عنصر الكربون

الكربون موضوع

الكربون هو عنصر كيميائي له الرمز C و العدد الذرّي 6، ويقع ضمن عناصر الدورة الثانية وعلى رأس المجموعة الرابعة عشر في الجدول الدوري وذلك كعنصر مجموعة رئيسي، حيث أنّ مجموعته تسمّى باسمه مجموعة الكربون.
الرمز: C
العدد الذري: 6
الكتلة الذرية: 12.0107 u
الاسم، العدد، الرمز: كربون، 6، C
توزيع الإلكترونات لكل غلاف تكافؤ: 2,4 (صورة)
تصنيف العنصر: لا فلز
نسبة بواسون: 0.1 (ألماس)

روابط الكربون

رابطة كربون-كربون عبارة عن رابطة كيميائيّة تساهميّة بين ذرّتي كربون. إنّ أكثر نمط شائع للروابط بين ذرّات الكربون هو الرابطة الأحاديّة، وهي رابطة تتألّف من إلكترونين اثنين، واحد من كلّ ذرّة، وهي رابطة من النوع سيغما، والتي تتشكّل نتيجة تهجين من النوع sp3 بين المدارات الذرية للكربون. على سبيل المثال، فإن الرابطة بين ذرّتي الكربون في الإيثان H3C-CH3 هي من هذا النوع.

هناك نوع آخر من الروابط بين ذرّات الكربون وهو الرابطة المضاعفة، والتي تنشأ من تهجين المدارات من النوع sp2. مثال على ذلك الروابط بين الكربون في حلقة البنزين. هناك أيضاً الرابطة الثلاثية بين ذرّات الكربون، والتي لها تهجين من النوع sp، وهي المميّزة لمركّبات الألكاينات.

يعدّ الكربون أحد العناصر الكيميائيّة القلائل التي يمكنها إنشاء سلاسل طويلة من نفس الذرّة. كما أنّ قوة الرابطة بين ذرّات الكربون يعدّ عاملاً إضافيّاً على ثباتيتها، وإمكانيّة تشكيل عدد كبير من الجزيئات.

إنّ الروابط بين ذرّات الكربون لا تكون مستقيمة فقط (مركبات نظاميّة)، بل يمكن أن يحدث تفرّع للسلسلة الكربونيّة، وبالتالي يمكن التمييز بينها حسب ذرّات الكربون المجاورة إلى:

ذرّة كربون أوليّة: وهي المرتبطة بذرّة كربون واحدة
ذرّة كربون ثانويّة: وهي المرتبطة بذرّتي كربون
ذرّة كربون ثالثيّة: وهي المرتبطة بثلاث ذرّات كربون
ذرّة كربون رابعيّة: وهي المرتبطة بأربع ذرّات كربون

أهمية الكربون في الحياة

أهمية الكربون في جسم الإنسان

يدخل الكربون في تركيب أكثر من 10 ملايين مركب تُكوّن أجسام الكائنات الحية، فالكربون عنصر أساسي في تركيب المركبات العضوية، وتنحصر المركبات العضوية كلها في أربع مجموعات رئيسية كما يأتي:

• الكربوهيدرات: تتلخص أهميتها للكائنات الحية في تزويدها بالطاقة اللازمة، وتخزين الطاقة، وتشكيل هياكل الجسم المختلفة.
• الدهون: تُعتبر الدهون جزءاً مهماً لتخزين الطاقة في أجسام الكائنات الحية، وتشكيل أغشية الخلايا، ونقل الرسائل عبر الجسم.
• البروتينات: تتلخص أهمية البروتينات في مساعدة الخلايا في الحفاظ على شكلها، وتكوين العضلات، وتسريع التفاعلات الكيميائية.
• الأحماض النووية: تُعد الجزء المهم في أجسام الكائنات الحية؛ فهي المسؤولة عن نقل الصِفات الوراثية من الآباء إلى الأبناء، كما تُساهم في بناء البروتينات.

