Quali sono gli allotropi del carbonio?
Il carbonio, grazie alle sue proprietà uniche di legame chimico, ha gli allotropi più stabili di qualsiasi elemento. Alcuni allotropi del carbonio, come la grafite e il diamante, si verificano naturalmente; altri, come i nanotubi, devono essere fabbricati in laboratorio. L'abbondanza e la versatilità del carbonio lo rendono uno dei materiali più studiati nella ricerca sulle nanotecnologie e i suoi allotropi hanno una vasta gamma di proprietà utili, come l'elevata resistenza alla trazione e gli alti punti di fusione.
Il carbonio amorfo e la grafite sono i due allotropi più comuni e costituiscono la maggior parte dei composti del carbonio naturale come carbone e fuliggine. Il carbonio amorfo non ha una particolare struttura cristallina, come la maggior parte degli occhiali. Gli atomi di carbonio in grafite sono disposti a strati; ogni strato ha legami forti che lo tengono insieme, ma gli strati non si legano fortemente e possono essere facilmente cancellati l'un l'altro. La pura grafite pirolitica, in cui gli strati sono tutti disposti sullo stesso piano, è un materiale estremamente resistente e resistente al calore utilizzato in ambienti ad alto stress e alta temperatura. La grafite conduce elettricità e può essere utilizzata come moderatore per i reattori nucleari.
Il diamante, l'altro allotropio in carbonio naturale, ha una struttura cristallina rigida e ad incastro. Il diamante è una delle sostanze più dure conosciute e viene utilizzato nell'industria per macinare e tagliare materiali. La trasparenza e la durabilità del diamante lo rendono molto apprezzato come pietra preziosa, e il settore della gioielleria ha trasformato l'estrazione del diamante in un'industria multi-miliardaria. Il diamante può essere prodotto sinteticamente da altri allotropi, ma richiede temperature e pressioni estremamente elevate.
Altri allotropi più esotici includono buckyball, nanotubi e nanofoam di carbonio. Questi si verificano naturalmente nella fuliggine e sono stati trovati in almeno una nebulosa planetaria, sebbene possano anche essere creati sinteticamente. I buckyball sono reti chiuse a forma di palla di atomi di carbonio, che formano pentagoni ed esagoni ad incastro. I nanotubi di carbonio condividono la stessa struttura della grafite, ma invece di avere una pila di strati, un nanotubo si avvolge e si lega a se stesso, formando un lungo cilindro. I nanotubi di carbonio hanno una resistenza alla trazione molto elevata, che li rende attraenti come i nuovi materiali da costruzione, sebbene non siano altrettanto resistenti sotto compressione.