Scoperta di una nuova forma di carbonio: la ricerca è stata annunciata da parte dell’ Institute for Basic Science della Corea del Sud detta carbonio poroso ordinato a lungo raggio (LOPC).
Il carbonio ha molteplici forme allotropiche che vanno dalle più note grafite e diamante a fullerene, nanotubi di carbonio e grafene
Recentemente si sono aggiunti il bifenilene, i fullertubi, la nanoschiuma di carbonio e i nanoconi.
Allotropia
L’allotropia è la proprietà di alcuni elementi appartenenti prevalentemente dei Gruppi 13, 14, 15 e 16 della Tavola Periodica . Essi possono presentarsi in forme diverse che differiscono tra loro per le proprietà fisiche e chimiche oltre che per la forma cristallina pur presentando lo stesso stato di aggregazione.
Per il carbonio, oltre allo stato amorfo, erano state dapprima individuate due forme allotropiche costituite dal diamante e dalla grafite.
Nel diamante ciascun atomo di carbonio è legato tramite un legame covalente a quattro altri atomi di carbonio contigui ibridati sp3 tramite legami σ formando una struttura tetraedrica. Il diamante è un solido rigido, trasparente, elettricamente isolante ed è la sostanza più dura che si conosca infatti occupa il primo posto nella scala di Mohs.
La grafite è un solido grigio scuro, tenero e untuoso al tatto buon conduttore di elettricità e di calore. Nella grafite che è la forma termodinamicamente più stabile gli atomi di carbonio formano un reticolo esagonale a strati con legami σ e legami π all’interno di ogni strato mentre gli strati sono tenuti insieme da forze di Van der Waals.
Fu solo nel 1985 che si ottennero molecole contenenti 60 atomi di carbonio che sostituiscono i vertici di un icosaedro tronco costituito da dodici pentagoni e venti esagoni. Tale molecola denominata fullurene ha una forma simile a una sfera cava detta buckyball simile a un pallone da calcio.
Dal fullerene alla scoperta di una nuova forma di carbonio
Nel 1991 fu ottenuta un’altra forma allotropica del carbonio costituita dai nanotubi di carbonio in cui le pareti del tubo sono costituite da atomi di carbonio legati tra loro in modo da formare una rete a maglie esagonali simile a quella della grafite e avvolta in modo da originare una struttura tubolare detta buckytube.
Nel 2004 si scoprì il grafene il cui spessore corrisponde a quello di un atomo in cui il carbonio è ibridato sp2 e gli atomi sono disposti secondo un reticolo cristallino a nido d’ape. Successivamente si annovera il ciclocarbonio che forma un anello composto da 18 atomi di carbonio. In esso vi sono sono legami singoli e tripli alternati tra di loro.
Come il grafene, il ciclocarbonio ha uno spessore di un solo atomo. Tuttavia, le prime stime mostrano che si tratta di un semiconduttore. Le sue altre proprietà rimangono sconosciute.
Altre varietà di carbonio allotropico
La ricerca sul carbonio è ancora in corso per sfruttare al meglio le sue proprietà. Altri stati allotropici sono il carbino, il Q-carbon, la nanoschiuma di carbonio, una struttura cristallina porosa con proprietà magnetiche. Il futuro mostrerà come saranno utilizzate queste e altre strutture. Vi sono buone probabilità che varietà allotropiche di carbonio aiutino a gestire meglio l’energia e migliorare molti processi industriali.
La scoperta di una nuova forma di carbonio
Gli scienziati hanno ottenuto il carbonio poroso ordinato a lungo raggio riscaldando fullereni con nitruro di litio a pressione atmosferica. Il nitruro di litio ha catalizzato la rottura di alcuni dei legami carbonio-carbonio del C 60 con formazione di nuovi legami. La preparazione del LOPC apre la strada alla scoperta di altre strutture cristalline a partire dal fullerene. Queste strutture hanno possibili applicazioni nella raccolta, trasformazione e immagazzinamento dell’energia, per generare prodotti chimici e per la separazione di ioni molecolari o gas.