+-+Copy+-+Copy+-+Copy+-+Copy+-+Copy+-+Copy.jpg)
الكربون
- الماس:أقسى المعادن المعروفة، تتوزع فيه ذرات الكربون على زوايا هرم ثلاثي وذرة كربون في المركز. ترتبط فيه الذرات بتوزيع أربعة إلكترونات في مدارات sp3. مما يشكل بناءا قويا جدا ومترابطا في ثلاثة أبعاد.
- الجرافيت: أحد أكثر المواد ليونة، ترتبط فيه ذرات الكربون بثلاثة إلكترونات، مدار sp2 وإلكترون واحد في مدار s، ويكون شكلها مسطحا في بعدين. مما يشكل ما يشبه الصفائح الممتدة والمتراصة فوق بعضها البعض.
- الفوليرينات: جزيئات كبيرة متكونة من ذرات كربون مترابطة ثلاثيا تعطي شكل كريات (والتي تعتبر أفضل وأبسط الأشكال وتعرف باسم باكي بول).
- السيرافيت: (له سطح ناعم للغاية) لا يعرف تركيب شكله بدقة.
- الأيونسدالايت: (تشوهات من الماس) يماثل الماس في التركيب ولكن ببلورات سداسية.
- الكربون غير المتبلر: تجمعات من جزيئات الكربون في أشكال غير بلورية أو منتظمة, في حالة زجاجية.
- فقاعات الكربون الدقيقة: (شبكة مغناطيسية بالغة الدقة) شبكة قليلة الكثافة شبيهة بالجرافيت, حيث تترابط الذرات ثلاثيا في حلقات سداسية وسباعية.
- أنابيب الكربون الدقيقة: تترابط الذرات ثلاثيا في رقائق منحنية تشكل إسطوانات مفرغة.
الكربون الزجاجي متماثل (isotropic) ويحتوى على نسبة عالية من المسامات المغلقة. وبعكس الجرافيت العادي, فإن الطبقات الجرافيتية ليست متراصة مثل الصفحات في كتاب ما, ولكن لها ترتيب عشوائي.
الألياف الكربونية تشبه الكربون الزجاجي. وتحت ظروف المعاملة الخاصة (شد الألياف الكربونية وكربنتها) فإنه يمكن ترتيب أسطح الكربون في إتجاه الألياف. وبالتعامد على محور الألياف لا يوجد توجيه لأسطح الكربون. وتكون الألياف الناتجة ذات قوة شد أكثر من الحديد.
يتواجد الكربون في كل أشكال الحياة العضوية وهو أساس الكيمياء العضوية. كما أن هذا اللا فلز له القدرة على الاتحاد مع نفسه وعدد كبير من العناصر الأخرى, لإنتاج ما يقرب من 10 مليون مركب معروف. يتحد مع الأكسجين لتكوين ثاني أكسيد الكربون وهو مركب حيوي لنمو النبات. وعند اتحاده مع الهيدروجين, فإنه ينتج عديد من المركبات تسمى الهيدروكربونات, وهذه المركبات مهمة في الصناعات المختلفة كصناعة الوقود العضوي. وعند اتحاده مع كل من الأكسجين والهيدروجين فإنه ينتج مجموعات عديدة من المركبات منها الأحماض الدهنية, وهذه الأحماض أساسية للحياة, والاسترات التي تعطى النكهة لعديد من الفواكه. كما أن نظير الكربون كريون-14ٍٍ يستخدم في تحديد الزمن إشعاعيا.