فوائد الكربون

الكربون أو المنظف الأسود كما يطلق عليه، من أهم العناصر التي تدخل في كثير من مستحضرات التجميل، وبعض المستحضرات الدوائية التي تخلص السموم في المعدة والأمعاء . وفي عالم التجميل، يدخل الكربون النشط في بعض أنواع الصابون والشامبو ومزيلات العرق وسوائل الاستحمام والمنتجات المخصصة للتنظيف العميق للبشرة وتقشيرها، ويدخل أيضًا في بعض أقنعة الوجه لما له من فوائد كثيرة، إذ يساعد على تنظيف المسام من المواد الدهنية. يدخل الكربون في تركيب الكثير من أنواع الصابون، إذ تظهر آثار الكربون على الجلد بعد استخدام الصابون لعدة أيام، ويصبح الجلد ناعمًا، ويدخل كذلك في تصنيع بعض فُرش الأسنان، إذ يساعد قليلًا في تبييض الأسنان، ويساعد على إزالة الرائحة الكريهة للفم، إذ يقضي على البكتيريا التي تسبب تلك الروائح . ومن أهم المزايا العلمية للكربون، أنه يساعد على إزالة السموم الموجودة في الجسم، وبما أن الكربون ليس له طعم ولا رائحة، فإن البعض حاول أن يدخله في بعض المأكولات مثل “ليمونادة بالكربون”، إذ يمكن الاستفادة منه في التخلص من غازات البطن ويساعد أيضًا على تقليل الوزن.

هل الكربون موصل للكهرباء

الكربون الأسود  هو لا بلوري و يشمل الفحم النباتي و السناج و الفحم الحجري و فحم الكوك . يعتبر الألماس الطبيعي من أصلب المواد الموجود طبيعيا وهو موصل رديء للكهرباء . يدخل الألماس في صناعة المجوهرات و الشواحذ و أدوات القطع و الحفر .أما الجرافيت فهو لزج و طري و موصل جيد للحرارة و الكهرباء لذلك يدخل في صناعة الأفران الكهربائية كقطب كهربائي و يدخل في صناعة البطاريات الجافة و أيضا في صناعة البواتق الخاصة بصهر المعادن . ويستخدم أيضا كمادة للتشحيم .أما الأشكال اللابلورية فلكل منها صفاته و خصائصه و بالتالي تطبيقاته الخاصة به . للكربون نظيرين مستقرين و هما الكربون 12 و الذي يشكل 98.89 ٪ من الكربون الطبيعي و الكربون 13 و الذي يشكل 1.11 ٪ من الكربون الطبيعي و يوجد خمسة نظائر غير مستقرة و هي 10 ، 11 ، 14 و 15 ، و أطولها عمر نصف هو للكربون 14 حيث 5.730 سنة حيث يستخدم في التأريخ الإشعاعي .

استخدامات الكربون الأسود

يستخدم الكربون الأسود في مجموعة كبيرة من المواد لتحسين خصائصها الفيزيائية و الكهربائية و غيرها و من هذه الاستخدامات

1-المطاط:

يستخدم الكربون الأسود في عملية تصنيع المواد المصنعة من المطاط حيث يتم خلطه مع المطاط الطبيعي و الصناعي بالإضافة الى مواد اخرى ثم يتم تسخينها لإنتاج عدة منتجات من المطاط و يكمن دور الكربون الأسود في تقوية هذه المنتجات و تحسين مرونتها و تحسين العديد من الخصائص الفيزيائية الأخرى مثل الموصلية و غيرها.

2-صناعة الإطارات:

يستخدم الكربون الأسود في صناعة الإطارات حيث يتم اضافته الى البطانة الداخلية والأجزاء الجانبية للإطار بناءً على متطلبات الأداء المحددة

3-مواد الطلاء عالية الأداء: 

تعد الجسيمات المعالجة بالكربون الأسود هي المفتاح للدهانات السوداء الغميقة و يستخدم الكربون الأسود في مواد الطلاء كصبغة وحماية من الأشعة فوق البنفسجية  لعدد من الأشياء التي يتم طلائها بما في ذلك السيارات ، والديكور ، والخشب …. الخ

4-الأحبار  وأحبار الطباعة:

لا يستخدم الكربون الأسود  فقط كصبغة ولكن أيضًا لتحقيق اللزوجة المطلوبة للحصول على جودة طباعة مثالية و يحسن اللون الأسود الكربوني التركيبات ويوفر مرونة واسعة في تلبية متطلبات اللون المحددة.

5-صناعة البوليمرات:

يتم استخدام الجسيمات الدقيقة للكربون الأسود  للحصول على لون أسود نفاث عميق و هي السمة الرئيسية للكربون الأسود و تتميز بقدرتها على امتصاص ضوء الأشعة فوق البنفسجية الضارة وتحويله إلى حرارة ، مما يجعل البوليمرات ، مثل البولي بروبيلين والبولي إيثيلين ، أكثر مقاومة للتآكل بواسطة الأشعة فوق البنفسجية الناتجة عن أشعة الشمس. يستخدم الكربون الأسود في عزل البوليمر للأسلاك والكابلات. يعمل الكربون الأسود أيضًا على تحسين خصائص عزل البوليسترين ، والذي يستخدم على نطاق واسع في البناء.