פחמן הוא יסוד כימי עם מספר אטומי (Z) השווה ל- 6, כלומר באטומים היוצרים אותו יש שישה פרוטונים בגרעין שלהם. המסה הטוחנת שלו היא 12,011 גרם למול ושלושה איזוטופים של פחמן נמצאים בטבע שהם: o פחמן -12, פחמן -13 ו פחמן -14. ל- C-12 שישה פרוטונים ושישה נויטרונים בגרעין והוא הנפוץ ביותר.
איור אטום פחמן 12
ל- C-13 שבעה נויטרונים והוא הכי פחות נפוץ (1.01 עד 1.14%). ל- C-14 שמונה נויטרונים והוא a יסוד רדיואקטיבי הפולט חלקיקי β (אלקטרונים), הנוצרים בסטרטוספירה של כדור הארץ כאשר נויטרונים של קרני קוסמה מפציצים את החנקן -14 הקיים בשכבות עליונות אלה של האטמוספירה. הוא משולב על ידי כל הצמחים ובעלי החיים, וידע שמחצית החיים שלו הוא כ -5730 שנה, משמש לקביעת גיל המאובנים בין 100 ל -40,000 שנה. פרטים נוספים על C-14 וטכניקת היכרויות ניתן לראות בטקסט. מהו פחמן 14?
פחמן הוא רב-ערכי, כלומר הוא זקוק לארבעה פרוטונים נוספים בשכבת הערכיות שלו (השכבה החיצונית ביותר) כדי לציית לכלל האוקטט. לכן, בדרך כלל הוא יוצר ארבעה קשרים קוולנטיים, המשתף ארבעה זוגות אלקטרונים עם יסודות אחרים כמו גם פחמנים אחרים. קשרים אלה יכולים להיות יחידים, כפולים או משולשים וכתוצאה מכך נוצרים מיליוני תרכובות שונות. מסיבה זו נוצר אזור כימיה, ה-
כימיה אורגנית, החוקרת את התרכובות העיקריות שמקורן בפחמן, למעט מקרים מסוימים שמקורם מינרלי, כגון פחמן דו חמצני (CO2), O פחמן חד חמצני (CO), O סידן פחמתי (CaCO3), נתרן מימן פחמתי או נתרן ביקרבונט (NaHCO3), בין אחרים. תרכובות אלו נחקרות ב כימיה אנאורגנית.פחמן מבצע אלוטרופיה, ויוצר חומרים פשוטים, כלומר חומרים הנוצרים רק על ידי קשרים בין אטומי פחמן. ישנם לפחות שבעה אלוטרופים של פחמן, שהם גרפיט (אלפא ובטא), יהלום, לונסדיילייט (יהלום משושה), צ'איט, פחמן (VI) ופולרנים. ישנם למעשה כמה סוגים של פולרנים, שהם צורות אלוטרופיות סינתטיות של פחמן. יש להם מבנה רב-כיווני עם אטום פחמן בכל קודקוד ודוגמא לכך היא Ç60 שקוראים לו באקמינסטרפולרןוהמבנה שלו נראה כמו כדורגל.
אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)
פחמן -60 (באקמינסטרפולרן)
עם זאת, בין אלוטרופיים אלה של פחמן, ישנם רק שניים טבעיים. גרָפִיטזה מ יהלום. הם נבדלים רק על ידי סידור הגבישים של האטומים בחלל, כפי שמוצג באיור להלן, והדבר גורם לתכונות פיזיקוכימיות שונות לחלוטין. קרא את הטקסט אלוטרופיה פחמנית למידע נוסף.
שתי הצורות הטבעיות האלוטרופיות של פחמן הן גרפיט ויהלום.
צורה אלוטרופית סינתטית נוספת של פחמן היא צינורות ננו (תמונה למטה) הכוללים יישומים ביולוגיים רחבים, כולל אבחון וטיפולים רפואיים.
איור של צינור פחמן מיקרוסקופי
לכן, פחמן קיים בכל מה שמסביבנו ובתוכנו, כי הוא מלחין תרכובות אורגניות טבעיות - כגון דלקים מאובנים, הכוללים נפט, פחם וגז טבעי, ודלקים אחרים כגון אתנול ודלקים ביולוגיים - מוצרים חקלאיים, בין היתר. גם צורה תרכובות אורגניות סינטטיות, כמו סיבים סינטטיים המרכיבים בדים, תרופות, פולימרים המרכיבים פלסטיק וגומיות, קוטלי חרקים, צבעים ועוד. בתוכנו, בעלי חיים וירקות, פחמן יוצר תרכובות חשובות מאוד, כמו פחמימות, כמו סוכר, גלוקוז ותאית; החלבונים היוצרים, למשל, DNA, ויוצרים יחד עם ליפידים את קרומי כדוריות הדם האדומות ותאי הדם הלבנים.
כל זה מראה את חשיבות הפחמן לקיום החיים. אבל זה נקשר גם להיבטים שליליים, כמו התעצמות אפקט החממה והתוצאה התחממות גלובלית, זאת מכיוון שהנבל העיקרי לבעיות אלה הוא תרכובת הפחמן הדו-חמצני שלה (CO2). בעיקר בשל שריפתם הגדולה של דלקים מאובנים המשחררים גז זה, ריכוז CO2 באווירה גדל. כגז חממה הוא גורם לבעיות שהוזכרו. מצד שני, פחמן דו חמצני קיים גם בתגובות חיוניות כמו פוטוסינתזה ונשימה.
מאת ג'ניפר פוגאצה
בוגר כימיה
