Άνθρακας: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Ο '''άνθρακας''' ([[λατινική γλώσσα|λατινικά]] ''carbonium'', [[αγγλική γλώσσα|αγγλικά]] ''carbon'') είναι το [[αμέταλλα|αμέταλλο]] [[Χημικά στοιχεία|χημικό στοιχείο]] με [[χημικό σύμβολο]] '''C''' και [[ατομικός αριθμός|ατομικό αριθμό]] [[6 (αριθμός)|6]]. Είναι μέλος της [[ομάδα του άνθρακα|ομάδας 14]] (πρώην IV_A) του [[περιοδικός πίνακας|περιοδικού πίνακα]]. Δρα σχεδόν πάντα ως αμέταλλο [[τετρασθενές στοιχείο]], δηλαδή το [[άτομο|άτομό]] του έχει [[4 (αριθμός)|τέσσερα (4)]] [[ηλεκτρόνιο|ηλεκτρόνια]] διαθέσιμα για τη δημιουργία [[ομοιοπολικός δεσμός|ομοιοπολικών]] [[χημικός δεσμός|χημικών δεσμών]]. Υπάρχουν [[3 (αριθμός)|τρία (3)]] φυσικά [[ισότοπο|ισοτοπα]] άνθρακα, από τα οποία o [[άνθρακας-12|¹²C]] και ο [[άνθρακας-13|¹³C]] είναι σταθερά, ενώ ο [[άνθρακας-14|¹⁴C]] είναι [[ραδιενέργεια|ραδιενεργό]], με [[ημιζωή]] περίπου 5.730 [[έτος|έτη]]<ref name="isotopes">Carbon – Naturally occurring isotopes". WebElements Periodic Table. Retrieved 2008-10-09.</ref>. Ο άνθρακας είναι [[Χρονοδιάγραμμα ανακάλυψης των χημικών στοιχείων|ένα από τα λίγα χημικά στοιχεία που είναι γνωστά από την]] [[Αρχαιότητα]]<ref>History of Carbon". Retrieved 2013-01-10.</ref>

 

 

{{κύριο|Αλλότροπα του άνθρακα}}

Ο [[ατομικός άνθρακας]] είναι ένα πολύ βραχύβιο χημικό είδος και γι' αυτό ο (στοιχειακός) άνθρακας σταθεροποιείται σε διάφορες πολυατομικές δομές με διάφορες μοριακές διαμορφώσεις, που ονομάζονται [[αλλοτροπία|αλλοτροπικές μορφές]] του άνθρακα. Οι τρεις (3) (σχετικώς) ευρύτερα γνωστές από τις αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα είναι ο [[άμορφος άνθρακας]], ο [[γραφίτης]] και το [[διαμάντι]]. Υπάρχουν όμως και άλλες. Για παράδειγμα, τα [[φουλερένιο|φουλλερένια]] (''fullerenes'') θεωρούνταν κάποτε «εξωτικές» αλλοτροπικές μορφές, αλλά αυτόν τον καιρό συχνά συνθέτονται και χρησιμοποιούνται στην έρευνα: Περιλαμβάνουν τα [[μπακμινστερφουλλερένια]] (''buckminsterfullerenes'')<ref name="buckyballs">Unwin, Peter. "Fullerenes(An Overview)". Retrieved 2007-12-08.</ref><ref name="nanotubes">Ebbesen, T. W., ed. (1997). Carbon nanotubes—preparation and properties. Boca Raton, Florida: CRC Press. ISBN 0-8493-9602-6.</ref>, τους [[νανοσωλήνας άνθρακα|νανοσωλήνες άνθρακα]] (''carbon nanotubes'')<ref name="nanotubes2">Dresselhaus, M. S.; Dresselhaus, G.; Avouris, Ph., ed. (2001). "Carbon nanotubes: synthesis, structures, properties and applications". Topics in Applied Physics (Berlin: Springer) 80. ISBN 3-540-41086-4.</ref>, τα [[νανομπουμπούκια άνθρακα]] (''carbon nanobuds'')<ref name="nanobuds">Nasibulin, Albert G.; Pikhitsa, P.V.; Jiang, H.; Brown, D. P.; Krasheninnikov, A.V.; Anisimov, A. S.; Queipo, P.; Moisala, A. et al. (2007). "A novel hybrid carbon material". Nature Nanotechnology 2 (3): 156–161. Bibcode:2007NatNa...2..156N. doi:10.1038/nnano.2007.37. PMID 18654245.</ref> και τα [[Ανθρακόνημα|νανοανθρακονήματα]] (''nanofibers'')<ref>Nasibulin, A; Anisimov, Anton S.; Pikhitsa, Peter V.; Jiang, Hua; Brown, David P.; Choi, Mansoo; Kauppinen, Esko I. (2007). "Investigations of NanoBud formation". Chemical Physics Letters 446: 109–114. Bibcode:2007CPL...446..109N. doi:10.1016/j.cplett.2007.08.050.</ref><ref>Vieira, R; Ledoux, Marc-Jacques; Pham-Huu, Cuong (2004). "Synthesis and characterisation of carbon nanofibers with macroscopic shaping formed by catalytic decomposition of C2H6/H2 over nickel catalyst". Applied Catalysis A 274: 1–8. doi:10.1016/j.apcata.2004.04.008.</ref>. Αρκετές ακόμη εξωτικές αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα έχουν ανακαλυφθεί, όπως ο [[λονσδαλεΐτης]] (''lonsdaleite'')<ref name="lonsdaletite">Clifford, Frondel; Marvin, Ursula B. (1967). "Lonsdaleite, a new hexagonal polymorph of diamond". Nature 214 (5088): 587–589. Bibcode:1967Natur.214..587F. doi:10.1038/214587a0.</ref>,

