Luoghi dell'infinito

Le pietre nere di Marco Polo e il formaggio olandese, spie industriali, palle di cannone e quasi diamanti. Dalla torba al coke alla grafite, segreti (e miti) del carbone e dei suoi fratelli

Scultura in carbone di Estúdio Campana protagonista della mostra “História Natural” / Courtesy Estúdio Campana / Fernando Laszlo

Per un solo elettrone libero la grafite non è diventata diamante. Pur essendo i due materiali composti esattamente dallo stesso identico elemento chimico, ossia carbonio puro, nel diamante ogni atomo di carbonio forma quattro legami covalenti ugualmente forti, indirizzati verso i vertici di un tetraedro. Questa rete tridimensionale continua e priva di punti deboli rende il diamante estremamente duro, trasparente e isolante (non ci sono elettroni liberi di muoversi). Invece, nella grafite ogni atomo forma solo tre legami covalenti nello stesso piano, creando fogli di anelli esagonali. I vari fogli paralleli sono tenuti insieme solo da deboli forze di van der Waals.

Questo permette ai fogli di scivolare facilmente gli uni sugli altri, rendendo la grafite morbida e lubrificante (ed è il motivo per cui la matita lascia il segno sulla carta). Ma il quarto elettrone di ciascun atomo è libero di muoversi lungo il piano, rendendo la grafite un ottimo conduttore di elettricità. Ed è proprio questo elettrone che non ha reso ricchi certi paesi che invece estraggono la grafite, come la Cina (che produce circa il 60% della grafite nel mondo), Madagascar, Mozambico, Brasile, India, Russia, Ucraina, Norvegia, Pakistan, Canada. In Italia la grafite era estratta nelle valli piemontesi del pinerolese, nel Savonese ed in Calabria (già all’epoca dei romani). Ma è con la grafite pura che si producono i diamanti sintetici, sempre più utilizzati nell’industria meccanica e mineraria (perforazione dei pozzi di petrolio e gas e scavi nella terra per costruire dei tunnel). Per trasformare la grafite in diamante mediante il processo sintetico standard (HPHT - High Pressure High Temperature), occorrono tra le 50.000 e le 60.000 atmosfere; se si tenta di convertire la grafite pura senza l’uso di solventi/catalizzatori metallici, sono necessarie pressioni ancora più elevate, pari a 120.000 – 150.000 atmosfere, insieme a temperature superiori ai 2.500 °C; per avere un’idea, le 55.000 atmosfere standard corrispondono alla pressione presente nel mantello terrestre a circa 150-200 km di profondità, o all’incirca al peso di 100 elefanti adulti concentrato sull’impronta di un solo dito.