کربن C 6، عنصری از جدول تناوبی

همه چیز درباره کربن (C)

کربن، (به انگلیسی : Carbon) با علامت اختصاری C و عدد اتمی ۶، عنصری از جدول تناوبی در دسته نافلزها است که در ادامه بیشتر با آن آشنا می شوید. با دانشچی همراه باشید.

کربن عنصری غیر فلزی و فراوان، چهارظرفیتی و دارای چندین دگرشکل است. چنین کربنی همسانگرد و مانند شیشه محکم است. لایه‌های گرافیت آن مانند کتاب مرتب نشده‌اند، بلکه مانند کاغذ خرد شده می‌باشند.

الیاف کربن شبیه کربن شیشه‌ای هستند. تحت مراقبت‌های ویژه (کشیدن الیاف آلی و کربنی کردن) می‌توان لایه‌های صاف کربن را در جهت الیاف مرتب کرد. هیچ لایهٔ کربنی در جهت عمود بر محور الیاف قرار نمی‌گیرد. نتیجه الیافی با استحکام بیشتر از فولاد است.

کربن در تمامی جانداران وجود داشته و پایه [شیمی آلی] را تشکیل می‌دهد. همچنین این غیرفلز ویژگی جالبی دارد که می‌تواند با خودش و انواع زیادی از عناصر دیگر پیوند برقرار کند (تشکیل دهندهٔ بیش از ده میلیون ترکیب). در صورت ترکیب با اکسیژن تولید دی‌اکسیدکربن می‌کند که برای رویش گیاهان، حیاتی است.

در صورت ترکیب با هیدروژن ترکیبات مختلفی بنام هیدرو کربن‌ها را بوجود می‌آورد که به شکل سوخت‌ های فسیلی، در صنعت بسیار بنیادی هستند. وقتی هم با اکسیژن و هم با هیدروژن ترکیب گردد، گروه زیادی از ترکیبات را از جمله اسیدهای چرب را می‌سازند که برای حیات و استر، که طعم دهنده بسیاری از میوه‌ها است، ضروری است. ایزوتوپ C-۱۴ به‌طور متداول در تاریخ‌گذاری رادیوکربن کاربرد دارد.

شناسنامه کربن

عدد اتمی:۶

جرم اتمی: ۱۲.۰۱۱

نقطه ذوب : C°۳۵۵۰

نقطه جوش : C°۳۸۰۶

شعاع اتمی : pm 77

ظرفیت: ۲,۴

رنگ: مشکی

حالت استاندارد: جامد

نام گروه: ۱۴

انرژی یونیزاسیون : Kj/mol 1086.5

شکل الکترونی: ۱s2 2s22p2

الکترونگاتیوی: ۲.۵۵

حالت اکسیداسیون: ۲, ۴, -۴

دانسیته: ۲.۲۶

گرمای تبخیر : Kj/mol 355.8

مقاومت الکتریکی : Ohm m 1.37×۱۰- ۵

گرمای ویژه: J/g Ko 0.710

دوره تناوبی:۲

شماره سطح انرژی : ۲

اشکال دیگر کربن

هیدرید کربن CH4
کلرید کربن CCl4
دی اکسید کربن و مونوکسید کربن CO CO2

تاریخچه کربن

تقریباً ده میلیون ترکیبات کربنی که برای دانش شناخته شده‌اند وجود دارد که هزاران نوع آن‌ها در فرایندهای حیاتی و واکنش‌های آلی بسیار مهم اقتصادی، ضروری هستند. این عنصر به مقدار فراوان در خورشید، ستارگان، دنباله دارها و نیز در جو بیشتر سیارات یافت می‌شود. بعضی از شهاب سنگ ها حاوی الماس‌های میکروسکوپی هستند که در زمانیکه منظومه شمسی هنوز یک دیسک گازی شکل بود شکل گرفته‌اند.