ο [[υαλώδης άνθρακας]] (''glassy carbon'')<ref name="glassy carbon">Harris, PJF (2004). "Fullerene-related structure of commercial glassy carbons". Philosophical Magazine 84 (29): 3159–3167. Bibcode:2004PMag...84.3159H. doi:10.1080/14786430410001720363.</ref>, ο [[νανοαφρός άνθρακα]] (''carbon nanofoam'')<ref>Rode, A. V.; Hyde, S. T.; Gamaly, E. G.; Elliman, R. G.; McKenzie, D. R.; Bulcock, S. (1999). "Structural analysis of a carbon foam formed by high pulse-rate laser ablation". Applied Physics A-Materials Science & Processing 69 (7): S755–S758. doi:10.1007/s003390051522.</ref> και το [[καρβύνιο]] (''carbyne'') ή «γραμμικός [[αιθίνιο|ακετυλενικός]] άνθρακας» (''linear acetylenic carbon'')<ref name=LAC>Heimann, Robert Bertram; Evsyukov, Sergey E. and Kavan, Ladislav (28 February 1999). Carbyne and carbynoid structures. Springer. pp. 1–. ISBN 978-0-7923-5323-2. Retrieved 2011-06-06.</ref>

Μια άλλη αλλοτροπική μορφή είναι ο «νανοαφρός άνθρακα» (''carbon nanofoam''), που είναι μια [[μαγνητισμός|σιδηρομαγνητική]] αλλομορφή του άνθρακα, που ανακαλύφθηκε το [[1997]]. Αποτελείται από χαμηλής πυκνότητας συγκροτήματα ατόμων άνθρακα, συγκρατημένες με ένα χαλαρό τρισδιάστατο δίκτυο, στο οποίο τα άτομα συνδέονται τριγωνικά σε εξαμελείς (ή και επταμελείς) δακτυλίους. Είναι ανάμεσα στα ελαφρύτερα γνωστά στερεά σώματα, με πυκνότητα περίπου 2&nbsp;kg/m³<ref>Schewe, Phil and Stein, Ben (March 26, 2004). "Carbon Nanofoam is the World's First Pure Carbon Magnet". Physics News Update 678 (1).</ref>. Παρομοίως, ο «υαλώδης άνθρακας» (''glassy carbon'') περιέχει ένα υψηλό ποσοστό [[πορωσιμότητα]]ς<ref name="glassy carbon"/>, αλλά σε αντιδιαστολή με τον κανονικό γραφίτη στον οποίο τα γραφιτικά «φύλλα» είναι ενωμένα μεταξύ τους, όπως οι σελίδες σε ένα [[βιβλίο]], στον υαλώδη άνθρακα έχουν μια πιο τυχαία διάταξη. Στο «καρβύνιο» (''carbyne'') ή «γραμμικό ακετυλενικό άνθρακα» (''linear acetylenic carbon'')<ref name=LAC/> τα «μόρια» έχουν δομή -(C≡C)_n-<ref name=LAC/>. Ο άνθρακας σε αυτήν την αλλομορφή του έχει υβριδισμό sp και είναι ένα πολυμερές με εναλλαγή απλών και τριπλών δεσμών. Αυτή η αλλομορφή παρουσιάζει ένα αξιόλογο ενδιαφέρον για τη νανοτεχνολογία, γιατί ο [[συντελεστής ελαστικότητας Γιανκ]] (''Young's modulus'') γι' αυτό (δηλαδή το καρβύνιο) είναι [[40 (αριθμός)|40πλάσιος]] από αυτό του σκληρότερου γνωστού φυσικού υλικού, δηλαδή του διαμαντιού<ref>Itzhaki, Lior; Altus, Eli; Basch, Harold; Hoz, Shmaryahu (2005). "Harder than Diamond: Determining the Cross-Sectional Area and Young's Modulus of Molecular Rods". Angew. Chem. Int. Ed. 44 (45): 7432–5. doi:10.1002/anie.200502448. PMID 16240306.</ref>.

