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In questo documento ho presentato le diverse forme allotropiche del carbonio, studiando il loro habitus cristallino e le differenti applicazioni industriali.
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Cos'è una forma allotropica? In chimica un elemento chimico allotropico, è un elemento di forme che differiscono per una diversa disposizione degli atomi e quindi per una differente struttura cristallina.
Che cosa hanno in comune le fedi di diamante le matite da disegno le magliette di cotone e le bevande energetiche? sono tutti fatti principalmente di carbonio, il carbonio è uno degli elementi fondamentali della vita; ad esempio costituisce il 18,5% della massa del corpo umano: lo troviamo in luoghi come le cellule muscolari, il flusso sanguigno e le guaine che circondano i neuroni. Si possono trovare anche strutture fatte solo di carbonio. Ne sono un esempio il diamante, la grafite, il fullerene e il grafene.
Il diamante che cos’è e quali caratteristiche ha? Il diamante è un minerale costituito da carbonio cristallizzato ha di solito forma di un tetraedro con facce triangolari, con gli spigoli talora rientranti e le facce spesso lievemente convesse. Il diamante si rinviene in rocce ultrafemiche, Kimberliti e in giacimenti sedimentari , in Russia e nell’Australia occidentale. La maggior parte delle riserve mondiali di diamanti è nell’Africa meridionale. La densità media è di 3,52 g/cm3 se puro; È il materiale con la durezza massima; Con la più elevata conduttività termica; È otticamente trasparente nell’intero campo dall’ultravioletto all’infrarosso; È un buon isolante elettrico; Scaldato ad alta temperatura nel vuoto si trasforma in grafite, mentre nell’aria brucia con debole fiamma azzurra.
Le applicazioni del diamante Per le sue eccezionali proprietà, il diamante si è rivelato particolarmente adatto per applicazioni industriali ad alta prestazione, dall’uso come abrasivo all’impiego in elettronica come sensore in ambienti particolarmente aggressivi. Il diamante inoltre è anche uno degli elementi maggior venduti per la costruzione di gioielli, è molto costoso, data la sua rarità, è venduto basandosi sul carato che equivale a 0,20 grammi. Un limite a tali applicazioni è rappresentato dalla relativa scarsità del diamante naturale. Peraltro, i metodi finora proposti per la sua produzione sintetica sono stati caratterizzati da costi molto elevati a causa delle alte temperature e pressioni richieste.
Come distinguere un diamante vero? 1) La prima prova, consiste nel prendere la pietra che volete analizzare con una pinzetta, e alitatarci sopra, se rimane appannata per qualche secondo, probabilmente si tratta di un falso, un vero diamante disperde immediatamente il calore e non si appanna facilmente o comunque lo farà solo per pochissimi istanti. 2) I diamanti veri a differenza degli zirconi o dei diamanti artificiali, in molti casi hanno delle piccole imperfezioni che in ambito gemmologico vengono chiamate ”inclusioni“ . Con una lente d’ingrandimento, potremmo osservare, tracce visibili di queste imperfezioni come per esempio piccole macchie, o variazioni di colore, se le vedrete, quasi sicuramente avete di fronte a voi un diamante vero, anche se imperfetto. 3) Bisogna riscaldare la pietra in questione avvicinandola ad una fonte di calore per trenta secondi e poi immergetela in una ciotola d’acqua fredda, vedrete che la rapida espansione prima e contrazione dopo, farà rompere la pietra falsa in mille pezzi, un diamante autentico invece sarà abbastanza resistente da non subire danno alcuno.
4) Tenete presente che i diamanti veri non compaiono nelle radiografie, mentre i cristalli, il vetro e lo zircone si In questo caso, se si vuol testare il diamante ai raggi X, sarà necessario o inviarlo ad un laboratorio specializzato e se è vero, il diamante non apparirà sulle lastre. 5) Attenzione alla MOISSANITE! La Moissanite pur essendo una pietra ancora più lucente del diamante, non ne ha certamente lo stesso valore, questa pietra preziosa è talmente simile al diamante che persino i gioiellieri hanno qualche difficoltà a distinguere l’una dall’altra, per poter individuare le differenze senza specifiche attrezzature, avvicinate la pietra agli occhi e con una piccola lampadina tascabile illuminatela, se noterete dei colori arcobaleno, questo sarà sintomo di una doppia rifrazione, che è una delle proprietà della moissanite ma non certamente del diamante.
La grafite cos’è? La grafite è un materiale costituito principalmente da carbonio esagonale ed è considerato un minerale. È un allotropo del carbonio, e si presenta come un solido nero, morbido e untuoso al tatto. La struttura della grafite è formata da fogli di carbonio disposti in modo regolare, noti come strati di grafene, che sono tenuti insieme da forze di van derWaals.
La grafite è un materiale noto per le sue proprietà uniche e le sue molteplici applicazioni.Al semplice tocco, la grafite risulta essere untuosa e presenta una sfaldatura facile e perfetta. Inoltre, uno dei suoi punti di forza è la sua elevata resistenza al calore, non fonde infatti sino a oltre 3000 °C.
