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Forme allotropiche del carbonio Realizzato da Caruso Flavio e D'ignazio Alessandro
Cosa sono le forme allotropiche • Le forme allotropiche sono diverse forme di un elemento chimico che si presentano in diverse strutture cristalline o molecolari nello stesso stato di aggregazione (solido, liquido o gassoso) a temperatura e pressione ambiente. Queste diverse forme possono avere proprietà fisiche e chimiche differenti, nonostante siano composte dagli stessi atomi. Un esempio ben noto di forme allotropiche è il carbonio. Il carbonio può esistere sotto forma di grafite, diamante, e grafene, tra le altre forme. Ogni forma ha una struttura atomica diversa che influisce sulle sue proprietà. Ad esempio, il diamante è duro e trasparente, mentre la grafite è opaca e morbida. Le forme allotropiche possono essere causate da differenze nella disposizione degli atomi nella struttura cristallina o molecolare, che possono essere influenzate da fattori come temperatura, pressione e altri agenti esterni.
Grafene Il grafene è una forma allotropica del carboniocostituita da un singolostrato di atomi di carboniodisposti in unastrutturaesagonale a forma di nidod'ape. È essenzialmente un cristallobidimensionale, con uno spessore di un solo atomo. Il grafene ha attiratomoltaattenzionenellaricercascientifica e tecnologica per le sue eccezionaliproprietàfisiche e chimiche. Alcunedelle sue caratteristichepiùrilevantiincludono: • 1. Elevataconducibilitàelettrica e termica: Il grafene è uno deimaterialipiùconduttiviconosciuti, con unaconducibilitàelettricasuperiore a quella del rame e unaconducibilitàtermica molto alta. • 2. Estremaresistenza e leggerezza: Nonostantesiaincredibilmentesottile, il grafene è estremamenteresistente, piùresistentedell'acciaio, e allostesso tempo molto leggero. • 3. Flessibilità e trasparenza: Il grafene è altamenteflessibile e puòesserepiegato senza rompersi. È anchetrasparente, permettendoalmeno il 97,7% della luce visibile di attraversarlo. • 4. Proprietàbarriera: Il grafenepuòfungere da eccellentebarriera per gas e liquidi, ed è statostudiato per applicazioni in materialiimpermeabili. Questeeccezionaliproprietàhannoportatoallaricercasumoltepliciapplicazioni del grafene in settori come l'elettronica, l'energia, imaterialicompositi, la medicina e moltialtri. Tuttavia, la produzionesularga scala e il controlloprecisodelleproprietà del grafenerimangonosfide significative per il suoutilizzosu scala industriale.
Chi ha scoperto il grafene • Il grafene è stato scoperto nel 2004 da due fisici russi-britannici, Andre Geim e Konstantin Novoselov, presso l'Università di Manchester. Geim e Novoselov stavano studiando le proprietà del grafite utilizzando una tecnica chiamata esfoliazione meccanica, che consiste nel separare sottili strati di grafite usando nastro adesivo. Durante i loro esperimenti, sono riusciti a isolare un singolo strato di atomi di carbonio, che è stato identificato come grafene. Questa scoperta ha suscitato un grande interesse nella comunità scientifica per le eccezionali proprietà del grafene e ha portato a una rapida crescita della ricerca su questo materiale nelle scienze dei materiali, nella fisica e in altre discipline. Per questa scoperta, Geim e Novoselov hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica nel 2010.
