Carbonio

Definizione di carbonio

noun
plurale: carboni
car-bon, /ˈkɑɹbən/

(biochimica) L’elemento chimico con un numero atomico di 6, ed è ampiamente distribuito formando composti organici quando combinato con idrogeno, ossigeno, ecc.

Etimologia: Latino carbō (“carbone”, “charcoal”). Simbolo: C

Panoramica

Il carbonio è uno degli elementi chimici presenti in natura. Un elemento chimico si riferisce alla sostanza pura di un tipo di atomo. Attualmente, 94 sono elementi naturali mentre 24 sono sintetici. Il carbonio è uno degli elementi più comuni negli esseri viventi, insieme a ossigeno, idrogeno e azoto.

Proprietà del carbonio

Il carbonio è il sesto elemento della tavola periodica. Il suo peso atomico è 12,011. Il suo simbolo è C. Il suo punto di sublimazione è 3642 °C. Il carbonio è un non metallo. Il suo numero atomico è 6. Appartiene al gruppo 14 della tavola periodica. Può presentarsi come atomo o come elemento puro. A seconda della configurazione strutturale, gli allotropi del carbonio variano morfologicamente. Per esempio, la grafite è opaca e nera, mentre il diamante è trasparente. Il carbonio è tetravalente, cioè ha una valenza di quattro elettroni. Può formare così tanti composti che viene chiamato il re degli elementi.

Scoperta del carbonio

Il carbonio è un non-metallo poliatomico, talvolta considerato un elemento metalloide. Fu scoperto per la prima volta da Egizi e Sumeri (3750 a.C.)1 ma fu riconosciuto come elemento da Antoine Lavoisier (1789)2.

Sostanze contenenti carbonio

Il carbonio è uno degli elementi più abbondanti sulla Terra. Ha tre isotopi presenti in natura: Carbonio-12, Carbonio-13 e Carbonio-14. Il carbonio può interagire con altri atomi di carbonio e formare allotropi. Può anche interagire con atomi o gruppi di atomi di elementi diversi per formare composti. I composti contenenti carbonio possono essere classificati come organici o inorganici.

Isotopi

Gli isotopi si riferiscono a qualsiasi delle due o più forme dello stesso elemento. Hanno lo stesso numero di protoni ma differiscono nel numero di neutroni nei loro nuclei. Pertanto, differiscono nel numero di massa atomica. Tuttavia, mostrano proprietà chimiche quasi identiche. Gli isotopi del carbonio che si trovano in natura includono il carbonio-12, il carbonio-13 e il carbonio-14. Il carbonio-12 e il carbonio-13 sono isotopi stabili. Il carbonio-14 è un radioisotopo, cioè un isotopo radioattivo. Un radioisotopo decade in altri elementi tramite un processo chiamato decadimento radioattivo. Il processo avviene quando il nucleo atomico instabile del radioisotopo perde energia emettendo radiazioni. Il carbonio-14 è un emettitore beta con un’emivita di circa 5.715 anni. È ampiamente usato come tracciante nello studio di vari aspetti del metabolismo. Questo isotopo presente in natura dal bombardamento di raggi cosmici può essere usato per datare le reliquie contenenti materiali carbonacei naturali. Il carbonio-11 è un isotopo sintetico; è prodotto dal ciclotrone. È un radioisotopo del carbonio che emette positroni con un’emivita di 20,3 minuti che viene usato nella tomografia a emissione di positroni.

Allotropo

Un allotropo di un elemento riguarda una qualsiasi delle molteplici sostanze formate da un solo tipo di elemento. Gli allotropi però possono differire in termini di struttura. Per esempio, il carbone, la grafite e i diamanti sono allotropi del carbonio. Anche se sono composti da un solo tipo di elemento, che è il carbonio, differiscono nelle proprietà fisiche. Per esempio, la grafite è opaca mentre il diamante è trasparente. La grafite è morbida mentre il diamante è considerato la sostanza naturale più dura. La grafite è un buon conduttore elettrico mentre il diamante non lo è. Gli allotropi però non sono composti ma elementi puri.

