Chimica - CARBONIO ELEMENTO DELLA VITA E DELLA MORTE
di Franco LANUCARA
Non posso fare a meno, prima di scrivere sugli elementi, di dare uno sguardo al sistema periodico che mi accompagna nel mestiere di chimico da diversi anni.
Da studente percorrevo la scala degli elementi senza soffermarmi il giusto tempo sui gradini che dall'Idrogeno con numero atomico 1 portano al Laurenzio con numero atomico 103.
Nella "scalata", qualche volta, ho inciampato nei gas inerti. I 2 elettroni stabili dell'Elio e gli 8 elettroni nei loro orbitali, degli altri gas nobili, mi conducevano in un deserto muto ed immobile. Non avevo avuto mai grande considerazione per loro. Si rese quindi necessario un dialogo con i "muti", gli inerti che misero a dura prova i miei elettroni mentali. Ho così avuto notizie importanti sulla qualità e quantità di tali gas nell'aria che respiriamo, introvabili come composti perché nudi elementi non reattivi senza corpo e senza anima. L'Argo, ad esempio, gas nobile con 18 elettroni, chiude il terzo periodo della tavola degli elementi. La sua configurazione elettronica (Ne) 3S2 3P6 non lascia dubbi sulla sua inerzia chimica. E' presente nell'aria nella non trascurabile quantità dello 0,9325%, è un componente che non svolge nessun processo vitale ed occupa il terzo posto dopo l'azoto (78,095%) e l'ossigeno (20,89%) nella composizione dell'aria atmosferica, nella troposfera. La qualità prevale quasi sempre sulla quantità e ciò lo racconta l'anidride carbonica con la presenza minima dello 0,03%, 30 volte inferiore alla quantità di Argo presente nell'aria, ma indispensabile alla vita del pianeta. La piccola molecola dell'anidride carbonica costituisce il primo e l'ultimo gradino della nostra esistenza. Leggendo la tavola periodica si può facilmente notare che pochi elementi, siano essi naturali o artificiali, condizionano la nostra vita (v. Helios Magazine nr. 1/97).
Ad un elemento in particolare ho rivolto il mio interesse nel laboratorio di chimica: il carbonio: primo figlio del quarto gruppo A del secondo periodo della tavola. Sto rileggendo "Il sistema periodico" di Primo Levi dove ho ritrovato alune mie riflessioni mai scritte che forse fanno parte della forma mentis del chimico. Egli dice: "Giunto a questo punto della mia vita, quale chimico, davanti alla tabella del sistema periodico o agli indici monumentali del Beilstein o del Landolt non vi ravvisa sparsi i tristi brandelli, o i trofei del proprio passato professionale? Non ha che da sfogliare qualsiasi trattato, e le memorie sorgono a grappoli: c'è tra noi chi ha legato il suo destino, indelebilmente al bromo, o al propilene o al gruppo -NCO o all'acido glutammico"...
Il Carbonio con le sue lunghe e stabili catene costruisce montagne e boschi e raccoglie nel verde di una piccola foglia l'energia necessaria alla vita. Le forme allotropiche cristalline del carbonio, grafite nera con caratteristiche leggermente metalliche, e diamante con caratteristiche non metalliche, fanno la ricchezza anche se in modo diverso di chi le possiede. Ma una piccola molecola molto semplice e speciale dirige la grande orchestra del mondo biologico: l'anidride carbonica. "Entra nella foglia collidendo con altre innumerevoli (ma qui inutili) molecole di azoto e di ossigeno. Aderisce ad una grossa e complicata molecola che lo attiva, e simultaneamente riceve il decisivo messaggio dal cielo, sotto forma di un pacchetto di luce solare: in un istante come un insetto preda del ragno, viene separato dal suo ossigeno, combinato con l'idrogeno e (si crede) fosforo, ed infine inserito in una catena, lunga o breve non importa, ma la catena della vita." (Primo Levi).
La nascita del Carbonio come componente della molecola dell'anidride carbonica, coincide coll'inizio della nostra storia antica di almeno 15 miliardi di anni.
