اكتشاف الكربون

تم اكتشاف الكربون في عصور ما قبل التاريخ وكان معروف عند القدماء الذين حصلوا عليه بحرق المواد العضوية بمعزل عن الأكسجين لتصنيع الفحم .... و كلمة كربون ("كربو" تعني باللغة اللاتينية "فحم")
يوجد عنصر الكربون في الشمس والنجوم والمذنبات وفى غلاف معظم الكواكب ...كما يوجد في الغلاف الجوي للأرض وذلك باتحاده مع الأكسجين ليكوّن ثاني أكسيد الكربون وهو مركب له أهميته الحيوية في عملية البناء الضوئي التي يقوم بها النبات ... وعند إتحاده مع الهيدروجين, فإنه ينتج العديد من المركبات المعروفة بالهيدروكربونات وهذه المركبات لها أهميتها في الصناعة وكذا أهميتها كوقود عضوي ....
كما يوجد أيضا كمادة مذابة في الأجسام المائية... وبكميات قليلة من الكالسيوم والماغنسيوم والحديد فإنه المكوِّن الأساسي للكربونات, و بعض الصخور (كالحجر الجيري, والدولميت, والرخام ).
لم يصنف الكربون كعنصر حتى عام 1789م عندما أعلن أنتوين لافويسر Antoine Lavoisier في باريس بأن الكربون هو عنصر لافلزي قابل للتأكسد و تكوين الأحماض .
و يعتبر الكربون عنصر مميز لأسباب عديدة.... إذ أنه يتضمن صور مختلفة ؛ فمادة (الجرافيت) من أنعم المواد في حين أقسى المواد و أكثرها صلادة (الماس). كما أن لذرة الكربون قابلية كبيرة للترابط مع الذرات الأخرى الصغيرة, بما فيها ذرات الكربون نفسه, وحجمه الصغير يجعله يستطيع تكوين روابط عديدة. ونظرا لذلك فإن الكربون يكون ما يقرب من 10 ملايين مركب, أي معظم المركبات الكيميائية تقريبا.
و قد عُرف الكربون في صوره النقية على هيئة جرافيت و ماس بالإضافة إلى الفوليرينات و التي تعد إحدى صور الكربون المكتشفة حديثاً هذا بالإضافة إلى أنابيب النانو و النانوفوم...
نظائر الكربون :للكربون نظيرين طبيعيين مستقرين هما كربون 12ويشكل 98.89% من مجموع الكربون في الطبيعة والنظير كربون13 والذي يشكل 1.11% ....
كما أن للكربون نظير غير مستقر يظهر في الطبيعة هو الكربون14 . كما و يوجد نظير آخر هو كربون 15 نظير .... أما كربون 8 أقلهم عمراً إذ يبلغ نصف عمره 1.98739× 10 -21 ثانية .
و في عام 1961 أعلن الاتحاد الدولي للكيمياء المجردة والتطبيقية (IUPAC) ، باعتبار النظير كربون12 كأساس لقياس الكتل الذرية.
نظير كربون14 له عمر نصف مقداره 5715 عام، وهو يستخدم بشكل كبير لقياس تحديد الزمن إشعاعيا للحفريات.
ظاهـرة التآصـل
وجود العنصر في عدة صور مختلفة في الخواص الفيزيائية و متشابهة في الخواص الكيميائية يعرف بظاهرة التآصل .
و يتميز الكربون بهذه الظاهرة ... إذ يوجد منفرداً في الطبيعة في عدة صور منها ما هو بلّوري مثل الجرافيت و الماس و منها ما هو غير بلّوري مثل الفحم النباتي و الفحم الحجري و فحم الكوك .
الصـور التـآصليـة للكـربـون
الصور التآصلية غير البلّورية :توجد أنواع عديدة من الكربون غير النقي تنتج عن تفاعلات كيميائية مصحوبة بالحرارة ، تتجمع على هيئة كتل سوداء تُعرف بالفحم ... و هناك أنواع مختلفة من الفحم تتمثل بـ :
فحم الكوك : و يحضر بتقطير الفحم تقطيراً إئتلافياً .
فحم الخشب : و يحضر بتسخين الخشب في معزل عن الهواء كدفنه في حفرة و من ثم طمرها ...
فحم العظام ( الفحم الحيواني ) : و يحضر بتسخين العظام بعد تنظيفها و تنقيتها من المواد الدهنية ، و يمتاز هذا الفحم بقدرته على إزالة الألوان من المحاليل ؛ لذا فإنه يستخدم في صناعة الطلاء الأسود المستخدم في صناعة الجلود .
السناج : و يتكون عند التحليل الحراري لكثير من الهيدروكربونات الغازية ... و يستخدم هذا الفحم في صناعة حبر الطابعات .
فحم المعوجات : و يتكون كمادة متخلفة من عمليات تفحيم المواد المختلفة و كذلك فإنه ينتج عن التقطير الائتلافي للفحم الحجري .
الفحم الحجري : و يتكون نتيجة للضغط و درجة الحرارة الشديدين ، و اللذان يؤثران على بقايا النباتات المطمورة في باطن الأرض ... حيث تحدث هذه التغيرات بالتدريج و بمعزل عن الهواء ، و يستخدم الفحم الحجري كوقود حيث يتميز بأنه لا يولد دخاناً .
