عنصر کربن

کربن (Carbon) عنصری از جدول تناوبی با عدد اتمی 6 است که به گروه 14 و تناوب دوم از این جدول تعلق دارد. این عنصر با نماد شیمیایی C نشان داده شده و نام آن از کلمه ی لاتین کاربو گرفته شده است. دو آلوتروپ مهم کربن به نام های الماس و گرافیت است که به عنوان سخت ترین و نرم ترین مواد طبیعی شناسایی شده هستند که در ساختار بلوری با هم تفاوت دارند. Carbon ماده ای است که از فولاد قوی تر بوده و از لاستیک، انطاف پذیرتر است.

ایزوتوپی از کربن که در طبیعت به وفور یافت می شود، کربن- 12 است که 99 درصد از کل کربن جهان را تشکیل می دهد. یک درصد باقی مانده نیز ایزوتوپ کربن- 13 است. از مهمترین ویژگی های کربن، امکان برقراری پیوند بین اتم های آن و تشکیل زنجیرهای Carbon است که به نام هیدروکربن ها نام گرفتند. هیدروکربن ها دسته ای از مواد آلی هستند که بسیار مهم بوده و گستردگی فراوانی دارند. به طوری که بیش از 10 میلیون ترکیب از کربن کشف شده است.

تاریخچه کشف عنصر Carbon

در دوران باستان کشف کربن در دوده، چوب، زغال، گرافیت و الماس شناخته شده بود. اما طبیعت این عنصر با انجام آزمایشات مختلف توسط دانشمند فرانسوی به نام Antoine Lavoisier کشف شد. کارل شیله کسی بود که در سال 1779 مشخص کرد که چون گرافیت به شکل دی اکسید کربن سوزانده می شود باید فرمی از کربن باشد.

اسمیتسون شیمیدان انگلیسی نیز کسی بود که د سال 1779، الماس را کربن خالص معرفی کرد. گرافیت خالص نیز از کربن در سال 1855 توسط بنجامین برودی تولید شد که نشان داد گرافیت نوعی از کربن است. این که گرافیت می تواند به الماس در دما و فشار بالا تبدیل شود، توسط دانشمند آمریکایی به نام فرانسیس باندی در سال 1955 کشف شد.

فولرن شکل تازه ای از کربن است که توسط رابرت کورل، هری کرتو و ریچارد اسمالی، در سال 1985 کشف شد. این شکل از کربن به شکل توپ فوتبال قرار دارد. مهمترین فولرن شناسایی شده از کربن، C₆₀ است. یکی دیگر از شکل های جدیدی که از کربن در سال 2004 توسط کستیا نووسلوف و آندره ژیم شناخته شد، گرافن است که شامل لایه اتمی کربن شش ضلعی است.

خواص عنصر Carbon

کربن در شرایط استاندارد به حالت فیزیکی جامد قرار داشته و حدود 20 درصد از وزن موجودات زنده را تشکیل می دهد. این عنصر در 3550 درجه سانتی گراد ذوب شده و در دمای 3800 درجه سانتی گراد به جوش می آید. کربنی که در بدن انسان ها وجود دارد از دی اکسید کربن جو است. در بین انواع مختلفی از کربن، نوع گرافن آن قوی و ضخیم است. همان طور که اشاره شد، اتم های کربن به هم متصل شده و زنجیرهای هیدروکربنی تشکیل می دهند. اساس و پایه حیات در بدن با استفاده از ترکیبات کربن است. تولید کربن با برخوردی در سه مرحله و با ذرات آلفا در هسته اتم هلیم انجام می شود. نقطه ذوب کربن بالاترین مقدار را در بین تمام عناصر دارد. الماس نیز ماده ای است که از نظر هدایت الکتریکی بالاترین قدرت را دارد.

آلوتروپ های Carbon

کربن خالص سمیت کمی دارد ولی تنفس دوده های غلیظ از کرین می تواند به ریه ها آسیب بزند. چند ساختار سه بعدی برای قرار گرفتن اتم های کربن کنار هم وجود دارد که سه آلوتروپ آن، گرافیت، الماس و فولرین است. گرافن نیز فرم دیگری از کربن است که ساختار کریستالی 2D دارد. گرافیت ساختار بلوری نداشته و به صورت پودری است. در دمای اتاق پایدارترین آلوتروپ کربن، گرافیت است و در شکل ساختاری آن، هر اتم کربن با سه اتم دیگر به صورت حلقه های شش وجهی متصل شده اند.

اما الماس دارای ساختاری مکعبی بوده که شبیه به سیلیسیم و ژرمانیوم است. الماس در برابر سایش، سخت ترین ماده است. فولرن دارای ساختاری مانند گرافیت است با این تفاوت که علاوه بر حلقه های شش ضلعی، حلقه های پنج ضلعی نیز دارد.

کاربرد Carbon

عمده ترین کاربرد کربن به عنوان سوخت است. از گرافیت در مداد، سلول های خشک، الکترودها، ساخت ظرف هایی که برای ذوب فلزات در دمای بالا استفاده می شود و ... استفاده می کنند. یکی از کاربردهای الماس در ساخت جواهرات است و چون ماده ای سخت است، می تواند در برش، حفاری و سنگ زنی نیز استفاده شود. در چاپ جوهر از کربن سیاه به عنوان رنگدانه چاپ استفاده شده و فولاد نمونه ای از آلیاژهای آهن ساخته شده با کربن است.