کربن به صورت ترکیب با سایر عناصر در جو زمین وجود دارد و در همه گونه آب حل می‌شود. کربن به همراه مقادیر کمتر کلسیم، منیزیم و آهن، عنصر اصلی سازنده جرم زیادی از سنگ کربنات (سنگ آهک، دولمیت، سنگ مرمر و…) است. این عنصر در صورت ترکیب با هیدروژن تولید زغال سنگ، نفت خام و گاز طبیعی می‌کند که آن‌ها را هیدرو کربن می‌نامند.

گرافیت به مقدار فراوان در نیویورک و تکزاس، آمریکا، روسیه، مکزیک، گرینلند و هند یافت می‌شود. الماس طبیعی در کیمبرلیت معدنی موجود درچینه‌ها یا ستون‌های سنگ‌های آذرین یافت می‌شوند. بیشترین الماس در آفریقا به ویژه آفریقای جنوبی، نامیبیا، بوتسوانا، جمهوری کنگو و سیرالئون وجود دارد. همچنین کانادا، قسمت‌های قطبی روسیه، برزیل و بخش‌های غربی و شرقی استرالیا دارای الماس می‌باشد.

ویژگی های کربن

کربن به دلایل زیادی قابل توجه است. اشکال مختلف آن شامل یکی از نرم ترین ( گرافیت ) و یکی از سخت ترین ( الماس) موادر شناخته شده توسط انسان می باشد. بعلاوه کربن میل زیادی به پیوند با اتمهای کوچک دیگر از جمله اتمهای دیگر کربن ، داشته و اندازه بسیار کوچک آن امکان پیوندهای متعدد را بوجود می آورد. این خصوصیات باعث شکل گیری ده میلیون ترکیبات کربنی شده است .ترکیبات کربن زیر بنای حیات را در زمین می سازند و چرخه کربن – نیتروژن قسمتی از انرژی تولید شده توسط خورشید و ستارگان دیگر را تامین می کند.

کربن در اثر انفجار بزرگ( Big Bang) حاصل نشده ، چون این عنصر برای تولید نیاز به یک برخورد سه مرحله ای ذرات آلفا ( هسته اتم هلیم) دارد. جهان در ابتدا گسترش یافت و به چنان به سرعت سرد شد که امکان تولید آن غیر ممکن بود. به هر حال ، کربن درون ستارگانی که در رده افقی نمودار H-R قرار دارند ، یعنی جائی که ستارگان هسته هلیم را با فرایند سه گانه آلفا به کربن تبدیل می کنند ، تولید شد.

کاربردهای کربن

کربن بخش بسیار مهمی در تمامی موجودات زنده است و تا آنجا که می دانیم بدون این عنصر زندگی وجود نخواهد داشت( به برتر پنداری کربن مراجعه کنید).عمده ترین کاربرد اقتصادی کربن ، فرم هیدروکربنها می باشد که قابل توجه ترین آنها سوختهای فسیلی ، گاز متان و نفت خام است.نفت خام در صنایع پتروشیمی برای تولید محصولات زیادی از جمله مهمترین آنها بنزین ، گازوئیل و نفت سفید بکار می رود که از طریق فرآیند تقطیر در پالایشگاهها بدست می آیند. از نفت خام مواد اولیه بسیاری از مواد مصنوعی ، که بسیاری از آنها در مجموع پلاستیک نامیده می شوند ، شکل می گیرد.

سایر کاربردها :

• ایزوتوپ C-14 که در ۲۷ فوریه ۱۹۳۰ کشف شد در سن یابی کربن پرتوزا مورد استفاده است.
• گرافیت در ترکیب با خاک رس بعنوان مغز مداد بکار می رود.
• الماس جهت تزئین ونیز در مته ها و سایر کاربردهایی که سختی آن مورد استفاده است کاربرد د ارد.
• برای تولید فولاد، به آهن کربن اضافه می کنند.
• کربن در میله کنترل در رآکتورهای اتمی بکار می رود.
• گرافیت به شکل پودر و سفت شده بعنوان ذغال چوب برای پخت غذا ،در آثار هنری و موارد دیگر مورد استفاده قرار می گیرد.
• قرصهای ذغال چوب در پزشکی که به صورت قرص یا پودر وجود دارند برای جذب سم از دستگاه گوارشی مورد استفاده اند.
• خصوصیات ساختمانی و شیمیایی فولرن به شکل ریزتیوب کربن ، کاربردهای بالقوه امیدوار کننده ای در رشته در حال شکل گیری نانوتکنولوژی ذارد.