1- الماس : في الضغوط العالية يكوّن الكربون صورة من صوره ذات التركيب البلّوري المتآصل تسمى الماس ... و هو أقسى المعادن المعروفة ... تتوزع فيه ذرات الكربون على زوايا هرم ثلاثي وذرة كربون في المركز. ترتبط فيه الذرات بتوزيع أربعة الكترونات في مداراتSP3 . مما يشكل بناء قوي جدا ومترابط في ثلاثة أبعاد .
يعتبر الماس من المواد النادرة ؛ ولكنه لم يعتبر صورة من صور الكربون حتى أعلن أنتوين لافويسير Antoine Lavoisier في 1772م بأن الماس هو صورة أخرى من صور الكربون... وذلك عندما قام بحرق كمية من الماس و أخرى من الكربون غير المتبلّر( الفحم )، ولاحظ أن كلتا المادتين لم تنتجا بخار للماء و إنما كان الناتج ثاني أكسيد الكربون في الحالتين . يشتهر الماس بصفات فيزيائية فائقة، خصوصًا صلابته العالية وتشتيته العالي للضوء. لهذا السبب، فإن الألماس مادة ذات قيمة مهمة في صناعة المجوهرات بالإضافة إلى الاستعمالات الأخرى.يستخرج معظم الألماس من الفوهات البركانية حيث تلقي به الحمم البركانية التي تحضره من أعماق الأرض من مسافات قد تصل إلى 150 كيلومترًا. على هذا العمق فإن الحرارة والضغط العاليين تهيئ ظروفًا مناسبة لتشكيل الألماس.تقع معظم مناجم الألماس في وسط وجنوب أفريقيا ... كما تم اكتشاف كميات لا بأس بها في كلِ من كندا وروسيا والبرازيل واستراليا... ويستخرج ما يعادل الـ 130 مليون قيراط، أو 26.000 كيلوغرام من الألماس سنويًا ، وهو ما يعادل قيمته ما يقارب 9 مليار دولار أمريكي.كما يتم أيضًا إنتاج الألماس صناعيًا بكميات تقارب أربعة أضعاف الكمية المستخرجة من الألماس الطبيعي
إستخدامات الماس :
للماس استخدامات عديدة منها :نظراً لصلادة الماس فإنه يستخدم في الأسلاك لقطع و استخراج حجارة المقالع ، كما يستخدم في المنشار لقطع الزجاج ، وفي المثقب لكسر الصخور .كذلك فإن الماس يستخدم في المشارط الجراحية ؛ نظراً لكونه لا يصدأ بالإضافة إلى صلابته . الطرف الحاد للجزء اللولبي الدوار لهذا المثقب يحوي الآلاف من قطع الماس الصغيرة موزعة على سطحها
2- الجرافيـت :
كان يُعتقد بأن الجرافيت صورة من صور عنصر الرصاص وظل هذا الاعتقاد سائداً حتى عام 1779م حتى أعلن كارل ويلهلم سشيل Carl Wilhelm Scheele أن ناتج احتراق الجرافيت هو ثاني أكسيد الكربون كما هو الحال في احتراق الكربون غير المتبللر ... و بالتالي فإن الجرافيت هو صورة أخرى من صور الكربون .
في الضغط العادي يأخذ الكربون شكل الجرافيت, وفيه ترتبط كل ذرة مع ثلاث ذرات في مستوى يتكون من شكل سداسي في كل الحلقات مثل الحلقات الموجودة في الهيدروكربونات الأروماتية
و الجرافيت أحد أكثر المواد ليونة ، ترتبط فيه ذرات الكربون بثلاثة إلكترونات ، مدار SP2و إلكترون واحد في مدارS، ويكون شكلها مسطحا في بُعدين مما يشكل ما يشبه الصفائح الممتدة والمتراصة فوق بعضها البعض .
حلقات الكربون هذه متصلة مع بعضها البعض على شكل صفائح مسطحة تنزلق فوق بعضها البعض ، و هذا السبب الذي يجعل الجرافيت طرياً و زيتياً بالمظهر و الملمس ....
قدرة الجرافيت على توصيل التيار الكهربائي
للجرافيت خواص تعتمد على تركيبته الذرية ؛ فكل ذرة كربون تتصل فقط بثلاث ذرات أخرى في حلقة تاركة إلكتروناً حراً بين هذه الذرات لحمل التيار الكهربائي .... و بالتالي فإن هذه المادة الصلبة قاتمة اللون التي من بين اللافلزات قادرة على إيصال التيار الكهربائي .
استخدامات الجرافيت
في الصناعة يستعمل الجرافيت كزيت التزليق ( مخفف الاحتكاك ) لأنه طري و زلق .
يمزج الجرافيت بمادة طينية لصناعة الأقلام الخشبية ( أقلام الرصاص ).
يستخدم مسحوق الجرافيت الذي يعاد قولبته كفحم للطبخ ، و الأعمال الفنية .
يستخدم الكربون كمهدئ للتفاعلات النووية في المفاعلات.
يستخدم كأقطاب في خلايا التحليل الكهربي
fofoo

thanks