Molecole biologiche
Il carbonio forma l’impalcatura molecolare di proteine, carboidrati, lipidi, acidi nucleici e molte altre molecole biologiche.
Mendeleev
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Elemento chimico · scheda di riferimento
6C
Carbonio
Il carbonio è l’elemento 6 (C), nel periodo 2, gruppo 14 e blocco p. A temperatura ambiente il suo stato di riferimento è solido. La configurazione elettronica è [He] 2s2 2p2.
Numero atomico6
Peso atomico standard[12.0096, 12.0116]
Gruppo14
Periodo2
Bloccop
Configurazione elettronica[He] 2s2 2p2
Struttura elettronica
Che cosa controlla la sua chimica
Gli elementi del gruppo 14 hanno quattro elettroni di valenza. Nel carbonio questo favorisce in modo particolare i legami covalenti e la formazione di strutture molto diverse.
La configurazione [He] 2s2 2p2 stabilisce quanti elettroni esterni partecipano ai legami. Geometria della rete, tipo di legame e stato di ossidazione spiegano poi gran parte delle proprietà osservate.
Forme chimiche
Composti, ioni e materiali
Il carbonio elementare esiste in allotropi come grafite e diamante; il grafene corrisponde a un singolo foglio con struttura grafitica. Nei composti forma catene e anelli C–C, legami multipli, carbonati, anidride carbonica, idrocarburi e le impalcature molecolari della biochimica.
Comportamento fisico
Stato e cambiamenti di fase
A temperatura ambiente lo stato di riferimento del carbonio è solido. Tra i dati riportati: densità 1.821 g/cm³. I valori misurati possono dipendere da purezza, pressione, struttura cristallina o forma allotropica.
Presenza e applicazioni
Dove si trova e come viene usato il carbonio
Il carbonio si incontra nelle molecole biologiche, nella grafite, nel diamante, nell’anidride carbonica, nei carbonati e nei combustibili fossili. Le applicazioni vanno dagli elettrodi e dagli acciai ai materiali compositi e agli utensili diamantati.
Nella pratica
Esempi di usi concreti
Grafite
La grafite è utilizzata quando servono conducibilità elettrica, lubrificazione o resistenza al calore.
Diamante
Il diamante è usato come abrasivo e materiale da taglio grazie alla durezza della sua rete covalente tridimensionale.
Materiali compositi
Nell’ambito «Materiali compositi», il carbonio viene utilizzato in una forma chimica o materiale adatta. La proprietà sfruttata dipende dal composto, dalla struttura del materiale e dall’obiettivo tecnico.
Posizione periodica
Che cosa mostrano gli elementi vicini
Il carbonio si trova nel periodo 2, gruppo 14 e blocco p. Nel riquadro compaiono nello stesso periodo il boro a sinistra e l’azoto a destra; nello stesso gruppo il silicio sotto. Il confronto aiuta a seguire variazioni di raggio atomico, energia di ionizzazione e comportamento chimico lungo periodi e gruppi.
Dati di riferimento
Proprietà fisiche e atomiche
Classificazionenon metallo poliatomico
Stato a temperatura ambienteSolido
Gusci elettronici2 · 4
Densità1.821 g/cm³
Punto di fusione—
Punto di ebollizione—
Elettronegatività di Pauling2.55
Prima energia di ionizzazione1 086 kJ/mol
Affinità elettronica121.8 kJ/mol
I valori descrivono l’elemento o l’atomo neutro quando applicabile. Le proprietà fisiche possono dipendere dall’allotropo, dalla pressione e dalle condizioni di misura.
Storia
Scoperta e identificazione
Il carbonio o materiali che lo contengono erano noti e utilizzati molto prima della chimica moderna. Identificazione chimica dell’elemento e successiva definizione mediante numero atomico rappresentano fasi storiche distinte.
Isotopi e peso atomico
Come la composizione isotopica modifica i numeri
Il peso atomico standard è riportato come intervallo [12.0096, 12.0116]. Le proporzioni isotopiche naturali possono variare leggermente tra campioni, quindi un unico valore decimale nasconderebbe una variazione reale.
Gli isotopi del carbonio hanno lo stesso numero di protoni e quindi appartengono allo stesso elemento, ma differiscono per il numero di neutroni e per la massa. Gli isotopi radioattivi si distinguono inoltre per vita media e modalità di decadimento.
Sicurezza
Manipolazione ed esposizione
I rischi associati al carbonio dipendono dalla forma chimica, dalla dose e dalla via di esposizione. L’elemento, i suoi ioni e i suoi composti possono avere effetti biologici e ambientali molto diversi; occorre consultare i dati di sicurezza della sostanza effettivamente manipolata.