giovedì 20 ottobre 2011

Come si fa una matita ovvero chimica della grafite

L'invenzione della matita la si fa risalire a Nicolas-Jacques Conté, un francese piuttosto eclettico, ufficiale dell'esercito e aeronauta in mongolfiera, al tempo di Napoleone e pittore. Nonchè inventore dell'odierna matita: un cuore di grafite in un contenitore di legno.
C'è un museo virtuale che si chiama Hidden-heroes, eroi nascosti, che parla delle invenzioni e degli inventori di oggetti  entrati ormai nell'uso comune ma che hanno comunque richiesto l'inventiva di qualcuno per essere creati, per poi magari essere perfezionati e prodotti in serie. Tra queste invenzioni  c'è anche quest'oggetto apparentemente semplice e forse passato un po' di moda, con l'avvento dei computer. Ma la tecnologia per costruire una matita non è così semplice come si potrebbe pensare. Osservate questo filmato della Faber-Castell, mitica casa di produzione.




imagecredit en.wikipedia
La caratteristica essenziale di una matita è il suo cuore di grafite. La grafite è uno degli stati in cui si presenta il carbonio ovvero uno dei suoi stati allotropici, definizione ideata da Jons Jacob Berzelius per indicare le possibili forme in cui si possono presentare alcune sostanze.
Essenzialmente quattro sono gli stati allotropici del carbonio





  • carbone amorfo
  • grafite
  • diamante
  • fullerene
L'ultimo allotropo però si presenta in diverse forme come nanotubi di carbonio, buckminsterfullerene, Londsdaleite e altri.
a. diamante, b. grafite, c. lonsdaleite, d.-f. fullereni,
g. carbone amorfo, h. nanotubi di carbonio
 imagecredit en.wikipedia


Il nome grafite viene dal greco grapho che significa scrivere e lo si deve ad Abraham Gottlob Werner un geologo tedesco vissuto a cavallo tra metà del 1700 e  inizio del 1800. 
E' un minerale che si forma ad una temperatura di 1200 °C ma a pressioni non eccessive, se si pensa che il diamante, invece, anche se si forma a una temperatura leggermente inferiore (tra i 900e i 1200 °C) richiede però pressioni dell'ordine di 50 mila atmosfere. La struttura fisica a strati o fogli della grafite, uniti tra loro da deboli legami di Wan der Waals, rendono conto della sua sfaldabilità e  del suo baso indice di Mohs o  durezza: mentre l'altro allotropo del carbonio, il diamante, è il secondo elemento più duro, la grafite è uno tra i più morbidi (scala di Mohs 1-1,5)

image credit chimicare.org
La grafite si forma dalla trasformazione metamorfica ad alta temperatura di materiale organico  carbonizzato o dalle rocce ignee che si formano dalla solidificazione e raffreddamento della lava. Non trova impiego solo nella fabbricazione di matite ma anche come lubrificante, nelle centrali nucleari come moderatore di neutroni o nell'indurimento dell'acciaio.
Aspetto inquietante è che la grafite rappresenta lo stato più stabile del carbonio mentre il diamante, all'opposto, è lo stato più instabile, per cui, molto lentamente, ma inesorabilmente, i diamanti tendono a trasformarsi in grafite.

imagecredit geologia.com

La figura, tratta da geologia.com,  mostra come il diamante è più stabile ad elevate pressioni.


Fonti:

10 commenti:

  1. Interessantissimo questo articolo sulla graffite. Video e link al museo degli "eroi nascosti" completano perfettamente le già ottima informazione. Grazie.
    Un saluto
    Marco 

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  2. Grazie Marco: infatti tutto è partito da quel museo di eroi nascosti, un sito veramente interessante.

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  3. Grazie, per questo post davvero interessante e per il link al museo che non conoscevo!

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  4. La buona progettazione, rispecchia i progressi nel campo
    della ricerca tecnica e scientifica Tutti questi vantaggi, ci permettono oggi
    di ammirare le geniali invenzioni che l’uomo ha realizzato nel corso della
    storia. 
    bel lavoro, Paolo 

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  5. grazie Carla. E' proprio così, siamo debitori a tanti inventori, il brutto è che non sappiamo nemmeno di esserlo o chi siano, a volte.

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  6. hai proprio ragione Tania, quel museo online è proprio interessante!

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  7. Dici che il diamante è  il secondo elemento più duro. Forse mi sono perso il primo.

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  8. Pensavo a questi, 
    Il continuo progresso tecnologico ha permesso di ottenere recentemente materiali più duri del diamante.
    Nel 2005 ricercatori del Bayerisches Geoinstitut dell'università di Bayreuth, guidati da Natalia Dubrovinskaia, hanno prodotto in laboratorio un materiale, che hanno chiamato ADNR (Aggregated Diamond NanoRods), con resistenza alla compressione dell'11% superiore a quella del diamante e in grado di scalfirlo [14].Nel 2007 una équipe di ricercatori della University of California ha sintetizzato il diboruro di renio ReB2, anch'esso in grado di scalfire il diamante [15].Nel febbraio 2009 ricercatori dell'Università del Nevada di Las Vegas e dell'Università Jiao Tong di Shanghai hanno annunciato la scoperta della lonsdaleite superdura. Sottoponendo questo minerale a carichi di indentazione molto elevati si è visto che il materiale reagisce aumentando in modo permanente la resistenza alla compressione fino a oltre il 70%. Le prove di laboratorio hanno accertato una durezza di 152 Gigapascal, superiore del 58% a quella del diamante, che nelle stesse condizioni ha una durezza di 97 Gigapascal [16].
    http://it.wikipedia.org/wiki/Materiali_superduriComunque, al di là del primo o secondo posto, era per la notevole curiosità di come lo stesso elemento, in ragione della diversa struttura che assume, avesse caratteristiche fisiche così diverse.

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  9. giulia reddina27 ottobre 2011 06:49

    Grazie, Paolo, per questo bello e interessantissimo articolo!!
    Un abbraccio! :)

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