الكربون Carbon
العنصر السادس في ترتيب الجدول الدوري للعناصر
* الكربون هو عنصر كيميائي له الرمز C وعدده الذرّي 6 لإحتواء نواته على 6 بروتون ، الكتلة الذرية 12.011 غ / مول . الكثافة للغرافيت : 2.267 غ / سم3 , والكثافة للألماس : 3.515 غ / سم3 , صلادة موس 1 – 2 للغرافيت و 10 للألماس .
* يقع ضمن عناصر الدورة الثانية وعلى رأس المجموعة الرابعة عشر في الجدول الدوري التي تسمّى باسمه مجموعة الكربون . وهو عنصر رباعي التكافؤ ، لذراته القدرة على الإرتباط ببعضها أو مع ذرات أخرى لتشكيل سلاسل كربونيّة طويلة ( C≡N, C≡C, C==C) ، الكربون هو أساس الكيمياء العضويّة ، كما يوجد في العديد من المركّبات اللاعضويّة والتي من أشهرها ثنائي أكسيد الكربون وكربونات الصوديوم , وصخور الكربونات كالحجر الجيري والدولوميت والرخام وغيرها .
* يوجد الكربون في الطبيعة بالشكل الحرّ على شكل عدة متآصلات أشهرها الألماس والغرافيت . التي تختلف بخواصها الفيزيائيّة ، فبينما يكون الألماس شفّافاً وصلداً وضعيف الموصليّة للكهرباء ، فإنّ الغرافيت يكون على شكل مادّة سوداء سهلة التفتّت ، ذات موصليّة جيّدة للكهرباء .
* للكربون ثلاثة نظائر معروفة ، وهي الكربون 12 C، والكربون 13C، وكلاهما مستقرّان، بالإضافة إلى النظير المشعّ الكربون 14 C .
* يعدّ الكربون أحد أقدم العناصر اكتشافاً ، وكان معروفاً على شكل فحم نباتي بالنسبة لحضارات البشريّة الأولى .
* في سنة 1772 ، بيّن أنطوان لافوازييه أنّ الألماس هو شكل من أشكال الكربون ؛ وفي سنة 1779 ، أظهر كارل فلهلم شيله أنّ الغرافيت هو أحد أشكال الكربون .
* الغرافيت أكثر متآصلات الكربون انتشاراً ، حيث يوجد بكمّيّات كبيرة في العديد من دول العالم كالهند والمكسيك وغرينلاند وروسيا والولايات المتحدة الأمريكيّة . في حين أنّ الألماس يوجد في دول جنوب أفريقيا .
* الخواص الكيميائيّة :
1 – الكربون مقاوم للتفاعلات الكيميائيّة عند الشروط العاديّة من الضغط ودرجة الحرارة .
2 – ولكن عند درجات الحرارة المرتفعة فإنه يتمتّع بصفات اختزاليّة جيّدة ، كما هو الحال في اختزال أكاسيد الحديد إلى معدن الحديد . F e3O4 + 4C ⟶ 3F e + 4CO
وكما هو الحال في إختزال بخار الماء ، حيث يتشكّل الهيدروجين مع أحادي أكسيد الكربون . C + H2O ⟶ CO + H2
3 – يتفاعل الكربون عند درجات حرارة مرتفعة مع بعض المعادن حيث يشكل الكربيدات مثل كربيد الحديد في الفولاذ ، وكربيد التنغستن المستخدم كمادة ساحجة .
4 – الخاصّيّة السلسليّة للكربون : يتمتّع الكربون بخاصّيّة تدعى الخاصّيّة السلسليّة ، والتي تمكّنه من تشكيل سلاسل طويلة من الروابط لكربونيّة اوالتي تتمتّع بالقوّة والثباتيّة ، كما تسمح هذه الخاصّيّة للكربون أن يشكّل عدداً كبيراً جدّاً من المركّبات .
5 – يعدّ الكربون أساس الكيمياء العضويّة . وذلك لارتباطه مع الهيدروجين لتشكيل الهيدروكربونات ، العائلة الضخمة من المركّبات العضويّة . والأساس الكيميائي في الوقود الأحفوري .
6 – يدخل الكربون مع الأكسجين في تركيب العديد من المواد العضويّة الحيويّة مثل السكّريّات والكحولات والدهون والإسترات والكاروتينات والتربينات .
7 – المركبات اللاعضوية :
آ – يمكن القول بشكل عام إن أشهر مركبات الكربون اللاعضويّة هو ثنائي أكسيد الكربون CO2 ، والذي ينحل في الماء ويشكّل حمض الكربونيك H2CO3، وهو مركّب غير مستقر، لكنّه بالمقابل، يشكّل أيونات الكربونات المستقرة ّ، كما في كربونات الصوديوم . وكما في العديد من الفلزّات الكلسية والمغنزيومية مثل الكالسيت والدولوميت والرخام .
ب – يتشكّل أحادي أكسيد الكربون CO عند الاحتراق غير التام للكربون ، وهو غاز عديم اللون والرائحة وشديد السمّيّة .
ج – لا يتفاعل الكربون مع المعادن وأشباه المعادن إلا بدرجات حرارة عالية حيث يشكّل مع الكبريت : مركب ثنائي كبريتيد الكربون CS2 ، ومع النتروجين : مركّبات السيانيدات (−C≡N) ، ومع المعادن النشيطة : الكربيدات ( كثنائي كربيد الكالسيوم CaC2 وكربيد التنجستين WC ) .
8 – المركّبات العضويّة المعدنية : ومن أهمها : رباعي إيثيل الرصاص المستعمل لرفع رقم الأوكتان في بنزين السيارات .
إستخدامات الكربون :
آ- يستخدم الغرافيت في تركيب أقلام الرصاص ، كما يستخدم في صناعة شحوم التزليق . وفي تركيب الأقطاب الكهربائيّة في البطاريّات الجافّة والمحركّات الكهربائيّة . كما يستخدم كمهدّئ للنيوترونات في المفاعلات النوويّة .
ب – يستخدم الفحم النباتي كمصدر للطاقة الحرارية في التدفئة والطبخ والشوي .
ج – ويستخدم الألماس كحجر كريم للزينة وفي صناعة المجوهرات ، بالإضافة إلى استخدام الألماس الصناعي في تركيب مواد الشحذ والصنفرة والحفر .
د – يستخدم أسود الكربون كخضاب أسود في تركيب أحبار الطباعة والألوان الزيتيّة أو المائيّة ، وفي تركيب ورق الكربون والحبر الصيني وكمادّة طباعة في خراطيش الطابعات الليزريّة ، كما يستخدم أيضاً كمادة مالئة وملوّنة للمنتجات البلاستيكيّة وللمطّاط الصناعي المستخدم في صناعة الإطارات .
هـــ – ويستخدم الفحم المنشّط كمادة امتزاز تستخدم في تطبيقات عدة مثل أقنعة الغاز وتنقية المياه والزيوت المعدنية والنباتية , وفي المجال الطبّي لامتصاص السموم أو الغازات من جهاز الهضم .
و – يعدّ فحم الكوك أحد المكوّنات الأساسيّة في الفرن العالي من أجل تعدين الحديد وللحصول على الفولاذ وحديد الصلب الكربوني .