خواص عنصر

ثابت های مادی و فراوانی وقوع در طبیعت

ایزوتوپ های عنصر

خواص بیشتر

کربن در سه تغییر ظاهر می شود که از نظر خواص فیزیکی بسیار متفاوت است.

الماس

اصلاح کریستالی کربن فوق العاده پایدار است. الماس خالص که فقط از اتم های کربن تشکیل شده است، بی رنگ، به وضوح شفاف است و نور را به تمام رنگ های رنگین کمان (درخشش الماس) می شکند. با توجه به اتم های خارجی موجود، به عنوان مثال. B. منگنز، آهن یا آلومینیوم، رنگ های مختلف می تواند رخ دهد. به دلیل آرایش بسیار پایدار اتم ها، این اصلاح نه تنها بسیار سخت و شکننده است، بلکه از نظر شیمیایی بسیار پایدار و در برابر اسیدها، قلیایی ها یا سایر مواد تهاجمی نیز مقاوم است. الماس رسانای الکتریکی نیست. الماس تنها زمانی که تا بیش از 1500 درجه سانتیگراد گرم شود در غیاب هوا به گرافیت تبدیل می شود.

گرافیت

گرافیت چرب به نظر می رسد، بسیار نرم و پوسته پوسته است و به رنگ خاکستری تا سیاه است. از آنجایی که الکترون های آزادانه در شبکه کریستالی در حال حرکت هستند، گرافیت می تواند الکتریسیته را هدایت کند. کربن موجود در گرافیت نیز در شرایط استاندارد کاملاً بی اثر است و در دمای اتاق تنها با یک شریک، فلوئور، تهاجمی ترین عنصر جدول تناوبی واکنش می دهد. گرافیت از لایه های C استحلقه ها ساخته شده است

فولرن (فولریت)

این اصلاح کربن تنها در سال 1985 کشف شد. فولرن ها هنگام تبخیر گرافیت تشکیل می شوند. آنها خاصیت کشسانی دارند.

در دماهای بالاتر، کربن عنصری با اکسیژن واکنش می دهد (احتراق). اگر اکسیژن اضافی وجود داشته باشد، دی اکسید کربن تشکیل می شود و در صورت کمبود اکسیژن، مونوکسید کربن تشکیل می شود. در دمای بالای 800 درجه سانتیگراد، کربن با آب واکنش می دهد و «گاز آب»، مخلوطی از مونوکسید کربن و هیدروژن را تشکیل می دهد. هنگامی که کربن به شدت گرم می شود، با گوگرد واکنش می دهد و دی سولفید کربن را تشکیل می دهد که به نام دی سولفید کربن نیز شناخته می شود. هنگامی که انرژی حرارتی تامین می شود، مواد نمک مانند، کاربیدها (مانند کاربید کلسیم)، از کربن و برخی فلزات تشکیل می شوند.

کشف

کربن از زمان های قدیم برای انسان شناخته شده است. زغال چوب به عنوان سوخت و زغال چوب، زغال استخوان و خون و همچنین دوده به عنوان ماده کششی استفاده می شد. اما در سال 1787 بود که شیمیدان فرانسوی LAVOISIER تشخیص داد که کربن یک عنصر شیمیایی است. نه سال بعد، S. TENANNT برای اولین بار موفق به تولید مصنوعی این عنصر شد. او کربن و فسفات کلسیم را از بخارات آهک و فسفر درخشان استخراج کرد. در سال 1807 انگلیسی‌ها W. ALLEN و WH PEPYS ثابت کردند که هم الماس و هم گرافیت فقط از کربن تشکیل شده‌اند. “Carbo” در لاتین به معنای “زغال چوب” است. نام عنصر “Carboneum” از این اصطلاح گرفته شده است. از سوی دیگر، «کربن» آلمانی، مشتقی از زغال سنگ است.

