Il carbonio
Siamo Noi
DI Stefano Salis
19' 30''

Che dire delle meraviglie del carbonio, elemento meraviglia, se non che, forse, si può tralasciare per una volta la chimica e partire dalla letteratura, e cioè da Primo Levi, il quale però, oltre a essere uno dei più raffinati e significativi scrittori italiani, nella vita di tutti i giorni era chimico di professione. Sapeva, dunque, di cosa stava scrivendo, nelle righe che seguono. E non si può che dargli retta, con quel suo «vecchio debito», verso il carbonio, «contratto in giorni per me risolutivi». Stiamolo a sentire: «Al carbonio, elemento della vita, era rivolto il mio primo sogno letterario, insistentemente sognato in un’ora e in un luogo nei quali la mia vita non valeva molto: ecco, volevo raccontare la storia di un atomo di carbonio. (…)

 

Il nostro personaggio giace dunque da centinaia di milioni di anni, legato a tre atomi d’ossigeno e a uno di calcio, sotto forma di roccia calcarea: ha già una lunghissima storia cosmica alle spalle. Per lui il tempo non esiste, o esiste solo sotto forma di pigre variazioni di temperatura, giornaliere e stagionali, se, per la fortuna di questo racconto, la sua giacitura non è troppo lontana dalla superficie del suolo. La sua esistenza è un’alternanza spietata di caldi e di freddi, e cioè di oscillazioni un po’ più strette o un po’ più ampie: una prigionia, per lui potenzialmente vivo, degna dell’inferno cattolico. A lui, fino a questo momento, si addice il tempo presente: è congelato in un eterno presente, appena scalfito dai fremiti moderati dell’agitazione termica. Ma appunto per la fortuna di chi racconta, che in caso diverso avrebbe finito di raccontare, il banco calcareo di cui l’atomo fa parte giace in superficie. Giace alla portata dell’uomo e del suo piccone».

 

Un piccolo colpo e il carbonio esce per il camino e prende la via dell’aria. «La sua storia, da immobile, si fece tumultuosa». Esattamente come suggerisce Primo Levi, la storia del carbonio (e del nostro rapporto con lui) è tumultuosa, densa e piena di pagine ancora da scoprire. Elemento essenziale alla vita, presente e ben noto sotto due forme molto caratteristiche, la grafite e il diamante (inaspettatamente è proprio la grafite la forma del carbonio più stabile), il carbonio, in realtà, è elemento decisivo della storia dell’universo. «Il carbonio, infatti, è un elemento singolare: è il solo che sappia legarsi con se stesso in lunghe catene stabili senza grande spesa di energia, ed alla vita sulla terra (la sola che finora conosciamo) occorrono appunto lunghe catene. Perciò il carbonio è l’elemento chiave della sostanza vivente». Così ancora Levi. 

 

 

La «C» della vita: potrebbe essere uno slogan azzeccato e sul quale riflettere; ma anche la «C» del futuro: nessun elemento, come il carbonio, è così inscindibilmente legato alle applicazioni che verranno, molte delle quali ancora in fase di studio: eppure fibra di carbonio, nanotubi, grafene sono parole alle quali ormai siamo abituati: e, dagli aerei alle auto, dagli orologi alle armi, dalle sostanze capaci di condurre a livelli microscopici alla moda, nessuno gareggia con i formidabili atomi di carbonio. Il carbonio ha segnato e segnerà sempre di più la storia dell’evoluzione umana. Senza il carbonio, per dire, non ci sarebbero i metalli all’alba della civiltà, senza idrocarburi la società contemporanea, semplicemente, non esisterebbe. Aggiungendo carbonio al ferro si fa acciaio, fondamento stesso della rivoluzione industriale.

 

Che, nel futuro, avrà la forma del grafene e altri nanomateriali, come i nanotubi di carbonio, porte di una nuova rivoluzione tecnologica. Sarebbe impossibile contare gli utilizzi, le mille facce di questo elemento che sa di futuro e prevede il passato: il suo isotopo più noto, il C14, consente di datare i reperti archeologici: quasi il 99% del carbonio presente sulla Terra ha un nucleo formato da sei protoni e altrettanti neutroni. E il C14 possiede sei protoni e otto neutroni nel nucleo ed è radioattivo trasformandosi in azoto 14 attraverso il decadimento beta. È inoltre uno degli strumenti preferiti dagli archeologi: la sua vita media è di 5.370 anni, ed è possibile, quantificando la sua presenza all’interno di reperti organici anche di 50mila anni fa, effettuare datazioni di estrema precisione. 

 

 

 

Un altro isotopo, il C11, ha invece una vita media di circa 20 minuti: insieme ad altre sostanze è usato in strumenti di diagnostica medica di alta tecnologia. È alla base della chimica organica e, quando si combina con l’idrogeno, la fantasia non ha limiti. Le molecole formano lunghe catene aperte, strutture ad anello chiuse, miste. Idrocarburi? Ecco petrolio grezzo, polimeri come la gomma, il polistirolo o il polistirene. Con gli idrocarburi solidi si asfaltano le strade, mentre con quelli gassosi, come il metano, si riscaldano le case. Ma il bello di questo elemento è che la sua storia «nuova» è appena iniziata. Nel 1985, per puro caso, per stessa ammissione degli scienziati, fu scoperta una nuova forma allotropica dell’atomo: il fullerene, molecola simile a un pallone da calcio. Da quella prima scoperta, le nanotecnologie hanno fatto passi da gigante e, dopo la sintesi della nanoschiuma di carbonio, ecco oggi la fibra, forse il più duttile e utilizzabile dei nuovi materiali.

 

E se per la cara vecchia grafite si percorrono nuove forme di uso (ottimo conduttore, è utilizzata negli elettrodi delle batterie a zinco-carbonio, nell’illuminazione, per rinforzare il cemento o la plastica, come materiale refrattario, per i telai di biciclette), i materiali del futuro sono il grafene e la fibra di carbonio. Leggerezza e robustezza sono le doti per le quali la fibra di carbonio (un polimero di atomi di carbonio strutturato in forma grafitica, cioè esagoni legati tra loro in modo da formare dei piani di carbonio grafitico) è usata anche su strada, dalla Formula 1 a supercar di serie che usano solo qualche particolare per abbattere le masse e ottenere prestazioni da record. Non parliamo poi dell’utilizzo nello sport (racchette, sci, pesi, aste) e nella medicina, con le protesi che rispondono meglio alle sollecitazioni di quanto non faccia la stessa natura.

 

E poi c’è il grafene, dalle caratteristiche uniche:

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