کربن

کربن عنصری شیمیایی در جدول تناوبی است ، با نشان C و عدد اتمی 6. کربن عنصری غیر فلزی و فراوان، چهارظرفیتی و دارای سه صورت مختلف ( آلوتروپی ) می باشد:

• الماس ( سخت ترین کانی شناخته شده)
• گرافیت( یکی از نرم ترین مواد)
• Covalend bound sp1 orbitals are of chemical interest only

فولریت ( فولرینز، مولکول هایی در حد بیلیونیوم متر هستند ) که در شکل ساده آن ، 60 اتم کربن یک لایه گرافیتی با ساختمان 3 بعدی منحنی ، شبیه به روروئک ( روروئکی که قسمت جلوی آن مانند چوب اسکی خم شده )، تشکیل می دهند .
دوده چراغ از سطوح کوچک گرافیت تشکیل شده  است این سطوح به صورت تصادفی توزیع شده، به همین دلیل کل ساختمان آن ایزوتروپیک است.

چنین کربنی ایزوتروپیک و مانند شیشه محکم است. لایه های گرافیت آن مانند کتاب مرتب نشده اند، بلکه مانند کاغذ خرد شده می باشند.

الیاف کربن شبیه کربن شیشه ای می باشند. تحت مراقبت های خاص ( کشیدن الیاف آلی و کربنی کردن ) می توان لایه های صاف کربن را در جهت الیاف مرتب کرد. هیچ لایه کربنی در جهت عمود بر محور الیاف قرار نمی گیرد. نتیجه الیافی با استحکام بیشتر از فولاد می باشد.

کربن در تمامی جانداران وجود داشته و پایه شیمی آلی را تشکیل می دهد. همچنین این غیر فلز ویژگی جالبی دارد که می تواند با خودش و انواع زیادی از عناصر دیگر پیوند برقرار کند ( تشکیل دهنده بیش از ده میلیون ترکیب ). در صورت ترکیب با اکسیژن تولید دی اکسید کربن می کند که برای رشد گیاهان، حیاتی می باشد.در صورت ترکیب با هیدروژن ترکیبات مختلفی به نام هیدرو کربن ها را به وجود می آورد 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 می سازند که برای حیات و استر، که طعم دهنده بسیاری از میوه ها است، ضروری است. ایزوتوپ C-14 به طور متداول در سن یابی رادیواکتیو کاربرد دارد.

ویژگی های قابل توجه:

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. به علاوه کربن میل زیادی به پیوند با اتم های کوچک دیگر از جمله اتم های دیگر کربن، داشته و اندازه بسیار کوچک آن امکان پیوندهای متعدد را به وجود 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.

کربن بخش بسیار مهمی در تمامی موجودات زنده است و تا آنجا که می دانیم بدون این عنصر زندگی وجود نخواهد داشت. عمده ترین کاربرد اقتصادی کربن، فرم هیدروکربن ها می باشد که قابل توجه ترین آن ها سوخت های فسیلی، گاز متان و نفت خام است. نفت خام در صنایع پتروشیمی برای تولید محصولات زیادی از جمله مهم ترین آن ها بنزین، گازوئیل و نفت سفید به کار می رود که از طریق فرآیند تقطیر در پالایشگاه ها به دست می آیند. از نفت خام مواد اولیه بسیاری از مواد مصنوعی ، که بسیاری از آن ها در مجموع پلاستیک نامیده می شوند، شکل می گیرد.

سایر کاربردها:

ایزوتوپ C-14 که در 27 فوریه 1930 کشف شد در سن یابی کربن پرتوزا مورد استفاده است.

گرافیت در ترکیب با خاک رس بعنوان مغز مداد به کار می رود.

الماس جهت تزئین و نیز 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 به کار 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.

قرص های 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 دارد.

مرکز یادگیری سایت تبیان