carbonio

carbonio

L'elemento dell'energia e della vita

Tutti i combustibili più usati ‒ carbone, petrolio, metano ‒ si basano sul carbonio, che costituisce così la fonte principale di energia chimica. Ma il carbonio è anche l'elemento fondamentale della vita sulla Terra in quanto è il componente essenziale di tutti i composti organici, dai vegetali agli animali, ed è presente anche nelle materie artificiali come la plastica

Dal diamante alla grafite

Anche se può sembrare sorprendente, un prezioso diamante e una umile, ma utile, punta di grafite di una matita sono costituiti dallo stesso elemento: il carbonio. A livello intimo, la loro differenza consiste solo nella disposizione degli atomi che li compongono: nel diamante ciascun atomo di carbonio è circondato da altri 4 atomi, nella grafite da 3. Quindi a fare la differenza (e che differenza!) è solo un piccolissimo atomo. Ciò significa che uno stesso elemento può trovarsi in natura in più forme distinte, con proprietà molto diverse. Il diamante, infatti, è durissimo (è la sostanza più dura che si conosca), fonde a 3.500 °C, non conduce l'elettricità e devia molto la direzione dei raggi di luce che lo colpiscono, causando così il suo caratteristico brillio. La grafite, al contrario, è tenera ‒ ma anch'essa ad alto punto di fusione ‒, grigia, ha una debole lucentezza e conduce discretamente l'elettricità.

La prima forma di energia chimica

Esistono altre sostanze di uso comune che sono formate dal semplice carbonio: il carbone di legna, il carbone fossile, il nerofumo. Il carbone è un combustibile importantissimo, che ha fornito e fornisce all'uomo parte dell'energia di cui ha bisogno. Ciò è reso possibile perché quando il carbonio 'brucia' ‒ cioè si combina con l'ossigeno ‒ si sviluppa una grande quantità di calore, e insieme a questa due gas: l'ossido di carbonio e l'anidride carbonica. Il primo, anch'esso combustibile, è incolore, inodoro e molto velenoso, perché interferisce con la normale funzione di trasporto dell'ossigeno dell'emoglobina nei globuli rossi del sangue. Il secondo, invece, non è di per se velenoso (anche se è soffocante) ed è coinvolto nello svolgimento di molti processi fisiologici naturali, come nella respirazione degli animali e nella fotosintesi delle piante.

Nel processo della respirazione, infatti, l'anidride carbonica viene prodotta e poi immessa nell'ambiente, con consumo di ossigeno atmosferico; nella fotosintesi, invece, viene assorbita e trasformata in una sostanza dei vegetali detta clorofilla, con liberazione di ossigeno nell'atmosfera. In questo modo si realizza un circolo virtuoso fra due processi tra loro cooperativi che consente di conservare la vita sul nostro pianeta.

Petrolio e metano

Per produrre energia, inoltre, sono utilizzate come combustibili anche altre sostanze naturali contenenti carbonio, come il petrolio e il metano. Il petrolio è costituito da una miscela di una grande quantità di composti diversi, formati dal carbonio e dal gas più leggero che esiste in natura, cioè dall'idrogeno: perciò questi composti sono chiamati idrocarburi. Il metano, invece, è uno degli idrocarburi più diffusi e più leggeri, presente soprattutto sotto forma di gas. È facile per noi conoscerlo direttamente, poiché spesso è utilizzato come combustibile domestico nelle macchine da cucina delle nostre case! Per questo scopo, però, possono essere utilizzati, in bombola, anche altri idrocarburi che si trasformano facilmente in gas: il butano, il pentano, il propano.

Natura naturale e natura artificiale

Il carbonio è il principale elemento presente in tutte le innumerevoli sostanze che compongono gli organismi vegetali e animali. Ma è presente anche nei materiali sintetici ‒ come le materie plastiche ‒ realizzati nei laboratori e nelle industrie chimiche. Siccome per la fabbricazione delle materie plastiche vengono utilizzati molti dei composti del carbonio presenti nel petrolio, si può dire che in questo caso natura e industria sono molto collaborative!

Ma anche molti corpi del mondo inorganico o minerale sono costituiti da composti del carbonio, come le rocce calcaree o calcari. Alcune sostanze inorganiche contenenti carbonio, poi, sono usate in numerosi processi industriali o per usi comuni come il carbonato di sodio, detto soda, e il più celebre bicarbonato di sodio, usato come lievito chimico.