Com’è che si dice? Un amante è per poco mentre un diamante è per sempre? Care donne e soprattutto cari uomini, quello che vi sto per svelare potrebbe sconvolgere il concetto di quel costosissimo anello definito eterno.
Ebbene si, sto per svelarvi che un diamante non è per sempre! Le frasi, le canzoni, i film d’amore ci hanno sempre mentito a riguardo ma la chimica non lo fa mai!
Vediamo ora di smascherare questa menzogna.
Il diamante è un materiale costituito da soli atomi di carbonio che si organizzano all’interno di un reticolo molto ordinato. Ciascun di questi atomo è legato a sua volta ad altri atomi di carbonio. Quello che si ottiene è una struttura tetraedrica estremamente regolare. È questa composizione che rende il diamante il minerale più duro del pianeta in grado di scalfire persino l’acciaio.
Peccato che questa struttura è solo apparentemente stabile. Secondo il principio dell’entropia, tutto tende verso la forma più stabile e cosi avviene anche per il carbonio. Infatti questa struttura tetraedrica è definita metastabile ovvero non risulta così stabile con il passare del tempo.
Gli atomi di carbonio possono infatti organizzarsi in strutture esagonali sovrapposte a foglietto. Questo provoca un cambiamento radicale perché gli atomi di carbonio al posto che dar vita al diamante generano la grafite, la componente principale della matita. È evidente che c’è una grande differenza tra questi due diversi prodotti che si riversa essenzialmente sulle proprietà chimiche. Questa disposizione esagonale degli atomi è tale da creare solo interazioni deboli tra i foglietti di grafite, attribuendo complessivamente al materiale un comportamento meccanico completamente diverso rispetto al diamante. Gli strati di grafite possono infatti scorrere tra loro permettendo alla mina della matita di scrivere.
La capacità del carbonio di arrangiarsi in due diverse forme prende il nome di polimorfismo anche se, in questo caso, sarebbe più adeguato il termine allotropia in quanto queste strutture sono generate da un solo elemento chimico.
Quindi abbiamo compreso che il carbonio ha due diverse strade da seguire ma solo una delle due permetterà a questi atomi di trovarsi in una situazione “più comoda” per loro e stiamo proprio parlando della struttura che genera la grafite.
Cerchiamo ora di capire perché gli atomi di carbonio prediligono la disposizione esagonale. Per fare ciò useremo un diagramma di fase del carbonio. Un diagramma di fase è un particolare diagramma cartesiano riferito ad una sostanza pura o ad una miscela, che rappresenta lo stato del sistema termodinamico in esame al variare di due o più coordinate termodinamiche (temperatura, pressione, volume, composizione chimica).
Nelle condizioni in cui ci troviamo noi, quindi a circa una temperatura di 25°C (298 K) e la pressione di 1 atmosfera, come possiamo notare dal grafico, ci troviamo nella zona gialla che è quella che rappresenta la formazione della grafite.
Le condizioni di esistenza del diamante prevedono pressioni estremamente elevate, qualcosa come 10000 volte la pressione atmosferica.
Ma allora come si formano i diamanti se alle nostre condizioni di esistenza il carbonio predilige la struttura che dà vita alla grafite?
I diamanti si formano in strati estremamente profondi della crosta terreste (parliamo di circa oltre 100km) dove il carbonio è sottoposto a elevatissime pressioni. Successivamente le eruzioni vulcaniche portano in superficie le rocce che inglobano il diamante. La cosa interessante è che quando il diamante viene a trovarsi nelle nostre condizioni atmosferiche impiega alcuni milioni di anni prima di convertirsi in grafite.
Vediamo questa caratteristica in termini di energia attraverso un grafico che ci mostra il passaggio tra le due diverse forme.
Come si può vedere dal grafico, partendo dal diamante, che si trova ad una determinata energia E1, si arriva allo stadio di grafite, che si trova ad E2, dove E2 risulta minore di E1, a dimostrazione che lo stadio di grafite in queste condizioni è più stabile. Tuttavia, sempre come si può vedere dal grafico, affinché la reazione abbia luogo serve una Ea (energia di attivazione, ovvero l’energia necessaria a convertire, in questo caso, il diamante in grafite) molto elevata, da qui deriva il tempo medio di conversione elevato, in quanto fornire questo quantitativo di energia non è facile.
Con quest’ultima affermazione possiamo capire che è vero che il diamante non è per sempre ma se prendiamo in considerazione la vita di un uomo allora esso lo è.
Cari uomini, mi dispiace avervi illuso all’inizio, ma non avete scampo! Siete comunque costretti a regalare alla vostra amata il suo “per sempre”!
– Clementina Costa
FONTI :
IMMAGINI :
- https://www.treccani.it/enciclopedia/carbonio-stati-fisici-chimici-e-proprieta_%28Enciclopedia-della-Scienza-e-della-Tecnica%29/
- https://it.m.wikipedia.org/wiki/Grafene
- https://images.app.goo.gl/njRWMXoS3Y9N463i8
- http://www.quimica.seed.pr.gov.br/modules/galeria/detalhe.php?foto=1092&evento=2
- http://aessepietre.it/portfolio-articoli/diamanti/