وقوع/تولید

کربن یکی از عناصر نسبتا رایج است. در طبیعت، این عنصر را می توان به صورت کربن خالص در به اصطلاح “شکل بومی” مانند الماس و گرافیت یافت. به ویژه دریچه های آتشفشانی قدیمی مکان های رایجی هستند که الماس در آن یافت می شود. به دلیل دما و فشار بسیار بالا، سنگ های ارزشمند در طول تاریخ زمین در اینجا شکل گرفتند. در نهایت، از طریق فرسایش و هوازدگی، به سیلیس آبرفتی و در سواحل دریا ختم می‌شوند. مهمترین ذخایر الماس در کیمبرلی در جمهوری آفریقای جنوبی است. سنگ حاوی الماس نیز پس از این مکان کشف “کیمبرلیت” نامیده شد. همچنین ذخایر الماس بزرگتری در کنگو، یاکوتیا و سیبری در روسیه، استرالیا و برزیل وجود دارد. گرافیت از مواد آلی که در طی میلیون‌ها سال تغییر شکل داده بودند به وجود آمد. ذخایر طبیعی گرافیت در سیبری، سریلانکا، ماداگاسکار، مکزیک، کانادا و ایالات متحده آمریکا یافت می شود.
با این حال، کربن به شکل پیوندی بسیار رایج تر است. پوسته زمین حاوی زغال سنگ سخت و زغال سنگ است که منشا گیاهی دارند و همچنین گاز طبیعی و نفت از مواد حیوانی. با این حال، این عنصر بیشتر به شکل معدنی در کربنات ها یافت می شود. کربنات ها نمک های اسید کربنیک هستند. کربنات های سنگ ساز مهم z هستند. ب- کربنات کلسیم به صورت سنگ آهک، گچ یا سنگ مرمر (CaCO3)، کربنات منیزیم به عنوان منیزیت (MgCO3)، کربنات کلسیم منیزیم به صورت دولومیت (CaCO3 x MgCO3)، کربنات آهن به صورت سیدریت (FeCO3). کربن همچنین در آب به شکل یون های کربنات در نتیجه فرآیندهای هوازدگی وجود دارد. بلوک های اساسی زندگی مانند کربوهیدرات ها، پروتئین ها و چربی ها یا سلولز و لیگنین و همچنین سایر مواد آلی ترکیبات کربنی هستند. زندگی روی زمین بر اساس کربن وجود دارد. چرخه کربن مهمترین چرخه از همه است. در نهایت، در جو زمین، کربن به صورت گازی به صورت دی اکسید کربن و تا حدودی مونوکسید کربن و متان وجود دارد.
گرافیت از مواد معدنی حاوی گرافیت در معادن استخراج می شود و سپس تمیز می شود. با این حال، سپرده ها کافی نیست. کربن خالص از نفت، گاز طبیعی یا زغال سنگ با تجزیه تحت تأثیر گرما به دست می آید. الماس نیز مانند گرافیت در معادن و معادن استخراج می شود. “الماس های خشن” اصلی را می توان در صورتی که اندازه و شفافیت مناسبی داشته باشند، برش داده و به الماس تبدیل کرد. به سنگ های تراشیده شده الماس می گویند. اما الماس های صنعتی بسیار مهم تر هستند. الماس های صنعتی را می توان به صورت مصنوعی تولید کرد. گرافیت در فلزات سنگین مایع حل می شود و به بلورهای الماس ریز (حداکثر قطر 1 میلی متر) در حدود 1800 درجه سانتی گراد و فشار 10 گیگا پاسکال تبدیل می شود.

استفاده کنید

کربن (گرافیت) عنصری با هدایت حرارتی و پایداری شیمیایی خوب و مقاومت بالا در برابر حرارت است. به دلیل این خواص، به شکل گرافیت طبیعی برای محصولات نسوز مانند آستر کوره ها یا بوته ها استفاده می شود. با این حال، گرافیت در مدادها و روان کننده ها نیز استفاده می شود، زیرا این ماده به دلیل جابجایی لایه ها اثر چرب دارد و رنگ خاکستری می دهد. در فناوری، الکتروگرافیت برای مواد الکترود در کوره های فولادی الکتریکی یا در الکترولیز نمک ذوب شده استفاده می شود. به شکل الکتروگرافیت به عنوان بازتابنده نوترون در راکتورهای هسته ای استفاده می شود. پیروگرافیت در سفرهای فضایی یافت می شود که به عنوان یک ماده عایق حرارتی استفاده می شود، به عنوان مثال. ب. برای سپرهای حرارتی راکت ها یا گلایدرهای فضایی. کربن سیاه در ساخت جوهر و جوهر چاپ استفاده می شود. الماس نه تنها به صورت برش خورده به عنوان برلیان برای تولید جواهرات استفاده می شود. الماس صنعتی بسیار مهمتر است. اینها در زمینه فنی استفاده می شوند. در اینجا از آنها به عنوان ابزار برش شیشه، بر روی مته های الماسی یا به عنوان یاتاقان های محور برای ابزار دقیق استفاده می شود. کک، ماده ای با محتوای کربن بسیار بالا، برای طیف وسیعی از فرآیندهای شیمیایی مهم است، به عنوان مثال. ب در تولید فولاد. کربن ریز تقسیم شده می تواند سموم را جذب کند. زغال فعال به شکل قرص زغال چوب برای مصرف در صورت اسهال یا در ماسک گاز استفاده می شود.

