Il Carbonio siamo noi

È l’elemento che ha segnato e segnerà sempre di più l’evoluzione umana. Si presta a mille utilizzi. E Primo Levi lo considerava addirittura essenziale alla vita, al punto da dedicargli nel 1975 l’ultimo capitolo del libro Il sistema periodico. - di Stefano Salis -

Che dire delle meraviglie del carbonio, elemento meraviglia, se non che, forse, si può tralasciare per una volta la chimica e partire dalla letteratura, e cioè da Primo Levi, il quale però, oltre a essere uno dei più raffinati e significativi scrittori italiani, nella vita di tutti i giorni era chimico di professione. Sapeva, dunque, di cosa stava scrivendo, nelle righe che seguono.

E non si può che dargli retta, con quel suo «vecchio debito», verso il carbonio, «contratto in giorni per me risolutivi». Stiamolo a sentire: «Al carbonio, elemento della vita, era rivolto il mio primo sogno letterario, insistentemente sognato in un’ora e in un luogo nei quali la mia vita non valeva molto: ecco, volevo raccontare la storia di un atomo di carbonio. (…) Il nostro personaggio giace dunque da centinaia di milioni di anni, legato a tre atomi d’ossigeno e a uno di calcio, sotto forma di roccia calcarea: ha già una lunghissima storia cosmica alle spalle.

Casco Sparco
Casco Sparco Prime Rf-9W Supercarbon con calotta in carbonio preimpregnato rinforzata da uno strato in carbon-kevlar, calotta e
polistiroli in doppia misura per la massima ventilazione al pilota (2.300 euro)

Per lui il tempo non esiste, o esiste solo sotto forma di pigre variazioni di temperatura, giornaliere e stagionali, se, per la fortuna di questo racconto, la sua giacitura non è troppo lontana dalla superficie del suolo.

La sua esistenza è un’alternanza spietata di caldi e di freddi, e cioè di oscillazioni un po’ più strette o un po’ più ampie: una prigionia, per lui potenzialmente vivo, degna dell’inferno cattolico. A lui, fino a questo momento, si addice il tempo presente: è congelato in un eterno presente, appena scalfito dai fremiti moderati dell’agitazione termica.

Ma appunto per la fortuna di chi racconta, che in caso diverso avrebbe finito di raccontare, il banco calcareo di cui l’atomo fa parte giace in superficie. Giace alla portata dell’uomo e del suo piccone». Un piccolo colpo e il carbonio esce per il camino e prende la via dell’aria.

«La sua storia, da immobile, si fece tumultuosa». Esattamente come suggerisce Primo Levi, la storia del carbonio (e del nostro rapporto con lui) è tumultuosa, densa e piena di pagine ancora da scoprire.

Elemento essenziale alla vita, presente e ben noto sotto due forme molto caratteristiche, la grafite e il diamante (inaspettatamente è proprio la grafite la forma del carbonio più stabile), il carbonio, in realtà, è elemento decisivo della storia dell’universo. «Il carbonio, infatti, è un elemento singolare: è il solo che sappia legarsi con se stesso in lunghe catene stabili senza grande spesa di energia, ed alla vita sulla terra (la sola che finora conosciamo) occorrono appunto lunghe catene.

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Perciò il carbonio è l’elemento chiave della sostanza vivente». Così ancora Levi. La «C» della vita: potrebbe essere uno slogan azzeccato e sul quale riflettere; ma anche la «C» del futuro: nessun elemento, come il carbonio, è così inscindibilmente legato alle applicazioni che verranno, molte delle quali ancora in fase di studio: eppure fibra di carbonio, nanotubi, grafene sono parole alle quali ormai siamo abituati: e, dagli aerei alle auto, dagli orologi alle armi, dalle sostanze capaci di condurre a livelli microscopici alla moda, nessuno gareggia con i formidabili atomi di carbonio.

Il carbonio ha segnato e segnerà sempre di più la storia dell’evoluzione umana. Senza il carbonio, per dire, non ci sarebbero i metalli all’alba della civiltà, senza idrocarburi la società contemporanea, semplicemente, non esisterebbe. Aggiungendo carbonio al ferro si fa acciaio, fondamento stesso della rivoluzione industriale.

Che, nel futuro, avrà la forma del grafene e altri nanomateriali, come i nanotubi di carbonio, porte di una nuova rivoluzione tecnologica. Sarebbe impossibile contare gli utilizzi, le mille facce di questo elemento che sa di futuro e prevede il passato: il suo isotopo più noto, il C14, consente di datare i reperti archeologici: quasi il 99% del carbonio presente sulla Terra ha un nucleo formato da sei protoni e altrettanti neutroni.

E il C14 possiede sei protoni e otto neutroni nel nucleo ed è radioattivo trasformandosi in azoto 14 attraverso il decadimento beta. È inoltre uno degli strumenti preferiti dagli archeologi: la sua vita media è di 5.370 anni, ed è possibile, quantificando la sua presenza all’interno di reperti organici anche di 50mila anni fa, effettuare datazioni di estrema precisione.

Un altro isotopo, il C11, ha invece una vita media di circa 20 minuti: insieme ad altre sostanze è usato in strumenti di diagnostica medica di alta tecnologia. È alla base della chimica organica e, quando si combina con l’idrogeno, la fantasia non ha limiti.Le molecole formano lunghe catene aperte, strutture ad anello chiuse, miste.