{|

|- align="center" style="border: 1px solid" width=500

|- align="center"

|-

||<small>Ο άνθρακας, χρησιμοποιώντας τη διαθέσιμη [[ενέργεια]] που παρέχουν οι [[κανονικές συνθήκες]] κρυσταλλώνεται σε [[γραφίτης|γραφίτη]] (άνω). Σε συνθήκες υψηλής [[θερμοκρασία]]ς (άνω των 3500&nbsp;°C) και [[πίεση]]ς, που αντιστοιχούν σε βάθη 140-190 [[χιλιόμετρο|χιλιομέτρων]] στο [[γήινος φλοιός|γήινο φλοιό]], και διαθέσιμο χρόνο από 1 ως και 3.3 δισεκατομμύρια χρόνια, κρυσταλλώνεται με πιο πυκνή διάταξη των ατόμων του, δηλαδή σε [[διαμάντι]] (κάτω).</small>

 

=== Φυσική παρουσία ===

 

Ο άνθρακας είναι το τέταρτο πιο άφθονο χημικό στοιχείο κατά μάζα στο σύμπαν, μετά από το υδρογόνο, το ήλιο και το οξυγόνο. Ο άνθρακας είναι άφθονος στον Ήλιο, στα άστρα, στους [[κομήτης|κομήτες]] και στις ατμόσφαιρες των περισσότερων πλανητών. Κάποιοι [[μετεωρίτης|μετεωρίτες]] περιέχουν μικροσκοπικά διαμάντια που σχηματίστηκαν όταν το ηλιακό σύστημα ήταν ακόμη ένας [[πρωτοπλανητικός δίσκος]]. Μικροσκοπικά διαμάντια επίσης μπορούν να σχηματιστούν με τη συνύπαρξη έντονης πίεσης και υψηλής θερμοκρασίας στα σημεία σύγκρουσης μετεωριτών<ref>Mark, Kathleen (1987). Meteorite Craters. University of Arizona Press. ISBN 0-8165-0902-6.</ref>.

 

{{Κύριο|Κύκλος του άνθρακα}}

Στις γήινες συνθήκες, η μετατροπή ενός χημικού στοιχείου σε ένα άλλο είναι πολύ σπάνια. Γι' αυτό, η ποσότητα του άνθρακα στη Γη είναι ουσιαστικά σταθερή. Έτσι, διεργασίες που χρησιμοποιούν άνθρακα πρέπει να τον λάβουν από κάπου, και να αποθέσουν το προϊόν της διεργασίας κάπου αλλού. Οι διαδρομές που ακολουθεί ο άνθρακας μέσα στο (γήινο) περιβάλλον σχηματίζει το λεγόμενο [[κύκλος του άνθρακα|κύκλο του άνθρακα]] (''carbon cycle''), μια διεργασία φυσικής [[ανακύκλωση]]ς του γήινου άνθρακα. Για παράδειγμα, τα [[φυτά]] απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και το χρησιμοποιούν για να παράξουν [[βιομάζα]], με τη διεργασία της [[αναπνοή του άνθρακα|αναπνοής άνθρακα]] (''carbon respiration'') ή τον [[κύκλος του Κάλβιν|κύκλο του Κάλβιν]] (''Calvin cycle''), μια διεργασία [[δέσμευση του άνθρακα|δέσμευσης του άνθρακα]]. Κάποια από αυτήν τη βιομάζα (των φυτών) τρώγεται από τα [[ζώα]], όπου κάποια ποσότητα από αυτόν τον άνθρακα εκπνέεται από αυτά τα ζώα ως διοξείδιο του άνθρακα. Ο κύκλος του άνθρακα είναι σημαντικά πιο πολύπλοκος από αυτόν το μικρό κύκλο: Για παράδειγμα, κάποια ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα διαλύεται στους ωκεανούς. Τα νεκρά φυτά και ζώα μπορεί να καταναλωθούν από βακτήρια ή και να μετατραπούν σε πετρέλαιο ή γαιάνθρακα, που μπορούν να καούν και να απελευθερώσεουν διοξείδιο του άνθρακα<ref>Falkowski, P; Scholes, RJ; Boyle, E; Canadell, J; Canfield, D; Elser, J; Gruber, N; Hibbard, K et al. (2000). "The Global Carbon Cycle: A Test of Our Knowledge of Earth as a System". Science 290 (5490): 291–296. Bibcode:2000Sci...290..291F. doi:10.1126/science.290.5490.291. PMID 11030643.</ref><ref>Smith, T. M.; Cramer, W. P.; Dixon, R. K.; Leemans, R.; Neilson, R. P.; Solomon, A. M. (1993). "The global terrestrial carbon cycle". Water, Air, & Soil Pollution 70: 19–37. doi:10.1007/BF01104986.</ref>.