اتصالات مهم

• اکسیدهایی مانند مونوکسید کربن (CO – ماده اولیه برای بسیاری از سنتزهای در مقیاس بزرگ، به عنوان مثال برای سنتز متانول یا برای تولید هیدروکربن) و دی اکسید کربن (CO2 – خنک کننده در فناوری تبرید، به دلیل خواص بی اثر آن به عنوان یک عامل اطفاء حریق. و گاز محافظ، پیشران، ماده اولیه مهم برای کربنات ها، اوره یا اسیدهای کربوکسیلیک)
• نمک های اسید کربنیک مانند. ب. کربنات پتاسیم (پتاس، عامل دمنده K2CO3)، کربنات کلسیم (CaCO3 به عنوان سنگ مرمر، سنگ آهک، سنگ تشکیل دهنده کلسیت)، کربنات سدیم (Na2CO3)
• شار در صنعت شیشه
• الیاف کربن (محکم، الاستیک و بسیار سبک – مصالح ساختمانی با تکنولوژی بالا)

ترکیبات آلی:

ترکیبات کربن در مواد آلی بیشمار است. ساده ترین شکل هیدروکربن ها هستند که در آن عناصر کربن و هیدروژن با هم ترکیب شده اند. ساده ترین هیدروکربن متان است. الکل ها، آلدئیدها، اسیدهای کربوکسیلیک یا کتون ها می توانند در ارتباط با عنصر اکسیژن تشکیل شوند. اگر عنصر نیتروژن نیز اضافه شود، گروه آمینه را می توان گنجاند. سپس اسیدهای آمینه تشکیل می شوند که پروتئین ها را می سازند. تمام مواد آلی روی زمین بر پایه کربن است.

ساختمان

الماس

این اصلاح کربن دارای یک شبکه بسیار پایدار است که در آن هر اتم کربن توسط چهار اتم کربن دیگر احاطه شده است.

گرافیت

در این اصلاح کربن، اتم های کربن را می توان به شکل لوزی و شش ضلعی مرتب کرد. این یک شبکه کریستالی ایجاد می کند که در آن لایه هایی از حلقه های شش عضوی روی هم قرار گرفته است.

فولرن ها

فولرن ها ساختارهای کروی بسته فضایی هستند. راه های متعددی برای چیدمان تا چند صد اتم کربن وجود دارد. باکمینسترفولرن با 60 اتم کربن بسیار پایدار است. از 12 پنج ضلعی و 20 ضلعی تشکیل شده است. سایر اتم ها یا ترکیبات نیز می توانند در داخل آنها ذخیره شوند.

نانولوله ها

در سال 1991 تغییر دیگری در کربن مشاهده شد. ساختار آنها به نظر می رسد که گویی یک لایه از کریستال گرافیت در یک لوله پیچیده شده است. چنین نانولوله هایی می توانند تا 1000 میکرومتر طول و تا 100 نانومتر قطر داشته باشند. آنها فوق العاده الاستیک هستند و استحکام کششی بالایی دارند، برخی رسانا یا نیمه رسانا هستند، خواصی که به ویژه برای میکروالکترونیک و صنعت کامپیوتر جالب است. با این حال، استفاده از آنها هنوز بسیار گران است، زیرا این اصلاح کربن 10 برابر طلا قیمت دارد.