ایزوتوپ‌های کربن

اتحادیه بین‌المللی شیمی کاربردی و محض در سال ۱۹۶۱ ایزوتوپ کربن- ۱۲ را برای اوزان اتمی اتخاذ کرد. کربن- ۱۴ رادیوایزوتوپی است با نیمه عمر ۵۷۱۵ سال و برای تاریخ یابی رادیو کربن چوب، نقاط باستان‌شناسی و نمونه‌ها کاربرد بسیار زیادی دارد. کربن دارای دو ایزوتوپ پایدار طبیعی می‌باشد: (C-۱۲(۹۸٫۸۹٪ و C-۱۳(۱٫۱۱٪). نسبت این ایزوتوپها در به نسبت الگوی VPDB (Vienna Pee Dee Belemnite from the Peedee Formation of South Carolina). d C-۱۳ در اتمسفر ۷ -؟ است است. هنگام فتوسنتز، کربنی که در بافت گیاه تثبیت می‌شود، به‌طور قابل ملاحظه‌ای به C-۱۳ موجود در جو بستگی دارد.

دو حالت برای توزیع مقادیر dC-۱۳ در گیاهان خشکی وجود دارد که ناشی از تفاوتهایی است که گیاهان در واکنشهای فتوسنتز بکار می‌برند. بیشتر گیاهان خشکی، گیاهان مسیر C۳ هستند و دارای ارزشهای dC-۱۳ بوده که بین ۲۴- و ۳۴- قرار دارند. دومین گروه از گیاهان (گیاهان مسیر C۴) می‌باشند که ترکیبی از گیاهان آبی، صحرایی، شوراب زار و مرغزارهای استوایی هستند، و دارای ارزشهای dC-۱۳ بین ۶- و ۱۹- می‌باشند. یک گروه واسطه (گیاهان کم)، متشکل از جلبک و گلسنگ، دارای ارزشهای dC-۱۳ می‌باشد که بین ۱۲- و ۲۳-؟ هستند. dC-۱۳ گیاهان و موجودات زنده داده‌های سودمندی دربارهٔ مواد مغذی و ارتباطات شبکه غذایی ارائه می‌کند.

هشدارها

ترکیبات کربن گستره وسیعی از آثار سمی دارند. مونوکسیدکربن (CO) موجود در اگزوز موتورهای درون‌سوز و سیانید (CN) که گاهی اوقات در آلودگی‌های معدنی وجود دارد برای پستانداران بسیار سمی هستند. بسیاری از ترکیبات دیگر کربن نه تنها سمی نیستند بلکه در واقع برای زیست ضروری می‌باشند. گازهای آلی مثل اتیلن (H2C=CH2) و اتان و (HCCH)، و متان (CH4) در صورت مخلوط شدن با هوا قابلیت انفجار و اشتعال خطرناکی پیدا می‌کنند.

دانستنی های کربن

• علامت شیمیایی عنصر کربن C است و عدد اتمی آن ۶ می باشد.

• کربن از کلمه لاتین کربو به معنای ذغال گرفته شده است.

• کربن تعداد زیادی ترکیب را به وجود می آورد که از ترکیبات دیگر عناصر خیلی بیشتر است. به دلیل توانایی کربن در برقراری پیوند با دیگر عناصر غیر فلزی، اغلب از آن به عنوان ماده سازنده حیات نام می برند.