Idrocarburi? Ecco petrolio grezzo, polimeri come la gomma, il polistirolo o il polistirene. Con gli idrocarburi solidi si asfaltano le strade, mentre con quelli gassosi, come il metano, si riscaldano le case. Ma il bello di questo elemento è che la sua storia «nuova» è appena iniziata.

Scarpa da sera Asia di Walter De Silva
Scarpa da sera Asia di Walter De Silva, in carbonio e vernice nera, tacco 10,5 cm laccato nero, fodera interna in pelle color arancio, interamente prodotta in Italia (1.250 euro)

Nel 1985, per puro caso, per stessa ammissione degli scienziati, fu scoperta una nuova forma allotropica dell’atomo: il fullerene, molecola simile a un pallone da calcio. Da quella prima scoperta, le nanotecnologie hanno fatto passi da gigante e, dopo la sintesi della nanoschiuma di carbonio, ecco oggi la fibra, forse il più duttile e utilizzabile dei nuovi materiali.

E se per la cara vecchia grafite si percorrono nuove forme di uso (ottimo conduttore, è utilizzata negli elettrodi delle batterie a zinco-carbonio, nell’illuminazione, per rinforzare il cemento o la plastica, come materiale refrattario, per i telai di biciclette), i materiali del futuro sono il grafene e la fibra di carbonio.

Leggerezza e robustezza sono le doti per le quali la fibra di carbonio (un polimero di atomi di carbonio strutturato in forma grafitica, cioè esagoni legati tra loro in modo da formare dei piani di carbonio grafitico) è usata anche su strada, dalla Formula 1 a supercar di serie che usano solo qualche particolare per abbattere le masse e ottenere prestazioni da record. Non parliamo poi dell’utilizzo nello sport (racchette, sci, pesi, aste) e nella medicina, con le protesi che rispondono meglio alle sollecitazioni di quanto non faccia la stessa natura.

E poi c’è il grafene, dalle caratteristiche uniche: circa 200 volte più resistente dell’acciaio, consente creazione di prodotti a lunga durata. Un foglio di grafene (di spessore atomico) è più leggero di un foglio di carta e può dunque essere usato in qualsiasi dispositivo senza appesantirlo.

Nell’ultimo Mobile World Congress tenutosi nel 2018 a Barcellona il grafene ha avuto un proprio padiglione dedicato. Start-up, ricercatori, ingegneri, studiano e producono smartphone, oggetti wearable, dispositivi per la smart home. Molti di questi dispositivi diventeranno a breve degli oggetti che troveremo in commercio perché, stando agli esperti di mercato, l’introduzione del grafene in device come Pc o telefoni sarà la grande innovazione dei prossimi anni.

Estratto dalla grafite (processo che gli scienziati sono riusciti a sviluppare solo nel 2004), si tratta di un materiale flessibile, ultraleggero, resistente. La «rivoluzione del grafene» prossima ventura parlerà di batterie, di arti robotici, di chirurgia di precisione, di miglioramento delle connessioni iperveloci, di strumenti indossabili (dai cerotti agli orologi) che consentiranno diagnostiche precise in tempo reale. Infine, ovviamente, c’è sempre un lato estetico.

Bici da strada Colnago
Bici da strada Colnago C64 in fibra di carbonio, fatta a mano e su misura in Italia, gruppo Shimano Dura Ace Di2 Disc con ruote Shimano Dura Ace, peso 6,95 kg (da 9.090 euro)

Gioielli, orecchini, orologi, auto, persino strumenti musicali: le fibre di carbonio stanno al passo con i tempi dettando nuove soluzioni estetiche, né più né meno come l’oro, o altri metalli preziosi (o gli stessi diamanti, quindi carbonio), hanno saputo fare in passato.

Forse tutto ciò accade per una semplice e assai letteraria ragione. Come aveva intuito lo stesso Primo Levi, in chiusura di quel suo racconto della vita di un atomo di carbonio. L’identificazione, come vedrete, è completa: e non poteva essere altrimenti.

«È di nuovo tra noi, in un bicchiere di latte. È inserito in una lunga catena, molto complessa, tuttavia tale che quasi tutti i suoi anelli sono accetti al corpo umano. Viene ingoiato: e poiché in ogni struttura vivente alberga una selvaggia diffidenza verso ogni apporto di altro materiale di origine vivente, la catena viene meticolosamente frantumata, e i frantumi, uno per uno, accettati o respinti.

Uno, quello che ci sta a cuore, varca la soglia intestinale ed entra nel torrente sanguigno: migra, bussa alla porta di una cellula nervosa, entra e soppianta un altro carbonio che ne faceva parte. Questa cellula appartiene a un cervello, e questo è il mio cervello, di me che scrivo, e la cellula in questione, ed in essa l’atomo in questione, è addetta al mio scrivere, in un gigantesco minuscolo gioco che nessuno ha ancora descritto.

È quella che in questo istante, fuori da un labirintico intreccio di sì e di no, fa sì che la mia mano corra in un certo cammino sulla carta, la segni di queste volute che sono segni; un doppio scatto, in su e in giù, fra due livelli d’energia guida questa mia mano ad imprimere sulla carta questo punto: questo».

Di tutti gli elementi, il carbonio è quello decisivo per la nostra vita: il carbonio siamo noi.

a cura di Arbiter