Άνθρακας

Άνθρακας
Βόριο ← Άνθρακας → Άζωτο - ↑ C ↓ Si Περιοδικός Πίνακας
Ακατέργαστο διαμάντι
Γραφίτης
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	3.5276 °C (3.800,16 K)
Σημείο βρασμού	4.027 °C (4.300,16 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

Ο άνθρακας είναι αμέταλλο χημικό στοιχείο με σύμβολο C (carbon) και ατομικό αριθμό 6. Είναι μέλος της ομάδας IV_A (14) στον περιοδικό πίνακα. Δρα σχεδόν πάντα ως τετρασθενές στοιχείο, σχηματίζοντας 4 δεσμούς, συνήθως ομοιοπολικούς. Ο άνθρακας είναι ένα από τα λίγα χημικά στοιχεία που είναι γνωστά από την Αρχαιότητα.

Υπάρχουν αρκετές αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα (δείτε παρακάτω). Όλες οι αλλοτροπικές μορφές άνθρακα είναι πολύ σταθερές χημικά και απαιτούν υψηλή θερμοκρασία για να αντιδράσουν με το οξυγόνο ή άλλα στοιχεία και ενώσεις. Οι πιο συνηθισμένες βαθμίδες οξείδωσης του άνθρακα είναι ±4, αλλά και η +2 συναντιέται στο μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και στα καρβονυλικά σύμπλοκα μεταβατικών μετάλλων.

Οι μεγαλύτερες ανόργανες πηγές άνθρακα στη Γη είναι ο ασβεστόλιθος, ο δολομίτης και το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂). Σημαντικές πηγές οργανικής προέλευσης άνθρακα αποτελούν οι γαιάνθρακες, η τύρφη, το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και το παγοεγκλωβισμένο μεθάνιο.

Ο άνθρακας σχηματίζει το σύνολο των οργανικών ενώσεων, εκ των οποίων οι μελετημένες αριθμούν περίπου 10.000.000, ενώ θεωρητικά είναι άπειρες.

Ο άνθρακας είναι το 4^ο πιο άφθονο χημικό στοιχείο (κατά μάζα) στο σύμπαν, μετά το υδρογόνο, το ήλιο και το οξυγόνο. Είναι ακόμη το 15^ο πιο άφθονο χημικό στοιχείο (κατά μάζα) στο γήινο φλοιό. Βρίσκεται σε όλες τις γνωστές μορφές ζωής. Στο ανθρώπινο σώμα ο άνθρακας είναι το δεύτερο πιο άφθονο χημικό στοιχείο (κατά μάζα), περίπου 18,5%, μετά το οξυγόνο. Αυτή η αρκετά υψηλή σχετικά αφθονία, συνδυασμένη με τη μοναδική ικανότητα του άνθρακα να σχηματίζει την τεράστια ποικιλία των οργανικών ενώσεων που συχνά μπορούν να πολυμερίζονται σε σχετικά συνηθισμένες συνθήκες στη Γη, έκαναν αυτό το χημικό στοιχείο 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.

Ισότοπα

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.

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

Αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα.

Υπάρχουν αρκετές αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα:

1. Διαμάντι: Kρυσταλλικό, διαφανές, σκληρό (σκληρότητα 10/10), κακός αγωγός του ηλεκτρισμού. Χρησιμοποιείται ως κόσμημα και όργανο κοπής ή διάνοιξης.
2. 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.
3. 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.
4. Γαιάνθρακες: Ορυκτοί άνθρακες οργανικής προέλευσης σε διάφορες μορφές.
5. Αιθάλη (Φούμο): Άνθρακας σε μορφή λεπτής κόνεως που χρησιμοποιείται στη βιομηχανία ελαστικών και για την παρασκευή μελανιών.
6. Κωκ: ή μεταλλουργικός άνθρακας. Προκύπτει από την ξηρή απόσταξη του λιθάνθρακα και χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία.
7. Ανθρακικές ίνες: Ενισχύουν την ανθεκτικότητα άλλων υλικών. Είναι γνωστές από την αρχαιότητα.
8. 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.
9. 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

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.

Πηγές

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

Δείτε επίσης

• Περιοδικός πίνακας
• Χημική ένωση
• Οργανική χημεία