Caratteristiche della grafite La grafite è conosciuta per la sua conducibilità elettrica e termica, rendendola un materiale ideale per applicazioni in cui è richiesta una buona dissipazione del calore, come nei motori elettrici e negli elettrodi delle batterie al litio. Inoltre, la grafite è anche un buon lubrificante solido, grazie alla sua struttura a strati che permette uno scorrimento agevole tra le superfici. La grafite è ampiamente utilizzata nell’industria dei metalli, in particolare per la produzione di acciaio e alluminio. Viene impiegata anche nella produzione di matite, in quanto il suo tratto morbido e scivoloso permette una scrittura fluida. La grafite trova impiego anche come colorante, grazie alla sua capacità di conferire pigmentazione a vernici, inchiostri e altri materiali. Inoltre, è utilizzata nella produzione di spazzole per macchine elettriche Rotanti, come motori e generatori, grazie alla sua bassa resistenza elettrica e alla sua elevata conduttività termica. Infine, la grafite viene impiegata nella produzione di elettrodi per l’elettroerosione, un processo di rimozione del materiale mediante scariche elettriche ad alta frequenza.
Dove si trova la grafite? La grafite si trova in tutto il mondo in condizioni naturali, in rocce come scisti di grafite e scisti cristallini, come ad esempio nei Sudeti, nei Carpazi e nei monti Tatra, situati in Europa centrale. In conclusione, la grafite viene ricavata da un materiale grezzo attraverso processi di purificazione che eliminano le impurità minerali. Successivamente, viene pressata a umido per ottenere la forma desiderata. Questi processi sono fondamentali per ottenere una grafite di alta qualità, adatta alle diverse applicazioni industriali e commerciali.
Il grafene Scoperto nel 2004 dai fisici russi Andre Konstantinovič Geim e Konstantin Novoselov, ricercatori dell’Università di Manchester. I due si erano posti l’obiettivo di ottenere uno strato di grafite che fosse il più sottile possibile. Decisero di provare a farlo asportando con del nastro adesivo del materiale dalla polvere di grafite. A ogni strappo, i due prelevavano polvere e continuarono a farlo finché non ottennero un unico sottilissimo strato di atomi di carbonio, identificato in un secondo momento comegrafene. Per quanto questo racconto possa farla apparire semplice, la scoperta dell’eccezionale materiale permise ai due scienziati russi di vincere il premio Nobel per la fisica nel 2010. La comunità scientifica espresse infatti subito un grande interesse nei confronti del grafene.
Le applicazioni del grafene Il suo spessore è raffrontabile con quello di un singolo atomo, in questo senso, è facile immaginare quanto numerose siano le possibili applicazioni industriali del grafene. Anzi, probabilmente la maggior parte di esse sarà scoperta in futuro. Uno dei campi in cui esso viene utilizzato è la scienza dei materiali. Il grafene può infatti combinarsi con metalli e plastiche varie, rendendoli al contempo più resistenti e più leggeri. Alla luce del grande rapporto tra la sua superficie e il suo volume, il grafene si sta rivelando però molto utile anche e soprattutto nel campo dell’immagazzinamento energetico: esso è oggi presente in batterie e supercondensatori capaci di mantenere più energia e ricaricarsi più velocemente. Tra le applicazioni per le quali il grafene è già stato preso in considerazione in questi anni ci sono poi superfici e vernici resistenti alla corrosione, display flessibili, dissalatori di acqua di mare e pannelli solari, oltre a diversi apparecchi nel campo biomedico e in quello delle neuroscienze.
A livello chimico, la composizione del grafene è in realtà molto semplice. Esso è infatti un nanomateriale costituito solo da atomi di carbonio, esattamente come la grafite e il diamante. Ciò che lo rende diverso da tutti gli altri materiali conosciuti è però la sua struttura. Gli atomi di carbonio sono infatti posizionati su un piano bidimensionale e a nido d’ape, costituito quindi da più celle esagonali. Ed è proprioquesta conformazione a conferire al materiale importanti proprietà tecniche, essenziali nei campi industriali.
Cos’è il fullerene? I fullereni costituiscono uno degli stati allotropici del carbonio. Tali strutture unicamente costituite da atomi di carbonio hanno una forma simile a una sfera cava o a un ellissoide che furono denominate buckyball o una forma tubolare denominata buckytube o nanotubi di carbonio. La struttura con 60 atomi di carbonio (C60) è ottenuta vaporizzando barre di grafite in atmosfera di elio.
A cosa serve il fullerene? I fullereni vengono principalmente utilizzati nell’industria medica, cosmetica e nella produzione di attrezzature sportive. L’industria sportiva utilizza i fullereni principalmente nella realizzazione di mazze da golf, badminton e racchette da tennis. In quest’ambito, le molecole di C60 conferiscono particolari doti di leggerezza e robustezza. Inoltre, simulazioni al computer hanno dimostrato che il C60 ha la capacità di passare attraverso le membrane lipidiche, quindi di entrare nella cellula e alterarne le funzioni . Tra le numerose sperimentazioni, la struttura cava di C60 è stata utilizzata anche come gabbia per l’HIV, rendendo il virus incapace di replicarsi .
Cos’è la scala di mohos Metodo per la determinazione della durezza dei minerali dovuto al mineralogista tedesco Friedrich Mohs (1773-1839). La s. di M. si basa sul criterio empirico della scalfittura. Con riferimento a dieci minerali (talco, gesso, calcite, fluorite, apatite, ortoclasio, quarzo, topazio, corindone, diamante), sono stabiliti livelli di durezza crescente da 1 (talco) a 10 (diamante), in modo tale che ogni minerale qualificato con uno di questi livelli scalfisce quello di livello inferiore ed è scalfito da quello di livello superiore.
Sitografia https://www.studysmarter.it/ https://www.chimica-online.it/ https://www.treccani.it/ https://magazine.x115.it/
