کربن

بسمه تعالی

- کربن:

از نظر فراوانی کربن یازدهمین عنصر موجود در قشر جامد زمین است. اما از لحاظ تعداد ترکیبات شناخته شده کربن بعد از هیدروژن رتبه دوم را به خود اختصاص می دهد، که اغلب این ترکیبات را به عنوان مواد آلی طبقه بندی می کنند.

 

 

ساختمان الکترونی کربن در حالت اصلی  1S2,2S2 2P2 است که طبق قاعده هوند دو الکترون در دو اربیتال نیمه پر 2P قرار می گیرند. با این توصیف ظرفیت کربن برابر ۲ خواهد بود و برای اینکه اتم کربن به حالت چهار والانسی برسد باید در نظر گرفت که به آرایش بر انگیخته ای می رسد که در لایه ظرفیت آن چهار اربیتال نیمه پر ایجاد می شود. یون C+4 در هیچ فرآیند شیمیایی مشاهده نشده ولی C-4 احتمالاً در پاره ای از کاربیدها وجود دارد ولی به طور کلی می توان گفت که کربن پیوندهای کووالانسی تشکیل می دهد.

 

یکی از خصوصیات اصلی شیمی کربن تشکیل زنجیر یا حلقه های اتمهای کربن است که نه فقط با پیوندهای ساده بلکه با پیوندهای چندگانه هم این وضع دیده می شود. بدیهی است که چنین عنصری باید حداقل والانس دو داشته باشد و با خود پیوندهای قوی تشکیل بدهد تا بتواند زنجیر یا حلقه به وجود آورد. گوگرد و سیلیسیم عناصر بعدی هستند که تمایل به زنجیری شدن دارند ولی از این نظر به پای کربن نمی رسند.

کربن در طبیعت دارای ترکیب درصد ایزوتوپ 12C با فراوانی 98.89 درصد و 13C با میزان فراوانی 1.11 درصد می باشد. 13C دارای اسپین هسته ای (S=1/2) که وسیله مناسبی برای مشاهده مکانیزیم تشکیل پیوند و ساختمان ترکیبات کربن از طریق NMR است. رادیو ایزوتوپ 14C با نیم عمر 5570 سال اغلب به عنوان ردیاب مورد استفاده قرار می گیرد که از تابش دهی نوترون حرارتی بریلیم نیترید یا آلومینیم نیترید ساخته می شود. این رادیو ایزوتوپ نه فقط به صورت CO2 یا کربناتها  بلکه به صورت عده زیادی از ترکیبات آلی نشان دار نیز در دسترس می باشد. تشکیل آن در جو و جذب CO2 به وسیله موجودات زنده اساس تعیین عمر اشیاء باستانی و قدیمی را به وسیله رادیو کربن تشکیل می دهد.

- آلوتروپ های کربن:

کربن دارای آلوتروپ( چند شکلی)های متفاوت است که دو آلوتروپ الماس و گرافیت به علت تفاوت در آرایش پیوند اتمهای آنها در خواص فیزیکی و شیمیایی از یکدیگر متمایز بوده و حایز اهمیت هستند.

 

 

الماس سنگین تر از گرافیت است، چرا که چگالی الماس 3.51g/cm3 بود و چگالی گرافیت 2.22g/cm3 می باشد، ولی گرافیت از الماس پایدارتر است. با توجه به دانسیته گرافیت و الماس، برای تبدیل این دو چند شکلی به یکدیگر می توان تخمین زد که در دمای 300 درجه کلوین فشاری در حدود 15000 اتمسفر لازم است تا این دو شکل با یکدیگر به حالت تعادل برسند. البته رسیدن به حالت در این شرایط بسیار کند است و به همین دلیل است که ساختمان الماس در شرایط عادی تغییر نمی کند.

- اکسیدهای کربن:

 از کربن 5 اکسید پایدار شناخته شده است که عبارتند از: CO, CO2, C3O2, C5O2, C12O9 که اکسید آخر(C12O9) را انیدرید اسید ملیتیک می نامند. اکسیدهای ناپایداری چون C2O, C2O3, CO3 نیز شناخته شده اند.

- کربن مونوکسید: از سوختن ناقص کربن با اکسیژن به دست می آید. این گاز را در آزمایشگاه را از اثر سولفوریک اسید بر فرمیک اسید غلیظ می توان تهیه نمود.

کربن مونوکسید یک گاز بی رنگ، بی بو، خواب آور و بسیار سمّی می باشد که حتی غلظت کمی از آن در هوای تنفسی می تواند موجب مرگ شود. از علایم وجود این گاز در هوای تنفسی ایجاد سرگیجه، حالت تهوع، خواب آلودگی و گزگز کردن اعضای بدن مانند دست ها و پاها می باشد. در صورت بروز چنین مشکلی ابتدا منبع تولید و نشر گاز را که اغلب وسایلی گرمایشی سوخت های کربنی هستند شناسایی نموده و از کار بیاندازید سپس هوای محیط را تهویه نمایید. کربن مونوکسید یکی از آلاینده های مهم شهری است که منبع اصلی آن خودروها می باشند. 

- کربن دیوکسید: از سوختن کامل کربن در مجاورت مقدار فراوان اکسیژن یا تاثیر اسیدهای رقیق بر کربناتها بدست می آید. غلظت زیاد کربن دیوکسید حاصل از فعالیت کارخانه ها و اتومبیل ها در جو باعث تشدید پدیده گلخانه ای و افزایش دمای زمین شده است.

- کربن سوبوکسید C3O2: گازی با بوی زننده بوده و یک ماده غیر متداول می باشد که از آبگیری مالونیک اسید با P2O5 در خلاء و در 140-150 درجه سانتیگراد بدست می آید. این مولکول احتمالاً خطی است. و در دمای عادی و بالاتر پلیمر شده و مواد زرد تا بنفش رنگ میدهد.