Composti del Carbonio
Generalità sul Carbonio
Il carbonio è chimicamente il sesto elemento della tavola periodica: è un elemento non metallico, tetravalente, insolubile nei solventi, inodore e insapore.
Ha una grande affinità per i legami chimici con atomi di altri elementi a basso peso atomico (tra cui il carbonio stesso) e le sue piccole dimensioni lo rendono in grado di formare legami multipli (proprietà che viene definita "desmalusogenia"). Queste proprietà permettono l'esistenza di 10 milioni di composti del carbonio; in combinazione con l'ossigeno forma il diossido di carbonio, che è assolutamente vitale per la crescita delle piante; unito all'idrogeno forma vari composti chiamati "idrocarburi", che sono essenziali per l'industria in forma di combustibili fossili.
Il carbonio si trova in tutte le forme di vita organica ed è la base della chimica organica: per definizione, sono detti "organici" i composti a base di carbonio in cui questo ha numero di ossidazione inferiore a +4. Le sue differenti forme (o più precisamente allotropi) includono uno dei più morbidi (grafite) e uno dei più duri (diamante) materiali conosciuti: altre forme allotropiche del carbonio sono il carbonio amorfo e i fullereni. Le proprietà chimiche e strutturali dei fullereni, in forma di nanotubi di carbonio, hanno un promettente uso potenziale nel campo nascente delle nanotecnologie.
Fullereni, perchè li nominiamo?
I fullereni hanno una struttura simile alla grafite, ma, invece della configurazione totalmente esagonale, contengono anche formazioni pentagonali o eptagonali di atomi di carbonio, che piegano i fogli in sfere, ellissi o cilindri.
I fullereni di forma simile a una sfera o a un ellissoide sono chiamati "buckyball" mentre quelli di forma tubolare sono chiamati "buckytube" o nanotubi di carbonio. La struttura planare, costituita esclusivamente da anelli esagonali, è invece detta grafene.
In nanotecnologia, la resistenza termica e la superconduttività dei fullereni sono alcune delle proprietà più studiate.
Struttura fundamentale della nanotecnologia: Nanotubi
Nel 1991 furono scoperti i nanotubi di carbonio, minuscole strutture cilindriche cave e lunghe, di 1-3nm di diametro: si possono immaginare come un foglio di grafene (formato da milioni di atomi di carbonio) arrotolato a formare un cilindro. Grazie all’estesa trama di legami (“pigreco”), i nanotubi di carbonio sono conduttori di elettricità, ma la conduttività cambia a seconda di come sono avvolti. Quando le maglie esagonali della rete hanno due lati disposti perpendicolarmente all’asse principale del tubo, la conduttività è buona, simile a quella di un metallo: se invece le maglie hanno due lati paralleli all’asse principale, i nanotubi si comportano come semiconduttori. I nanotubi di carbonio, oltre a essere conduttori di elettricità, sono anche buoni conduttori di calore e, per entrambe queste proprietà, vengono usati per lo sviluppo di circuiti integrati miniaturizzati. Sono anche molto forti e la resistenza alla trazione lungo l’asse del tubo è superiore a quella di qualunque altro materiale sperimentato.