Figlio dell'idrogeno, nato da tre atomi di elio, con una grandissima quantità di energia e con temperature che raggiungono 2000 milioni di gradi (vedi Helios Magazine nr. 2/97), vede anche la formazione dell'ossigeno, altro elemento indispensabile per la vita nel nostro pianeta.
Possiamo affermare secondo recenti teorie, che la vita sulla Terra comincia proprio da questi due elementi.
Il carbonio diventa la fonte principale nella formazione di molecole complesse negli organismi viventi. Inizia il suo cammino legato a due atomi di ossigeno nella molecola dell'anidride carbonica, presente nell'aria atmosferica. Dalla molecola di anidride carbonica derivano sia il carbio organico che l'ossigeno indispensabili alla vita. La fotosintesi clorofilliana, possibile per la presenza nell'aria dell'anidride carbonica, spiega quel grandioso processo naturale, impagabile anche perché non costa nulla agli esseri umani, che racchiude nel suo crogiuolo tutte quelle reazioni semplici e complesse che avvengono naturalmente e che permettono lo svolgimento di tutte le attività umane.
Il carbonio combinato lo troviamo in ogni angolo della Terra, le sue lunghe e complicate catene portano ai confini del mondo. Sono noti più di 2 milioni di composti che contengono questo elemento, che si lega facilmente con idrogeno, e ve ne sono alcuni nelle cui molecole si trovano solo atomi di idrogeno (idrocarburi). Il Carbonio combinato è una presenza costante nel ciclo della vita e della morte. E' l'unico elemento che sappia legare i suoi atomi in lunghissime e stabili catene che a loro volta stabiliscono rapporti con altri elementi che hanno permesso anche con processi sintetici realizzati in laboratorio, la formazione di composti come l'Urea (H2N-CO-NH2), che si riteneva potesse essere sintetizzata solo da organinismi viventi.
Di certo, il Carbonio direttamente o indirettamente è entrato a far parte, con le sue lunghe o piccole catene nella mia vita, in aggiunta a quello che il mio corpo già possiede per virtù naturali, condizionando alcune volte i miei umori.
Sicuramente il maleodorante, perché spesso impuro, solfuro di carbonio (CS2) rende una mia giornata di laboratorio difficile, mentre l'essenza di Eugenolo estratta dai chiodi di garofano mi fa apprezzare le qualità positive dell'atomo di Carbonio quando è presente nella sua molecola un radicale aromatico.
Il Carbonio, come tutti gli elementi, è definito dal numero di protoni presenti nel nucleo, mentre il numero dei neutroni stabilisce la qualità dei diversi isotopi dello stesso elemento.
Il Carbonio ha 7 isotopi ma sono stabili solo 2: l'isotopo 126C e l'isotopo 136C. Gli altri isotopi decadono (danno origine ad altri nuclei) con diversi tempi di dimezzamento (tempo necessario per ridurre a metà una qualsiasi quantità iniziale di un elemento con formazione di altri nuclei e quindi di altri elementi).
L'isotpo 146C ha un tempo di dimezzamento di circa 6000 anni prima di passare ad 147N. Questa peculiarità permette la datazione dei reperti archeologici. Il rapporto tra il 126C e il 146C è costante in tutti gli organismi viventi e nell'atmosfera. Quando l'organismo muore, cessa l'immissione del 146C e la quantità presente nell'organismo diminuisce progressivamente secondo la legge del dimezzamento. Conoscendo nel caso più semplice la quantità iniziale del radioisotopo, ed essendo costante il rapporto negli organismi viventi tra il 26C e il 146C, entrambi assorbiti dall'ambiente in modo diverso, è possibile quando l'organismo muore risalire alla sua età attraverso la curva di decadimento del 146C.
Il Carbonio con le sue logiche e le sue passioni stabilisce i tempi della vita e della morte degli esseri viventi dalle sue forme più semplici, come i batteri, a quelle più complesse, come gli esseri umani.