| الخصائص العامة | |||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| الاسم، الرقم، الرمز | كربون، 6، C | ||||||||||||||||||||||||
| تصنيف العنصر | لا فلز | ||||||||||||||||||||||||
| المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي | 14، 2، p | ||||||||||||||||||||||||
| الكتلة الذرية | 12.0107(8)غ·مول−1 | ||||||||||||||||||||||||
| توزيع إلكتروني | He] 2s2 2p2] | ||||||||||||||||||||||||
| الخصائص الفيزيائية | |||||||||||||||||||||||||
| الطور | صلب | ||||||||||||||||||||||||
| الكثافة (عند درجة حرارة الغرفة) | لابلوري: 1.8–2.1 غ·سم−3 | ||||||||||||||||||||||||
| الكثافة (عند درجة حرارة الغرفة) | غرافيت: 2.267 غ·سم−3 | ||||||||||||||||||||||||
| الكثافة (عند درجة حرارة الغرفة) | ألماس: 3.515 غ·سم−3 | ||||||||||||||||||||||||
| نقطة التسامي | 3915 ك، 3642 °س، 6588 °F | ||||||||||||||||||||||||
| نقطة ثلاثية | 4600 كلفن (4327 س)، 10800[2][3] كيلوباسكال | ||||||||||||||||||||||||
| حرارة الانصهار | 117 (غرافيت) كيلوجول·مول−1 | ||||||||||||||||||||||||
| السعة الحرارية | (25 °س) 8.517(غرافيت), 6.155(ألماس) جول·مول−1·كلفن−1 | ||||||||||||||||||||||||
| الخصائص الذرية | |||||||||||||||||||||||||
| أرقام الأكسدة | 4, 3 2, 1 ، 0، 1، -2، -3، -4 | ||||||||||||||||||||||||
| الكهرسلبية | 2.55 (مقياس باولنغ) | ||||||||||||||||||||||||
| طاقات التأين | الأول: 1086.5 كيلوجول·مول−1 | ||||||||||||||||||||||||
| الثاني: 2352.6 كيلوجول·مول−1 | |||||||||||||||||||||||||
| الثالث: 4620.5 كيلوجول·مول−1 | |||||||||||||||||||||||||
| نصف قطر تساهمي | 77 (sp³)، 73 (sp²)، 69 (sp) بيكومتر | ||||||||||||||||||||||||
| نصف قطر فان دير فالس | 170 بيكومتر | ||||||||||||||||||||||||
| خصائص أخرى | |||||||||||||||||||||||||
| المغناطيسية | مغناطيسية معاكسة | ||||||||||||||||||||||||
| الناقلية الحرارية | 119-165 (غرافيت) 900-2300 (ألماس) واط·متر−1·كلفن−1 (300 كلفن) | ||||||||||||||||||||||||
| التمدد الحراري | 0.8 (ألماس) [8] ميكرومتر·متر−1·كلفن−1 (25 °س) | ||||||||||||||||||||||||
| سرعة الصوت (سلك رفيع) | 18350 (ألماس) متر/ثانية (20 °س) | ||||||||||||||||||||||||
| معامل يونغ | 1050 (ألماس) غيغاباسكال | ||||||||||||||||||||||||
| معامل القص | 478 (ألماس) غيغاباسكال | ||||||||||||||||||||||||
| معامل الحجم | 442 (ألماس) غيغاباسكال | ||||||||||||||||||||||||
| نسبة بواسون | 0.1 (ألماس) | ||||||||||||||||||||||||
| صلادة موس | 1-2 (غرافيت) 10 (ألماس) | ||||||||||||||||||||||||
| رقم الكاس | 7440-44-0 | ||||||||||||||||||||||||
| النظائر الأكثر ثباتاً | |||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||
كيفية التكوين
يتكوّن الكربون في النجوم - مثلاً الشمس - في أجواء ذات درجة حرارة وضغط مرتفعان.
الصفات المميزة
الكربون عنصر مميز لأسباب عديدة. تتضمن أشكاله العديدة مادة من أنعم المواد (الجرافيت) ومادة من أقسى المواد (الماس). كما أن لها قابلية كبيرة للترابط مع الذرات الأخرى الصغيرة, بما فيها ذرات الكربون نفسه, وحجمه الصغير يجعله يستطيع تكوين روابط عديدة. ونظرا لذلك فإن الكربون يعرف أنه يكون ما يقرب من 10 ملايين مركب, أى معظم المركبات الكيميائية تقريبا. مركبات الكربون هي الأساس للحياة على الأرض كما أن دورة كربون-نيتروجين هي السبب في إصدرا بعض الطاقة الصادرة من الشمس والنجوم الأخرى.
لم يتكون الكربون خلال الانفجار العظيم لأنه يتطلب تجمع ثلاثي لجسيمات ألفا (نواة الهيليوم) حتى ينتج. وفى الأصل تمدد الكون ثم برد بسرعة كبيرة حتى أصبح ذلك ممكنا. وبصفة عامة فإن الكربون أنتج في داخل النجوم بداخل الفرع الأفقي. كما أنه أنتج أيضا في حالة عديدة الذرات.
الاستخدامات
الكربون مكون أساسي لكل الأنظمة الحية, وبدونه لا يمكن أن تتواجد الحياة كما نعرفها (شاهد أحياء اللا كربون).الهيدروكربونات هي أكثر الاستخدامات الاقتصادية للكربون, وأكثرها شيوعا الوقود العضوي, مثل غاز الميثان والنفط (البترول). يتم تطبيق تقنيات الصناعة النفطية على النفط الخام لإنتاج عديد من المركبات منها البنزين والكيروسين, خلال عمليات التقطير, في معامل التكرير. كما أن النفط الخام يعتبر المادة الأولية لعديد من المواد التصنيعية, ومنها اللدائن.