• در حالی که کربن ترکیبات متفاوتی را به وجود می آورد ولی عنصری بدون واکنش است.

• کربن دارای شکل های متفاوتی است سه نوع آن دارای ساختمانی نامشخص است. (ذغال ، دوده و غیره )، الماس و گرافیت.

• گرافیت و الماس ویژگی های بسیار متفاوتی دارند. الماس بسیار شفاف و دارای جنسی سخت است. در حالی که گرافیت بسیار نرم و سیاه است ( به اندازه ای نرم است که با آن روی کاغذ می نویسند. )

• از گرافیت به عنوان یک عایق حرارتی استفاده می شود ( گرما را به میزان کم تری منتقل می کند. ) گرافیت هم چنین یک رسانای خوب و الکتریسیته است.

• اتم های کربن در گرافیت به شکل شش ضلعی تخت ولایه به لایه بر روی صفحه قرار گرفته است.

• از نظر فراوانی کربن چهارمین عنصر موجود در جهان است. (بعد از هیدروژن –هلیوم و اکسیژن ). در پوسته زمین پانزدهمین عنصر فراوان موجود است و در بدن انسان دومین عنصر فراوان است. (البته بعد از اکسیژن )

• کربن دارای بالاترین درجه ذوب در بین دیگر عناصر است. حدود ۳۵۰۰ درجه سانتیگراد (۳۷۷۳ کلوین و ۶۳۳۲ درجه فارنهایت )

• هیدروکربن ها ترکیبات آلی هستند که از مولکول هایی با خصیصه های هیدروژن و کربن تشکیل شده اند.

• ساده ترین ترکیب هیدروکربن متان با فرمول شیمیایی ( CH4) است.

• کربن در تمدن های اولیه انسانی به صورت ذغال چوب و دوده کشف شد.

• «ردپای کربن » جمله ای است که معنای آن در ارتباط با گازهای گلخانه ای منتشر شده توسط یک کشور، موسسه و یاشخص خاصی است.

•چرخه کربن فرآیندی است که در آن کربن در همه جای زمین علی الخصوص در سیستم های حیاتی آن رد و بدل می شود. این امری بسیار مهم و حیاتی روی زمین است که به کربن این امکان را می دهد که پیوسته در حال بازیافت و یا استفاده مجدد باشد.

• در اتمسفر زمین، کربن به صورت دی اکسید کربن (CO2 ) یافت می شود. اگرچه حجم کمی از اتمسفر را اشغال می کند، ولی نقشی اساسی در این باره دارد. از جمله این که توسط گیاهان در زمان فتوسنتز مورد استفاده قرار می گیرد.

• منوکسیدکربن (CO ) برای انسان و حیوان بسیار سمی است و در شرایطی که اکسیژن به اندازه کافی برای شکل گیری دی اکسید کربن نیست منوکسید شکل می گیرد. در بسیاری از کشورهای سراسر دنیا مسمومیت با منوکسید کربن یکی از متداول ترین و کشنده ترین مسمومیت هاست.

• بافت کربن ماده ای بسیار سخت است که از بافت های نازک که عمدتاٌ از اتم های کربن که به صورت کریستال های میکروسکوپی به هم پیوند شده اند و در مواردی که استقامت بالا و وزن کم مورد نیاز است مورد استفاده قرار می گیرد.

• سوخت های فسیلی مانند گاز متان ویا نفت خام ( بنزین ) نقش مهمی در اقتصاد مدرن ایفا می کند.

• پلاستیک از مشتقات پلی مرهای کربن به وجود می آید. کربن به عنوان یک آلیاژ با آهن ترکیب می شود مثل استیل کربن.

• گرافیت و خاک رس برای ساخت مغز مداد استفاده می شود.

• ذغال چوب اکثراٌ برای کباب کردن غذا در منقل استفاده می شود.

بیشتر بخوانید: درباره دسته بندی عنصرها به روش های دیگر