Chimica - Carbonio e suoi composti

introduzione

Il carbonio gioca un ruolo molto importante per tutti gli esseri viventi.
La quantità di carbonio nella crosta terrestre è solo dello 0,02%, disponibile sotto forma di minerali come carbonati, carbonati di idrogeno, carbone e petrolio.
La presenza di carbonio nell'atmosfera terrestre è dello 0,03%, sotto forma di anidride carbonica.

Quasi tutti i composti di carbonio (tranne alcuni) sono cattivi conduttori dell'elettricità.
Il diamante e la grafite sono entrambi formati da atomi di carbonio; tuttavia, la differenza sta tra loro nel modo in cui gli atomi di carbonio sono legati l'uno all'altro.
Nel diamante, ogni atomo di carbonio, è legato ad altri quattro atomi di carbonio e forma una rigida struttura tridimensionale (vedi l'immagine sotto riportata).

Nella grafite, ogni atomo di carbonio è legato ad altri tre atomi di carbonio sullo stesso piano, il che dà una matrice esagonale (vedi l'immagine sotto) -

C'è anche una differenza in alcune strutture fisiche del diamante e della grafite.
Il diamante è la sostanza più dura conosciuta mentre la grafite è una sostanza liscia e scivolosa.
La grafite è un buon conduttore di elettricità mentre il diamante non lo è.
La tabella seguente illustra le strutture dei composti di carbonio e idrogeno -

I composti, che hanno una formula molecolare identica, ma strutture differenti, sono noti come structural isomers (vedere la struttura Butano riportata di seguito).

Gli idrocarburi saturi sono noti come alkanes.
Gli idrocarburi insaturi, che comprendono uno o più doppi legami, sono noti come alkenes.
Gli idrocarburi insaturi, che comprendono uno o più tripli legami, sono noti come alkynes.

Le piante di canna da zucchero convertono molto efficientemente la luce solare in energia chimica e il suo succo può essere utilizzato per preparare la melassa.
Quando la melassa viene fermentata, produce alcol (etanolo).
Alcuni paesi ora usano l'alcol come additivo nella benzina, poiché è un carburante più pulito.
Questi alcol, bruciando in aria sufficiente (ossigeno), danno origine solo a anidride carbonica e acqua.

Gli esteri sono sostanze dall'odore dolce, che più comunemente si formano per reazione di un acido e un alcol (vedere l'immagine sotto - che illustra la formazione di esteri).

Quando gli esteri reagiscono in presenza di un acido o di una base, restituiscono l'alcol e l'acido carbossilico.
La reazione degli esteri con un acido o una base è nota come saponification perché viene utilizzato nella preparazione del sapone.
Le molecole di sapone normalmente sono sali di sodio o di potassio di acidi carbossilici a catena lunga.
È interessante notare che l'estremità ionica del sapone si dissolve in acqua mentre la catena di carbonio si dissolve nell'olio. Questa caratteristica tipica delle molecole di sapone forma strutture note comemicelles (vedi l'immagine sotto riportata)

Nelle micelle, un'estremità delle molecole è verso la goccia d'olio mentre l'estremità ionica rimane all'esterno.
La micella di sapone aiuta a sciogliere lo sporco nell'acqua; allo stesso modo, i vestiti vengono puliti.
D'altra parte, i detergenti sono solitamente sali di ammonio o solfonato di acidi carbossilici a catena lunga, che rimangono efficaci anche in acque dure.
I detersivi sono abitualmente usati per fare shampoo e alcuni altri prodotti per la pulizia dei vestiti.