استخدامات أخرى للكربون
- يستخدم النظير كربون-14 والذي اكتشف في 27 فبراير عام 1940 في تحديد الزمن إشعاعيا.
- بعض مكتشفات الدخان تستخدم كميات ضئيلة من نظائر الكربون النشيطة إشعاعيا كمصدر إشعاع تأيين (كثير من المكتشفات من هذا النوع تستخدم نظائر الأمريكيوم.
- يتم خلط الجرافيت مع الطين لإنتاج "الرصاص" المستخدم في الأقلام الرصاص.
- يستخدم الماس كحلي، وأيضا يستخدم في أسنان المثقاب, كما أن كثير من التطبيقات تستفيد من صلابته.
- يضاف الكربون إلى الحديد لإنتاج الصلب.
- يستخدم الكربون كمهدئ نيترون في المفاعلات النووية.
- يتم سحق الجرافيت، وعمل قوالب منه تستخدم كفحم في الطبيخ, الأعمال الفنية واستخدامات أخرى.
- تستخدم أقراص الفحم في الطب في شكل أقراص أو مسحوق لامتزاز المواد السامة من الجهاز الهضمي.
- الفوليرينات.
الكربون ("كربو" تعني باللغة اللاتينية فحم) تم اكتشافه ما قبل التاريخ وكان معروف عند القدماء, الذين حصلوا عليه بحرق المواد العضوية بمعزل عن الأكسجين لتصنيع الفحم. كما أن الماس يعتبر منذ القدم من المواد النادرة. ومن الصور الأخيرة المكتشفة لتآصلات الكربون فوليرين, والتي تم اكتشافها كمنتج ثانوي أثناء تجارب الشعاع الجزيئي في الثمانينات من القرن العشرين.
النشاط الإشعاعي في خدمة علم الآثار
يتكون الكربون14 وهو النظير المشع لعنصر الكربون والذي نرمز له ب 14C بكيفية دائمة في الطبقات العليا للجو ويعطي ثاني أوكسيد الكربون وفق تفاعل سريع لينضاف إلى ثاني أوكسيد الكربون المجود في الجو. ُيمتص غاز ثاني أوكسيد الكربون (سواء المحتوي على الكربون المستقر 12C و13C أو الكربون المشع دون تمييز) ليدخل هذا الكربون في تركيب الكائنات الحية نباتية كانت أم حيوانية. وحوالي عام 1950م، أثبت الكيميائي الأمريكي W Libby أن كل الكائنات الحية تتميز بنفس نسبة الكربون 14أي: كل كتلة m = بالنسبة لحيوان أو نبات غير حي (جدع شجرة مقطوع، صدفات أحفورية، عظام...) يتوقف ذلك التبادل مع الهواء ليتناقص ثاني أوكسيد الكربون المحتوي على الكربون المشع وفق دالة أسية خلال الزمن من لحظة الوفاة. بمقارنة نشاط عينة من الأحفور بالنشاط لكائن حي يمكن تقدير عمر ذلك الأحفور. بعد 40 000 سنة لا يبقى سوى 1% من الكربون 14 مما كان يحتويه عندما كان حيا وبالتالي يستحيل تحديد عمر بعد هذه المدة. خلفت هذه الطريقة جدالا كلاميا جعلت العلماء يشكون في مصداقيتها ويعرف الحادث ب :كفن تورينو حيث تباين التاريخ المفترض بين القرن الرابع عشر وفق هذه الطريقة وميلاد المسيح وفق طرق أخرى (*) : نقبل أن هذا الفتت يبقى ثابتا خلال الزمن 1g من المادة الحية لها نشاط إشعاعي بسبب الكربون 14 تتمثل في 13.6 تفتت في الدقيقة (*) الذي يمثل عمر صفر «un âge zéro ».
Clefs CEA n°14 automne 1989عن :
1) ماهو التفاعل الذي يمكن أن يحدث لكي ينتج عنه ثاني أوكسيد الكربون في الطبقات العليا (عبرعنه بمعادلة بسيطة)، وهل هذا التفاعل يخص نظير دون آخر ؟ 2) ما هو المبدأ الذي تقوم عليه هذه الطريقة لتحديد عمر أحفور؟ 3) ما هو العمر الأقصى الذي تسمح به هذه الطريقة ؟ 4) ابحث عن قصة كفن تورينو وحاول معرفة حل اللغز
صورتآصل الكربون
تآصل الكربون النقي يختلف عن تآصل التركيبات الجزيئية الأخرى له.
