La grafite è per sempre

Settembre è da sempre – almeno, per noi in Italia – sinonimo di ritorno a scuola. E, seppure con tutte le difficoltà ed incertezze dovute al Covid-19, anche quest’anno si ricomincia: matite, penne, quaderni, banchi singoli (?) e via.

Ma vi siete mai chiesti come funzioni una matita, o, più precisamente, cosa sia chimicamente ciò con cui disegnate?
Sono qui per rispondere a questa domanda e ad un’altra che probabilmente non vi siete ancora posti: cosa ha a che fare una matita con il diamante?

La matita

Il cuore della matita, la sua mina, è composto principalmente da grafite, un “allotropodel carbonio (C), cioè una delle forme nelle quali il carbonio esiste in natura.
La grafite, per le sue caratteristiche, è facilmente sfaldabile e lascia un tratto sul foglio. 

Immagine che contiene tenendo, inpiedi, fila, uomo  Descrizione generata automaticamente
Struttura del grafene [di AlexanderAlUS – Opera propria, da Wikipedia]
CC BY-SA 3.0

Immaginiamo un reticolo 2D di esagoni, ai vertici dei quali ci sono gli atomi di carbonio: ognuno di questi forma tre legami covalenti (forti) con altrettanti C.
Questa struttura 2D (grafene) è molto resistente e dalle alte potenzialità, che può interagire con altri fogli simili attraverso dei legami deboli, dando vita ad una struttura a strati, la grafite appunto. 

La forza dei legami lungo il foglio 2D e la debolezza di quelli tra i fogli spiega perché la grafite si sfaldi e la matita lasci dei segni durante la scrittura.

Immagine che contiene oggetto  Descrizione generata automaticamente
Strati di grafene organizzati in grafite [di Benjah-bmm27 – Own work da Wikipedia]

Ma cosa c’entra questo con i diamanti?

Abbiamo già detto che la grafite è una forma allotropica del carbonio, così come il grafene di cui abbiamo parlato.
In entrambe le forme, ogni carbonio è legato a tre atomi vicini con altrettanti legami covalenti, risultando in una struttura planare.

Il carbonio però, per le sue peculiarità, può formare anche quattro legami, dando vita ad una struttura 3D. Immaginiamo, quindi, un composto in cui ogni carbonio è legato ad altri quattro.
Questo reticolo tridimensionale, formato esclusivamente da legami forti, è il diamante. Anche quest’ultimo è un allotropo del carbonio. 

Immagine che contiene tavolo, sedendo, fotografia, piccolo  Descrizione generata automaticamente
Struttura del diamante: ogni carbonio è legato ad altri quattro [di Brian0918 da Wikipedia]
CC0

Grafite e diamanti

La forma più stabile del carbonio, quella in cui preferisce organizzarsi a temperatura e pressione atmosferiche, è la grafite.

Il diamante, invece, si forma in condizioni estreme di temperatura e pressione, a molti chilometri sotto la superficie terrestre.
Viene poi portato in superficie dalla lava durante le eruzioni vulcaniche.

Dovrebbe, in teoria, trasformarsi spontaneamente in grafite, ma non lo fa e se ne sta lì, buono buono – almeno per la durata delle nostre vite – perché la sua conversione in grafite ha bisogno di una spintarella, essendo il diamante “metastabile”. 

Però, anche se la trasformazione è molto lenta, possiamo affermare con sicurezza che “la grafite è per sempre”.

Rosaria Cercola
Napoletana, espatriata in UK per un dottorato in Chimica Fisica ed attualmente in “cerca dell’America” in Texas. Amo il cibo, il mare e la buona compagnia. Viaggio tanto, leggo molto, guardo un sacco di Netflix. Non so usare Twitter.

Fonti:

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