Άνθρακας

Άνθρακας
	Βόριο ← Άνθρακας → Άζωτο
	; Ακατέργαστο διαμάντι
	; Γραφίτης
	Ιστορία
	Ταυτότητα του στοιχείου
Όνομα, σύμβολο	Άνθρακας (C)
Ατομικός αριθμός (Ζ)	6
Κατηγορία	αμέταλλα
ομάδα, περίοδος,; τομέας	IVA (14) ,2, p
Σχετική ατομική; μάζα (Ar)	12,0107
Ηλεκτρονική; διαμόρφωση	1s2 2s2 2p2
	Ατομικές ιδιότητες
Ατομική ακτίνα	91,4 pm
Ομοιοπολική ακτίνα	77 pm (sp3); 67 pm (sp2); 60 pm (sp)
Ηλεκτραρνητικότητα	2,55 (κλίμακα Pauling)
Κυριότεροι αριθμοί; οξείδωσης	0, ±4
Ενέργειες ιονισμού	1.086,5 kJ/mole (C → C+ + e-); 2.352,6 kJ/mole (C+ → C2+ + 2e-); 4.620,5 kJ/mole (C2+ → C3+ + 3e-)
	Φυσικά χαρακτηριστικά
Σημείο τήξης	3.527 °C (3.800,16 K)
Σημείο βρασμού	4.827 °C (5.100,16 K)
Πυκνότητα	3.520 kg/m3 (0 °C, 1 atm)
	Η κατάσταση αναφοράς είναι η πρότυπη κατάσταση (25°C, 1 Atm); εκτός αν σημειώνεται διαφορετικά

Για άλλες χρήσεις, δείτε: Άνθρακας (αποσαφήνιση).

Ο άνθρακας (λατινικά Carbonium) είναι το αμέταλλο χημικό στοιχείο με σύμβολο C και ατομικό αριθμό 6. Είναι μέλος της ομάδας 14 (IV_A) του περιοδικού πίνακα. Δρα σχεδόν πάντα ως αμέταλλο τετρασθενές στοιχείο, δηλαδή στοιχείο με τέσσερα (4) ηλεκτρόνια διαθέσιμα για τη δημιουργία ομοιοπολικών χημικών δεσμών. Υπάρχουν τρία (3) φυσικά ισοτοπα άνθρακα, από τα οποία τα ¹²C και 13^C είναι σταθερά, ενώ το ¹⁴C είναι ραδιενεργό, με ημικζωή περίπου 5.730 έτη^[1]. Ο άνθρακας είναι ένα από τα λίγα χημικά στοιχεία που είναι γνωστά πό την Αρχαιότητα^[2]

Υπάρχουν αρκετές αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα, από τις οποίες οι πιο γνωστές είναι ο γραφίτης, το διαμάντι και ο άμορφος άνθρακας^[3]. Οι φυσικές ιδιότητες των διαφόρων αλλοτροπικών μορφών του άνθρακα διαφέρουν πολύ. Για παράδειγμα, το διαμάντι είναι το πολύ διαφανές, το πιο σκληρό φυσικό υλικό που είναι γνωστό και με πολύ μικρή ηλεκτρική αγωγιμότητα, ενώ ο γραφίτης είναι αδιαφανής, αρκετά μαλακός για να σχηματίζει μια γραμμή πάνω σε χαρτί και ένας πολύ καλός αγωγός του ηλεκτρισμού. Υπό κανονικές συνθήκες, το διαμάντι, ο ανθρακονανοσωλήνας και το γραφένιο έχουν τις υψηλότερες θερμικές αγωγιμότητες από όλα τα γνωστά υλικά. Όλες οι (γνωστές) αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα, υπό κανονικές συνθήκες, είναι στερεές, με το γραφίτη να έχει την πιο σταθερή θερμοδυναμικά μορφή. Ο γραφίτης είναι μάλιστα (σχετικά) χημικά ανθεκτικός και χρειάζεται υψηλή θερμοκρασία για να αντιδράσει ακόμη και με (καθαρό) οξυγόνο. Η πιο συνηθισμένη βαθμίδα οξείδωσης του άνθρακα στις ανόργανες ενώσεις είναι +4, ενώ η βαθμίδα +2 βρίσκεται (για παράδειγμα) στο μονοξείδιο του άνθρακα και στα καρβονυλικά σύμπλοκα των μεταβατικών μετάλλων. Οι μεγαλύτερες πηγές «ανόργανου άνθρακα» είναι ο ασβεστόλιθος, οι δολομίτες και το διοξείδιο του άνθρακα, αλλά υπάρχουν και σημαντικές ποσότητες οργανικής προέλευσης αποθεμάτων κάρβουνου, τύρφης, πετρελαίου, φυσικού αερίου και μεθανυδρίτες. Ο άνθρακας σχηματίζει το μεγαλύτερο αριθμό ενώσεων από κάθε άλλο χημικό στοιχείο, εφόσον σχεδόν 10.000.000 καθαρές οργανικές ενώσεις έχουν περιγραφεί προς το παρόν, που αποτελούν ένα ελάχιστο κλάσμα των θεωρητικά πιθανών οργανικών ενώσεων που μπορούν να υπάρξουν, υπό κανονικές συνθήκες^[4].

