Της Καμέλια Σινταχμέτ
Το διαμάντι και ο γραφίτης έχουν την ίδια απλή χημική σύσταση: αποτελούνται μόνο από άτομα άνθρακα. Παρ'' όλα αυτά, σε πρώτη ματιά, δεν φαίνεται να έχουν κοινά χαρακτηριστικά. Αποτελούν τις λεγόμενες αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα, που δεν είναι παρά διαφορετικές δομές του ίδιου χημικού στοιχείου, αλλά με διαφορετικές ιδιότητες κάθε μία.
Φανταστείτε τα άτομα σαν μικρές σφαίρες, που φτιάχνουν δομές στον χώρο. Το διαμάντι, σε μοριακό επίπεδο, περιλαμβάνει άτομα άνθρακα στοιχισμένα με τέτοιο τρόπο, ώστε καθένα να συνδέεται με ισχυρούς δεσμούς με τα τέσσερα γειτονικά του, σχηματίζοντας τετράεδρα.
Η δομή επεκτείνεται κι ένα μικρό διαμάντι σ' ένα κόσμημα περιλαμβάνει τελικά τεράστιο αριθμό ατόμων. Αυτή η διάταξη το καθιστά το σκληρότερο υλικό, σύμφωνα με την κλίμακα σκληρότητας Μος, καθώς και τον καλύτερο αγωγό της θερμότητας. Σε αντίθεση με τον γραφίτη, όμως, δεν είναι καλός αγωγός του ηλεκτρικού ρεύματος. Υπάρχουν άχρωμα διαμάντια, αλλά επίσης μπλε, πράσινα, κόκκινα κι άλλα χρώματα, στα οποία έχουμε προσμίξεις άλλων ορυκτών.
Τα διαμάντια παρουσιάζουν χαρακτηριστική λαμπρότητα, που αποκτάται μετά την επεξεργασία τους, και επίσης ιριδισμό, αναλύουν δηλαδή το λευκό φως στα χρώματα της ίριδας, λειτουργώντας σαν πρίσμα. Χρησιμοποιούνται σαν πολύτιμοι λίθοι σε κοσμήματα, καθώς και σε κοπτικά εργαλεία για σκληρά υλικά, όπως γεωτρύπανα, οδοντιατρικά εργαλεία και εργαλεία για χάραξη και κοπή γυαλιού.
Η κρυσταλλική δομή του γραφίτη είναι πολύ διαφορετική. Κάθε άτομο άνθρακα συνδέεται ισχυρά με άλλα τρία, σχηματίζοντας επίπεδα από «κολλημένα» εξάγωνα, και τα στρώματα-«φύλλα» ατόμων συνδέονται μεταξύ τους με ασθενέστερες δυνάμεις, το ένα πάνω στο άλλο.
Το υλικό οφείλει τις ιδιότητές του στην ύπαρξη αυτών των χαλαρών χημικών δεσμών, που επιτρέπει και τη γραφή με τα μολύβια, τα οποία αφήνουν σταδιακά μικρές ποσότητες γραφίτη στο χαρτί. Ο γραφίτης είναι μαλακό υλικό, καλός αγωγός του ηλεκτρισμού και της θερμότητας.
Η ηλεκτρική του αγωγιμότητα οφείλεται στην ευκολία διέλευσης ηλεκτρονίων στον κενό χώρο μεταξύ των στρωμάτων άνθρακα, κάτι που δεν μπορεί να γίνει στη δομή του διαμαντιού.
Τέλος, δεν αντανακλά το φως, αλλά, αντιθέτως, το απορροφά, με αποτέλεσμα να έχει σκούρο γκρι χρώμα. Υπάρχουν δύο μορφές, ο α- και ο β-γραφίτης, στις οποίες τα φύλλα άνθρακα είναι διαφορετικά τοποθετημένα το ένα πάνω στο άλλο.
Εκτός από τα μολύβια, ο γραφίτης χρησιμοποιείται και σε λιπαντικά, στην κατασκευή ηλεκτροδίων, μπαταριών και πυρίμαχων υλικών, στη βιομηχανία, ακόμα και σε πυρηνικούς αντιδραστήρες.
Στα μολύβια δεν έχουμε μόλυβδο, όπως πιστεύεται ευρέως, αλλά ένα μίγμα γραφίτη και αργίλου. Ο μύθος οφείλεται εν μέρει στο γεγονός ότι ο γραφίτης, όταν άρχισε να χρησιμοποιείται, θεωρήθηκε μορφή μολύβδου, με τον οποίο είχε ομοιότητες, αλλά αργότερα διαπιστώθηκε η πραγματική δομή του.
Το σκούρο γκρίζο τμήμα του μολυβιού δεν περιείχε ποτέ μόλυβδο, αν και υπήρχε μόλυβδος στο εξωτερικό των παλιών μολυβιών ως συστατικό της βαφής τους. Αυτές οι βαφές, όμως, έχουν απαγορευθεί από αρκετές δεκαετίες, λόγω της τοξικότητας του μολύβδου.
Τα νέα πρόσωπα του άνθρακα και η «κατασκευή» διαμαντιών
Είναι πλέον εφικτό, με την εφαρμογή πολύ υψηλής πίεσης (πάνω από 70.000 φορές μεγαλύτερη της ατμοσφαιρικής) και σε πολύ υψηλή θερμοκρασία (1.600?C), να μετατρέψουμε τον γραφίτη σε διαμάντι.
Όμως, τα τεχνητά διαμάντια που κατασκευάζουμε μ' αυτόν τον τρόπο είναι μικρά και όχι τόσο λαμπερά όσο τα φυσικά, οπότε δεν χρησιμοποιούνται γενικά στην κοσμηματοποιία, αλλά κυρίως στην κατασκευή των περισσότερων εργαλείων.
Ο άνθρακας είναι ένα από τα σημαντικότερα χημικά στοιχεία. Σχετίζεται με βασικές χημικές αντιδράσεις της ζωής, όπως η φωτοσύνθεση και η κυτταρική αναπνοή, γνωρίζουμε εκατομμύρια ενώσεις του και η καύση των ενώσεών του αποτελεί βασική πηγή ενέργειας.
Τα τελευταία χρόνια ανακαλύπτονται διαρκώς νέες αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα. Ενδεικτικά ας αναφέρουμε μια σπάνια μορφή διαμαντιού, τον λονσδαλεΐτη, και τον άμορφο άνθρακα, που δεν έχει συγκεκριμένη κρυσταλλική δομή. Το 1985 ανακαλύφθηκε μία από τις σημαντικότερες μορφές, το φουλερένιο, στο οποίο τα άτομα άνθρακα σχηματίζουν σφαίρες. Τα παράγωγά του έχουν βιολογικές εφαρμογές και πιθανώς παρουσιάζουν αντικαρκινική δράση.
Άλλες αλλοτροπικές μορφές, όπως οι νανοσωλήνες άνθρακα και το γραφένιο, βρίσκουν ήδη σημαντικές εφαρμογές στην επιστήμη υλικών και γενικότερα την τεχνολογία.
* Κάθε μέρα οι συνεργάτες του μη κερδοσκοπικού οργανισμού επικοινωνίας επιστημονικών θεμάτων στο ευρύ κοινό SciCo παρουσιάζουν με απλά λόγια ένα θέμα που φέρνει την επιστήμη πιο κοντά μας.
** Το άρθρο δημοσιεύθηκε στην εφημερίδα «Φιλελεύθερος», αρ. φύλλου 30.
