Carbonio - C

Carbonio

Il carbonio è unico nelle sue proprietà chimiche perché forma un certo numero di composti superiore al numero totale di tutti i composti che tutti gli altri elementi sono in grado di formare combinandosi tra di loro.
L'atmosfera terrestre contiene una concentrazione di anidride carbonica e di monossido di carbonio sempre crescente, generata dalla combusitone dei combustibili fossili, e di metano (CH₄), proveneniente dalle risaie e dalle vacche.

Il gruppo più grande di tutti questi componenti è quello costituito da carbonio e idrogeno. Conosciamo come minimo circa 1 milione di composti organici e questo numero aumenta rapidamente ogni anno. Anche se la classificazione non è rigorosa, il carbonio forma un'ulteriore serie di composti classificati come inorganici, in numero molto più basso rispetto a quello dei composti organici.

Il carbonio elementare esiste in due forme cristalline allotropiche ben definite: diamante e grafite. Altre forme a bassa cristallinità sono il carbonio vegetale ed il fumo nero. Il carbonio chimicamente puro puo' essere preparato attraverso la decomposizione termica dello zucchero (saccarosio) in assenza di aria. Le proprietà fisiche e chimiche del carbonio dipendono dalla sua struttura cristallina.

La sua densità oscilla tra 2,25 g/cm³ per la grafite e 3,51 g/cm³ per il diamante. Il punto di fusione della grafite è 3500ºC (6332ºF) ed il punto di ebollizione estrapolato è 4830ºC (8726ºF). Il carbonio elementare è una sostanza inerte, insolubile in acqua, in acidi e basi diluiti, così come i solventi organici. Alle alte temperature si lega con ossigeno per formare monossido di carbonio o il anidride carbonica. Con agenti ossidanti caldi, come nitrato di potassio e acido nitrico, si ottiene acido metilico C₆(CO₂H)₆. Fra gli alogeni soltanto il fluoro reagisce con il carbonio elementare. Un alto numero di metalli si unisce con l'elemento ad alte temperature per formare i carburi.

Forma tre componenti gassosi con l'ossigeno: ossido di carbonio, CO, anidride carbonica, CO₂ e il subossido di carbonio, C₂O₂. I primi due sono i più importanti dal punto di vista industriale. Il carbonio forma composti con gli alogeni con formula generale CX4, dove la X indica fluoro, cloro, bromo o iodio. A temperatura ambiente il tetrafluoruro di carbonio è gassoso, il tetracloruro è liquido e gli altri due composti sono solidi. Sono inoltre noti i tetralidi misti di carbonio. Il più importante di tutti potrebbe essere il diclorodifluorometano, CCl₂F₂, detto freon.

Il carbonio nell'ambiente

Il carbonio ed i suoi composti sono ampiamente distribuiti in natura. Si stima che il carbonio formi lo 0.032% della crosta terrestre. Il carbonio libero si trova in grandi serbatoi in forma di antracite, forma amorfa dell'elemento con altri composti complessi carbonio-idrogeno-azoto. Il carbonio cristallino puro si trova in forma di grafite e diamante.

Grandi quantità di carbonio si trovano sotto forma di composti. Il carbonio è presente nell'atmosfera come anidride carbonica nello 0.03% in volume. Molti minerali, come calcare, dolomite, gesso e marmo, contengono carbonati. Tutte le piante vivienti e gli animali sono formati da composti organici complessi in cui il carbonio è unito con idrogeno, ossigeno, azoto ed altri elementi. Le piante e gli animali restanti formano i depositi: con petrolio, asfalto e bitume. I giacimenti di gas naturale contengono composti costituiti da carbonio e idrogeno.

Applicazioni

L'elemento libero ha molte applicazioni, inclusa decorazione con diamanti in gioiellerina o con il pigmento nero fumo per automobili ed inchiostro della stmapante. Un'altra forma del carbonio, la grafite, è usata per crogioli a temperatura, gli elettrodi delle pile a secco e ad arco di luce, punte di matite e come lubrificante. Il carbonio vegetala, una forma amorfa del carbonio, è usato come agente assorbente e sbiancante per gas.

Nessun elemento e' tanto importante per la vita quanto il carbonio, in quanto solo il carbonio forma singoli legami forti con se' stesso che sono abbastanza stabili da resistere all'attacco chimico in condizioni ambiente. Questo da' al carbonio la capacita' di fornire lunghe catene e anelli di atomi, che costituiscono la base strutturale di molti composti che includono le cellule viventi, il piu' importante dei quali e' il DNA.

I composti del carbonio hanno molti usi. L'anidride carbonica è usata nella carbonatazione delle bevande, negli estintori e, allo stato solido, come dispositivo di raffreddamento (ghiaccio asciutto). L'ossido di carbonio è usato come agente riduttore in molti processi metallurgici. Il carbonio tetracloruro ed il disolfuro di carbonio sono importanti solventi industriali. Freon è usato nei sistemi di raffreddamento. Il carburo di calcio è usato per preparare l'acetilene; è usato per taglio e saldatura dei metalli, così come per la preparazione di altri composti organici. Altri carburi metallici hanno usi importanti grazie alla loro resistenza al calore e come taglierine per metalli.

Effetti del carbonio sulla salute

Il carbonio elementare ha una tossicità molto bassa. I dati relativi ai rischi per la salute presentati qui si basano sulle esposizioni a carbonio nero, non a carbonio elementare. L'esposizione cronica tramite inalazione a carbonio nero può provocare danneggiamento provvisorio o permanente dei polmoni e del cuore.

La pneumoconiosi è stata rilevata in operai impiagati nella produzione di carbonio nero. Condizioni della palle come infiammazioni dei follicoli dei capelli e lesioni mucose orali sono state inoltre riportate in seguito di esposizione cutanea.

La cancerogenicita' del nero di carbonio è stata elencata dall'agenzia internazionale per ricerca sul cancro (IARC) all'interno del gruppo 3 (l'agente non è classificabile relativamente alla sua carcinogenicità per gli esseri umani.)

Alcuni semplici composti del carbonio possono essere molto tossici, come il monossido di carbonio (CO) o il cianuro (CN-)

Il carbonio 14 è uno dei radionuclidi usati nelle prove atmosferiche delle armi nucleari, che sono iniziate nel 1945, con una prova degli Stati Uniti e finite nel 1980 con una prova in Cina. È fra i radionuclidi longevi che hanno prodotto e continueranno a provocare un aumento del rischio di cancro per decadi e secoli a venire. Esso può anche attraversare la placenta, legarsi organicamente alle cellule in sviluppo e mettere quindi in pericolo il feto.

La maggior parte di quello che mangiamo e' fatto da composti di carbonio, dando un'assunzionr giornaliera di carbonio di 300 g. La digestione consiste nella rottura di questi composti in molecole che possono essere assorbite dalle pareti di stomaco e intestino. Sono quindi trasportati dal sangue a siti in cui vengono ossidati per rilasciare l'energia che contengono.

Effetti ambientali del carbonio

Non sono riportati effetti negativi del carbonio sull'ambiente.

                                        Grafite                                              Diamanti

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Per ulteriori informazioni sulla posizione del carbonio nell'ambiente vedi il ciclo del carbonio.