الثلاث تآصلات المعروفة للكربون هم الكربون غير المتبلور, والجرافيت. والماس. كما تم تصنيع وإكتشلف عدد من ثور التآصل الشاذة الأخرى ومنها الفوليرينات, أنابيب الكربون الدقيقة, اللونسداليت.
في شكله الغير متبلور, يكون الكربون في الأساس جرافيت ولكن لا يتواجد في شكل متبللر كبير. ولكن يتواجد في شكل مسحوق والذي يكون المكون الرئيسي للمواد مثل الفحم, السناج, سخام, كربون منشط.
في الضغط العادى يأخذ الكربون شكل الجرافيت, وفيه ترتبط كل ذرة مع ثلاث ذرات في مستوى يتكون من شكل سداسي في كل الحلقات. مثل الحلقات الموجودة في الهيدروكربونات الأروماتية. الشكلان المعروفان للجرافيت, ألفا (سداسي) وبيتا (منشور سداسي منتظم), وكلاهما له خواص فيزيائية متطابقة, فيما عدا البناء البللوري. ويحتوى الجرافيت الذي يتواجد بصورة طبيعية على 30 % تقريبا من الشكل بيتا, وعند تصنيع الجرافيت فإنه يحتوى فقط على الشكل ألفا. ويمكن للشكل ألف أن يتحول إلى الشكل بيتا بالمعالجة الميكانيكية ويرجع الشكل بيتا إلى الشكل ألفا عند تسخينه فوق 1000 C °
وبسبب عدم تمركز سحابة-باي, فإن الجرافيت يوصل الكهرباء. الجرافيت مادة طرية ورقاقتها, تفصل كتيرا بالذرات الأخرى, وتمسك مع بعضها البعض عن طريق قوى فان دير فال, وبالتالى فإنها تنزلق بسهولة على بعضها البعض.
وفى الضغوط العالية يكون الكربون صورة من صور تآصله تسمى الماس, والتي ترتبط فيها كل ذرة لأربعة ذرات أخرى. وللماس نفس البناء المكعب للسيليكون الجيرمانيوم, ونظرا لقوة الرابطة بين كربون-كربون, فإنه مع نيتريد البورون متساوي الإلكترونات (BN) أقسى المواد من حيث مقاومة الخدش. التحولات التي تحدث للجرافيت في درجة حرارة الغرفة بطيئة للغاية لأن تلاحظ. وتحت بعض الظروف, يتبللور الكربون لللونسدالايت وهو شكل مشابه للماس ولكن سداسي.
الفوليرينات لها بناء يماثل الجرافيت, ولكن بدلا من الشكل السداسي النقي, فإنها تحتوى على أشكال خماسية (واحتمال سباعية) من ذرات الكربون, مما يؤدى لانثناء الطبقات إلى كريات أو إسطوانات. خواص الفوليرينات (تسمى أيضا "كرة بوكي" و"أنبوبة بوكي") لم يتم تحليلها حتى الآن. وكل أسماء الفوليرينات تم تسميتها على شرف بوكوينستر فوللير, مطور قبة جيوديسي والتي تسبه بناء كرة بوكي.
تآصل فقاعة دقيقة تم اكتشافه مؤخرا وهو مغناطيسي حديدي.
صور الكربون المتآصلة تتضمن:
- الكربون غير المتبلور
- فقاعة كربون دقيقة (]] تم اكتشافه عام [[1997
- أنبوبة كربون دقيقة
- الماس
- فوليرين
- جرافيت
- أيونسدالايت
- سيرافيت
بين الماس والجرافيت:
- الماس أصلب المعادن المعروفة للإنسان, ولكن الجرافيت أيضا من أكثرها طراوة.
- الماس مادة كاشطة, بينما الجرافيت مادة مزيتة.
- الماس عازل ممتاز للكهرباء، بينما الجرافيت يوصل الكهرباء.
- الماس غالبا شفاف, بينما الجرافيت معتم.
- الماس له شكل بللوري مكعب, بينما الجرافيت شكله البللورى سداسي.
- الكربون غير المتبلور هو من أسهل المواد التي يمكن تصنيعها, بينما كربون الأنابيب الدقيقة يحتاج لنفقات باهظة لتصنيعه.
- الكربون غير متبلور موحد الخواص, ولكن كربون الأنابيب الدقيقة من ضمن أكثر المواد المتباينة الخواص على الإطلاق
