ذرة الكربون : الخصائص ، الهيكل ، التهجين

نفسر ما هو الكربون ، ولماذا هذا العنصر مهم جدًا للحياة وما هي خصائصه الرئيسية.

يمكن دمجه مع كل من المعادن وغير المعدنية.

ما هي ذرة الكربون ؟

الكربون هو العنصر الأغلبية على الأرض ، وضروري للحياة . إنه المكون الرئيسي للمادة العضوية ؛ كما أنه يدمج المنتج النهائي لعملية التمثيل الغذائي لمعظم الكائنات الحية وعملية الاحتراق: ثاني أكسيد الكربون .

يوجد الكربون تحت العديد من الهياكل وأيضًا بطريقة غير متبلورة ؛ غالبًا ما تكون خصائصها الفيزيائية متناقضة جدًا. لها خاصية القدرة على الاندماج مع جميع العناصر تقريبًا ؛ يمكن دمجه مع كل من المعادن وغير المعدنية (أمثلة: كربيد الكالسيوم ، ثاني كبريتيد الكربون ، الكلوروفورم ، إلخ).

يقدر عدد المركبات الكربونية بنحو 10 ملايين ، كثير منها ضروري للحياة على الكوكب .

أدناه ، كموجز ، خصائص وخصائص الكربون.

أنظر أيضا: الكيمياء العضوية .

خصائص ذرة الكربون :

1. العدد الذري 6 والعدد الكتلي 12

يحتوي الكربون على 6 بروتونات و 6 نيوترونات في نواته.

هذا يعني أن نواتها تحتوي على 6 بروتونات و 6 نيوترونات ، وأن هذه النواة محاطة بـ 6 إلكترونات. يتم توزيع هذه الإلكترونات في هيكلها بالطريقة التالية: اثنان في مستواه الأول (يسمى s ) وأربعة في مستواه الثاني (يسمى p ).

2. إنه رباعي التكافؤ

هذا يعني ، كما لوحظ ، أن لديها 4 إلكترونات تدور عند مستوى الطاقة الأخير ، والتي يمكن أن تتحد مع الإلكترونات الخارجية من الذرات الأخرى ، غالبًا الكربون أيضًا ، لتشكيل روابط تساهمية .

3. ثلاثة تهجين محتمل

بفضل تلك الإلكترونات الأربعة الموجودة في الغلاف الخارجي والتي يمكن أن تتحد مع إلكترونات من ذرات أخرى ، يمكن لذرة الكربون أن تشكل ثلاثة أنواع من الروابط ، والتي لها آثار على الهندسة الجزيئية النهائية. يمكن أن تكون هذه الروابط:

• بسيط (تهجين sp3)
• الزوجي (تهجين sp2)
• ثلاثي (sp تهجين)

4. ثلاثة تكوينات ممكنة

تحدد الرابطة الثلاثية تشكيل بنية خطية بزوايا 180 درجة.

نظرًا لأن نوع الرابطة يحدد زاوية الرابطة ، فهناك ثلاثة أشكال هندسية جزيئية محتملة عندما يشارك الكربون في الرابطة:

• تحدد الرابطة البسيطة تشكيل رباعي السطوح بزوايا 109.5 درجة
• تحدد الرابطة المزدوجة تشكيل هيكل مثلث مسطح بزوايا 120 درجة
• تحدد الرابطة الثلاثية تشكيل بنية خطية بزوايا 180 درجة

5. ثلاث درجات من التفاعل

تحدد الرابطة البسيطة المسافة الأكبر بين ذرات الكربون (1.54 Armstrongs) وبالتالي ، الاستقرار الأكبر أو التفاعل الأقل (مستوى الطاقة: 347 Kj / mol). الرابطة المزدوجة “تجمع” ذرات الكربون (1.34 Armstrongs) وتجعل الرابطة أكثر تفاعلًا (598 Kj / mol). الرابطة الثلاثية هي الرابطة التي تقرب ذرات الكربون من بعضها البعض (1.20 Armstrongs) ، لذا فهذه هي الأكثر تفاعلًا (811 Kj / mol).

6. تشابه نسبي مع السيليكون

الكربون هو أول عضو في المجموعة الرابعة في الجدول الدوري للعناصر. يتبع السيليكون في هذه المجموعة نفسها ، والتي تحتوي أيضًا على 4 إلكترونات في غلافها الخارجي. ومع ذلك ، لا يمكن للسيليكون تكوين روابط متعددة بين السيليكون والسيليكون بسبب التنافر الناتج عن عدد أكبر من الإلكترونات الداخلية ، مما يعني أن الذرات لا يمكن أن تقترب بدرجة كافية.

7. لديه تآصل

الجرافيت هو أحد أهم المتآصلات للكربون.

هذا يعني أنه يمكن أن يحدث تحت تراكيب جزيئية مختلفة ، في نفس الحالة الفيزيائية ، اعتمادًا على ظروف التكوين. أهم متآصلات الكربون هي:

• الماس
• الجرافيت
• لونسداليت
• بوكمينستر فوليرين
• أنابيب الكربون
• كربون غير متبلور
• الجرافين

8. يقدم النظائر

يحتوي الكربون على نظيرين طبيعيين فقط: الكربون 12 ، وهو الأغلبية (98.90٪) ، والكربون 13 ، الموجود بنسبة ضئيلة (1.10٪). بالإضافة إلى ذلك ، هناك ثلاثة عشر نظيرًا غير مستقر يتراوح عمرها النصفي أو نصف العمر من 200 نانوثانية (كما في الكربون 22) إلى 5730 عامًا (كما في الكربون 14). يستخدم الكربون 13 في الدراسات الهيكلية (خاصة الرنين المغناطيسي النووي) ، ويستخدم الكربون 14 لتأريخ الأشياء الأثرية ، نظرًا لعمرها النصفي الطويل جدًا.

9. يتم دمجها بسهولة

يقدر أن هناك حوالي 10 ملايين مركب كربون.

يمكن أن يتحد الكربون مع كل من المعادن وغير المعدنية (أمثلة: كربيد الكالسيوم وثاني كبريتيد الكربون والكلوروفورم وما إلى ذلك). تشير التقديرات إلى وجود حوالي 10 ملايين مركب كربون ، كثير منها ضروري للحياة.

10. كيكولي وأسس الكيمياء العضوية

افترض الكيميائي الألماني August Kekulé في عام 1858 نظرية بنيوية جعلت من الممكن تفسير ظاهرة الرنين للبنزين ، المكونة من 6 ذرات كربون و 6 ذرات هيدروجين. كان هذا أساسيًا كمقدمة لمفهوم الرابطة التساهمية التي قدمها لويس ، والتي تعمل كأساس لفهم كيمياء الكربون بشكل عام.