Composti organici

I composti organici sono inizialmente definiti come quelle sostanze prodotte solo da organismi viventi. Tuttavia, questa definizione è stata in seguito considerata errata in quanto ci sono sostanze che possono essere prodotte sia da esseri viventi che inanimati. Così, un composto organico è stato infine definito come “uno che contiene carbonio legato covalentemente ad altri atomi”, specialmente carbonio-carbonio (C-C) e carbonio-idrogeno (C-H) (come negli idrocarburi). Ci sono molti modi per classificare i composti organici. Uno di questi è basato su come sono sintetizzati. Un composto organico naturale (o semplicemente composto naturale) è un composto prodotto naturalmente, ad esempio da piante o animali. Un composto organico sintetico (o composto sintetico) è un composto organico che viene preparato da manipolazioni chimiche (reazioni chimiche). Esempi di composti organici naturali sono zuccheri, enzimi, ormoni, lipidi, antigeni, acidi grassi, neurotrasmettitori, acidi nucleici, proteine, peptidi, aminoacidi, vitamine, lectine, alcuni alcaloidi e terpenoidi, ecc. Esempi di composti organici sintetici sono i polimeri sintetici come la plastica e le gomme.

Composti inorganici

Una rappresentazione generale di un composto inorganico è quello che manca di atomi di carbonio e arcaicamente, non prodotto da un essere vivente. In seguito, viene definito come un composto che manca di legami covalenti C-C e C-H. Alcuni dei composti contenenti carbonio identificati come inorganici sono carbonati, cianuri, cianati, carburi, tiocianati, monossido di carbonio e anidride carbonica.

Ciclo del carbonio

Il carbonio è il quarto elemento più abbondante nell’universo, dopo gli elementi idrogeno, elio e ossigeno. Per quanto riguarda la crosta terrestre, il carbonio è il 15° elemento più abbondante. Quindi, il carbonio è ampiamente circolato e convertito da una forma all’altra. Il ciclo del carbonio è uno dei cicli biogeochimici che si verificano sulla Terra. Il carbonio circola attraverso la litosfera, l’idrosfera e l’atmosfera.

Nell’atmosfera, il carbonio esiste principalmente sotto forma di anidride carbonica e metano. Questi due sono i principali fattori responsabili dell’effetto serra. L’anidride carbonica è considerata un importante gas serra, più del metano. La concentrazione di anidride carbonica nell’atmosfera è aumentata nel corso degli anni e uno dei principali fattori che hanno portato a questo aumento è l’attività umana, ad esempio la combustione di combustibili fossili, la fabbricazione di cemento, le deforestazioni, ecc.

In condizioni terrestri, la quantità di carbonio è relativamente costante. Il carbonio si trova ed è immagazzinato negli organismi (circa 500 gigatoni di carbonio) e nei suoli (circa 1500 gigatoni di carbonio). Il carbonio organico è utilizzato dagli organismi viventi, in particolare dai fotoautotrofi. Gli organismi fotoautotrofi come le piante e i cianobatteri usano l’anidride carbonica come reagente importante per produrre zuccheri attraverso la fotosintesi. Poiché gli esseri viventi sono costituiti da composti a base di carbonio, vengono scomposti in composti più piccoli e più semplici attraverso la decomposizione quando muoiono. Gli organismi viventi espellono o secernono anche materiale che è considerato un materiale organico (materia). Una materia organica si riferisce a qualsiasi composto a base di carbonio che si trova in natura. Questa materia organica degli esseri viventi diventa parte dell’ambiente. Così, la materia organica abbonda nell’ecosistema, per esempio nell’ecosistema del suolo. Si sposta nel suolo o nell’acqua principale dove poi serve come fonte di nutrimento per gli organismi viventi.
Oltre a queste fonti biogeniche, l’anidride carbonica è prodotta da altre fonti naturali come vulcani, sorgenti calde e geyser. I vulcani, in particolare, emettono circa 0,2-0,3 miliardi di tonnellate di anidride carbonica all’anno. Anche le rocce carbonate dissolte in acqua e gli acidi sono una fonte di anidride carbonica. L’anidride carbonica si dissolve in vari corpi d’acqua a pressioni superiori a 5,1 atm. Ritorna nell’atmosfera come gas quando la pressione scende.

Importanza biologica

Il carbonio è spesso considerato la base della vita sulla terra a causa delle sue proprietà chimiche. Nel corpo umano, è il secondo elemento più abbondante per massa, dopo l’ossigeno. Il carbonio costituisce circa il 18,5% del corpo umano adulto.

Vedi anche

• Covalente legame covalente
• Composto organico
• Materia organica
• Composto inorganico

Riferimento