Ο άνθρακας είναι το 15^ο σε αφθονία χημικό στοιχείο (κατά μάζα) στο φλοιό φλοιό της Γης και το 4^ο (κατά μάζα) πιο άφθονο χημικό στοιχείο στο σύμπαν, μετά από το υδρογόνο, το ήλιο και το οξυγόνο. Είναι παρόν σε όλες τις γνωστές μορφές ζωής, ενώ στο ανθρώπινο σώμα ο άνθρακας είναι το δεύτερο (κατά μάζα) πιο άφθονο χημικό στοιχείο, περίπου 18,5%, μετά το οξυγόνο^[5]. Αυτή η (σχετικά υψηλή) αφθονία του άνθρακα, σε συνδυασμό με τη μοναδική του ικανότητα να σχηματίζει τέτοια τεράστια ποικιλία οργανικών ενώσεων, που επιπλέον συχνά μπορούν και να πολυμερίζονται σε σχετικά συνηθισμένες για τη Γη μας συνθήκες, έκαναν αυτό το χημικό στοιχείο τη τη βάση κάθε γνωστής μορφής ζωής, αν και κάποιοι επιστήμονες ισχυρίζονται ότι θα μπορούσαν κι άλλα χημικά στοιχεία (όπως το πυρίτιο), να έχουν ανάλογο ρόλο, κάτω από άλλες συνθήκες, συνηθισμένες σε άλλους πλανήτες.

Χαρακτηριστικά [Επεξεργασία]

Θεωρητικά προβλεπόμενο διάγραμμα «φάσεων» για τον άνθρακα

Ο άνθρακας έχει την υψηλότερη θερμοκρασία εξάχνωσης από όλα τα άλλα χημικά στοιχεία. Υπό πίεση 1 atm δεν έχει σημείο τήξης, και το τριπλό σημείο του βρίσκεται σε πίεση 10,8 ± 0,2 MPa και θερμοκρασία 4.600 ± 300 K (περίπου 4.330 ± 300°C)^[6]^[7], οπότε η θερμοκρασία εξάχνωσής του (υπό πίεση 1 atm) είναι περίπου 3.900 K (περίπου 3.627°C). Ο άνθρακας εξαχνώνεται σε ένα ανθρακικό τόξο, που έχει θερμοκρασία περίπου 5.800 K (περίπου 5.530 °C), οπότε ο άνθρακας, ανεξάρτητα από την αλλοτροπική του μορφή, παραμένει στερεός σε υψηλότερες θερμοκρασίες από τα σημεία τήξης μετάλλων όπως το βολφράμιο ή το ρήνιο. Παρόλο που θερμοδυναμικά έχει τάση για οξείδωση, ο άνθρακας αντιστέκεται στην οξείδωση πιο αποτελεσματικά από χημικά στοιχεία όπως ο σίδηρος και ο χαλκός, που είναι ασθενέστερα αναγωγικά μέσα στη θερμοκρασία δωματίου (20°C).

