato come stucco e come rinforzante nell'industria della
gomma.
Applicazioni scientifiche
Oltre alle numerose applicazioni industriali, il carbonio ha
importanza anche nel settore scientifico. Nel 1961 l'isotopo più
comune, il carbonio-12, fu scelto per sostituire l'ossigeno-16
come standard per i pesi atomici.
Gli isotopi di peso atomico 13 e 14 sono largamente usati come
traccianti isotopici nella ricerca biochimica. Il carbonio-14,
noto anche come radiocarbonio, è un isotopo radioattivo che
viene prodotto in continuazione nell'atmosfera per cattura dei
neutroni della radiazione cosmica da parte dei nuclei di azoto;
è incorporato in tutti gli organismi viventi e quando questi
muoiono, il contenuto di carbonio-14 decresce, con tempo di
dimezzamento di circa 5760 anni. L'analisi del rapporto tra
carbonio-12 e 14 presente in un organismo rappresenta la base del
cosiddetto metodo di datazione al radiocarbonio, che permette la stima dell'età dei fossili e di
altri materiali organici.