Grafite Il grafite è un'altra forma allotropica del carbonio, diversa dal grafene. È composto da strati di atomi di carboniodisposti in unastrutturacristallinaesagonale simile a quella del grafene, ma con unadisposizionepiùcomplessa. Questi strati sonodebolmentelegatitra loro, consentendo loro di scivolarel'unosull'altrofacilmente. Le principalicaratteristiche del grafiteincludono: • 1. Conduttivitàelettrica e termicamoderata: Sebbene il grafitesia un buonconduttoreelettrico e termico, non raggiungegli alti livelli di conducibilità del grafene. • 2. Morbidità e untuosità: Il grafite è noto per la sua morbidezza e untuosità. È facilmentescreziabile e lasciatraccesusuperficisu cui vienestrofinato. • 3. Resistenzaallatemperatura e allacorrosione: Il grafite ha una buona resistenzaallatemperatura e allacorrosione, il che lo rende utile in applicazioni ad altatemperatura e in ambienticorrosivi. • 4. Applicazioni: Il grafitevieneutilizzato in unavasta gamma di applicazioni, tra cui matite, lubrificanti, elettrodi, materialirefrattari, rivestimentiprotettivi e neireattorinucleari. Anche se il grafite e il grafenehannoentrambi come base il carbonio, le loro proprietà e le loro applicazionisononotevolmente diverse a causa delle loro diverse strutture e disposizioniatomiche.
Diamante Il diamante è un'altra forma allotropica del carbonio, ed è l'archetipodellapietrapreziosa. È costituito da atomi di carboniodisposti in unastrutturacristallinatetraedrica, dove ogniatomo di carbonio è legato a quattro atomi di carbonioadiacentiattraversolegamicovalentiforti. Le principalicaratteristiche del diamante includono: • 1. Elevatadurezza: Il diamante è la sostanzanaturalepiù dura conosciuta. Questa durezza è dovutaallasuastrutturacristallinatetraedrica e alla forza deilegamicovalentitragliatomi di carbonio. • 2. Alta trasparenzaottica: Il diamante è trasparentealla luce visibile e ha un'elevatadispersionedella luce, checontribuisceallasuabrillantezza e lucentezza. • 3. Elevataconducibilitàtermica: Il diamante è un eccellenteconduttoretermico, il chesignificachepuòdisperdererapidamente il calore. Questa proprietà lo rende utile in applicazioni ad altatemperatura. • 4. Resistenzaallacorrosione: Il diamante è chimicamenteinerte e resistenteallacorrosione da partedellamaggiorpartedegliagentichimici. • 5. Elevatovaloreestetico: Grazie allasuadurezza, trasparenza e brillantezza, il diamante è unadellepietrepiù desiderate e preziose al mondo. Il diamante vieneutilizzatoprincipalmente in gioielleria per la produzione di anelli, collane, orecchini e altri tipi di gioielli. È ancheutilizzato in applicazioniindustriali dove la suadurezza, conducibilitàtermica e resistenzaallacorrosionesonorichieste, come nellaproduzione di utensili da taglio, punte di trapano e rivestimentiprotettivi.
Altre forme allotropiche CarbonioNanotubo: I nanotubi di carboniosonocilindricomposti da un singolostrato di atomi di carboniodisposti in unastrutturaesagonale. Possonoessere a singolaparete (SWNT) o a paretemultipla (MWNT). I nanotubi di carboniohannoeccezionaliproprietàmeccaniche, termiche ed elettroniche, che li rendonoutili in unavasta gamma di applicazioni, dallananotecnologiaall'elettronica e ai materialicompositi. Fullerene: I fullerene sonomolecole di carboniocheformanounastrutturasferica o ellitticachiusa. Il fullerene piùcomune è il buckminsterfullerene (C60), composto da 60 atomi di carboniodisposti in una forma simile a un pallone da calcio. I fullerene hannoproprietàinteressanti e trovanoapplicazioni in nanotecnologia , catalisi, elettronicamolecolare e medicina. CarbonioVitreo: Il carboniovitreo è una forma amorfa di carbonio con unastrutturavetrificata simile a quella del vetro. Ha proprietàuniche e trovaimpiego in applicazioni come elettrodi in batterie, condensatori, rivestimentiprotettivi e sensorichimici.
Scala di Mohs La scala di Mohs è una scala di durezzarelativadeiminerali, utilizzataprincipalmente in geologia, mineralogia e in alcunisettoriindustriali. Fu creatanel 1812 da Friedrich Mohs, un mineralogistatedesco. La scala di Mohs va da 1 a 10 e classificaiminerali in base alla loro capacità di graffiare o esseregraffiati da altriminerali. In altre parole, un mineralepiùduropuògraffiare un mineralepiùmorbido, ma non viceversa.