Ισότοπα [Επεξεργασία]

Κύριο λήμμα: Ισότοπα του άνθρακα

Υπάρχουν τρία (3) φυσικά ισότοπα άνθρακα, από τα οποία ο ¹²C και ο ¹³C είναι σταθερά και ο ¹⁴C ραδιενεργός, με ημιζωή 5.730 έτη^[1].

Κάρβουνο

Ο ¹²C είναι το πιο άφθονο από τα δυο σταθερά ισότοπα του άνθρακα, περιλαμβάνοντας το 98,89% της ύλης του. Περιέχει 6 πρωτόνια και 6 νετρόνια στον πυρήνα του. Επιπλέον, ο ¹²C έχει μια ακόμη ιδιαίτερη σημασία, καθώς αποτελεί το πρότυπο της ατομικής μάζας, αφού $1 \; amu = \frac{1}{12}$ της μάζας του.

Αλλοτροπικές μορφές [Επεξεργασία]

Αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα.

Υπάρχουν αρκετές αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα:

Διαμάντι: Kρυσταλλικό, διαφανές, σκληρό (σκληρότητα 10/10), κακός αγωγός του ηλεκτρισμού. Χρησιμοποιείται ως κόσμημα και όργανο κοπής ή διάνοιξης.
Γραφίτης: Mαλακό (σκληρότητα 2/10) μαύρο στερεό, καλός αγωγός του ηλεκτρισμού. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή μολυβιών, σε ηλεκτρόδια, σε λιπαντικά και ως επιβραδυντής νετρονίων σε πυρηνικούς αντιδραστήρες σχάσης.
Άμορφος άνθρακας(κάρβουνο): Στερεό, η σκληρότητα και το χρώμα του εξαρτώνται από την καθαρότητα, κακός αγωγός του ηλεκτρισμού. Χρησιμοποιείται συνήθως ως καύσιμο και ως αναγωγικό^[3].
Γαιάνθρακες: Ορυκτοί άνθρακες οργανικής προέλευσης σε διάφορες μορφές.
Αιθάλη (Φούμο): Άνθρακας σε μορφή λεπτής κόνεως που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία ελαστικών και για την παρασκευή μελανιών.
Κωκ: ή μεταλλουργικός άνθρακας. Προκύπτει από την ξηρή απόσταξη του λιθάνθρακα και χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία.
Ανθρακικές ίνες: Ενισχύουν την ανθεκτικότητα άλλων υλικών. Είναι γνωστές από την αρχαιότητα.
Μπακμινστερφουλερένιο: που ανακαλύφθηκε το 1985, από τους Κρότο, Κέρλ και Σμόλεϊ, του οποίου το κάθε μόριο αποτελείται από 60 άτομα άνθρακα, τα οποία βρίσκονται ενωμένα σε μορφή σφαίρας. Ανήκει στην ομάδα των φουλερενίων.
Γραφένιο: Είναι μια μορφή του άνθρακα που ανακαλύφθηκε το 2004 και αποτελείται από άτομα άνθρακα διατεταγμένα σε ένα επίπεδο, αντί σε τρεις διαστάσεις όπως συμβαίνει με το ατομικό πλέγμα του γραφίτη.

...............

Ο άνθρακας, χρησιμοποιώντας τη διαθέσιμη ενέργεια που παρέχουν οι κανονικές συνθήκες κρυσταλλώνει σε γραφίτη (άνω). Σε συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας (άνω των 3500 °C) και πίεσης που αντιστοιχούν σε βάθη 140-190 χιλιομέτρων στο γήινο φλοιό και διαθέσιμο χρόνο από 1 ως και 3.3 δισεκατομμύρια χρόνια, κρυσταλλώνει με πιο πυκνή διάταξη των ατόμων του σε διαμάντι (κάτω).

Βιολογία [Επεξεργασία]

Ο άνθρακας είναι ένα από τα 27 απαραίτητα χημικά στοιχεία για τη ζωή. Ο άνθρακας, το υδρογόνο, το οξυγόνο και το άζωτο μαζί αποτελούν το 96% (κατά μέσο όρο και κατά βάρος) των ζωντανών οργανισμών.

Aναφορές και σημειώσεις [Επεξεργασία]

↑ ^1,0 ^1,1 Carbon – Naturally occurring isotopes". WebElements Periodic Table. Retrieved 2008-10-09.
↑ History of Carbon". Retrieved 2013-01-10.
↑ ^3,0 ^3,1 "World of Carbon – Interactive Nano-visulisation in Science & Engineering Education (IN-VSEE)". Retrieved 2008-10-09.
↑ Chemistry Operations (December 15, 2003). "Carbon". Los Alamos National Laboratory. Archived from the original on 2008-09-13. Retrieved 2008-10-09.
↑ "Biological Abundance of Elements". The Internet Encyclopedia of Science. Retrieved 2008-10-09.
↑ Haaland, D (1976). "Graphite-liquid-vapor triple point pressure and the density of liquid carbon". Carbon 14 (6): 357. doi:10.1016/0008-6223(76)90010-5.
↑ Savvatimskiy, A (2005). "Measurements of the melting point of graphite and the properties of liquid carbon (a review for 1963–2003)". Carbon 43 (6): 1115. doi:10.1016/j.carbon.2004.12.027.

Πηγές [Επεξεργασία]

Sargent-Welch Scientific Company.
http://el.science.wikia.com/wiki/Γραφένιο

Δείτε επίσης [Επεξεργασία]

Αυτό το λήμμα που σχετίζεται με ένα χημικό στοιχείο χρειάζεται επέκταση. Βοηθήστε τη Βικιπαίδεια επεκτείνοντάς το!

Στο λήμμα αυτό έχει ενσωματωθεί κείμενο από το λήμμα Carbon της Αγγλόγλωσσης Βικιπαίδειας, η οποία διανέμεται υπό την GNU FDL και την CC-BY-SA 3.0. (ιστορικό/συντάκτες).

[isotopes-1] 1,0 ^1,1 Carbon – Naturally occurring isotopes". WebElements Periodic Table. Retrieved 2008-10-09.

[2] History of Carbon". Retrieved 2013-01-10.

[therm_prop-3] 3,0 ^3,1 "World of Carbon – Interactive Nano-visulisation in Science & Engineering Education (IN-VSEE)". Retrieved 2008-10-09.

[lanl-4] Chemistry Operations (December 15, 2003). "Carbon". Los Alamos National Laboratory. Archived from the original on 2008-09-13. Retrieved 2008-10-09.

[5] "Biological Abundance of Elements". The Internet Encyclopedia of Science. Retrieved 2008-10-09.

[6] Haaland, D (1976). "Graphite-liquid-vapor triple point pressure and the density of liquid carbon". Carbon 14 (6): 357. doi:10.1016/0008-6223(76)90010-5.

[7] Savvatimskiy, A (2005). "Measurements of the melting point of graphite and the properties of liquid carbon (a review for 1963–2003)". Carbon 43 (6): 1115. doi:10.1016/j.carbon.2004.12.027.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

Άνθρακας

Πίνακας περιεχομένων

Χαρακτηριστικά [Επεξεργασία]

Ισότοπα [Επεξεργασία]

Αλλοτροπικές μορφές [Επεξεργασία]

Βιολογία [Επεξεργασία]

Aναφορές και σημειώσεις [Επεξεργασία]

Πηγές [Επεξεργασία]

Δείτε επίσης [Επεξεργασία]

Μενού πλοήγησης

Προσωπικά εργαλεία

Χώροι ονομάτων

Παραλλαγές

Εμφανίσεις

Ενέργειες

Αναζήτηση

Πλοήγηση

Συμμετοχή

Εκτύπωση/εξαγωγή

Εργαλειοθήκη

Άλλες γλώσσες