 

 

=== Οργανικές ενώσεις ===

 

Ο άνθρακας έχει την ικανότητα να σχηματίζει πολύ μακρυές αλυσίδες με δεσμούς C-C. Αυτή η ιδιότητα ονομάζεται [[αλυσοποίηση]] (''catenation''). Οι δεσμοί C-C είναι ισχυροί και σταθεροί. Αυτή η ιδιότητα επιτρέπει τον άνθρακα να μπορεί να σχηματίσει ένα σχεδόν άπειρο αριθμό πιθανών ενώσεων. Στην πραγματικότητα, οι γνωστές ανθρακούχες ενώσεις είναι περισσότερες από τις ενώσεις όλων των υπόλοιπων χημικών στοιχείων, εκτός από αυτές του υδρογόνου, γιατί οι περισσότερες [[οργανικές ενώσεις]] περιέχουν υδρογόνο.

== Ιστορία και ετυμολογία ==

 

 

Ο άνθρακας ανακαλύφθηκε κατά την [[Προϊστορία]] και ήταν γνωστό στις μορφές της αιθάλης και του ξυλοκάρβουνου από τους παλαιότερους ανθρώπινους [[πολιτισμός|πολιτισμούς]]. Τα διαμάντια ήταν γνωστά πιθανώς από το 2500 π.Χ. στην [[Κίνα]], ενώ ο άνθρακας με τη μορφή του ξυλοκάρβουνου παραγόταν κατά τη [[αρχαία Ρώμη|Ρωμαϊκή Εποχή]] με την ίδια χημεία που παράγεται και σήμερα, δηλαδή με θέρμανση μιας πυραμίδας από ξύλα καλυμένης με πηλό, για να αποκλειστεί η είσοδος αέρα<ref>Chinese made first use of diamond". BBC News. 17 May 2005. Retrieved 2007-03-21.</ref><ref>van der Krogt, Peter. "Carbonium/Carbon at Elementymology & Elements Multidict". Retrieved 2010-01-06.</ref>.

 

== Εφαρμογές ==

 

Ο άνθρακας είναι ζωτικής σημασίας για όλες τις γνωστές μορφές ζωής, δηλαδή χωρίς αυτόν δεν εννοείται ζωή, τουλάχιστον όπως την ξέρουμε (δείτε την [[εναλλακτική βιοχημεία]], για κάποιες υποθετικές αντιρρήσεις). Η κύρια οικονομική χρήση του άνθρακα, πέρα από τη χρήση ανθρακούχων τροφών και της [[ξυλεία]]ς, γίνεται με τη μορφή των [[υδρογονάνθρακες|υδρογονανθράκων]], με μεγαλύτερη έμφαση στα καύσιμα που προέρχονται από το [[φυσικό αέριο]] και το [[πετρέλαιο|αργό πετρέλαιο]]. Το αργό πετρέλαιο χρησιμοποιείται από την [[πετροχημική βιομηχανία]] για την παραγωγή, μεταξύ άλλων, [[βενζίνη]]ς και [[κηροζίνη]]ς, μέσω της διεργασίας της [[διυλιστήριο|διύλισης]], σε διυλιστήρια. Η [[κυτταρίνη]] είναι ένα φυσικό ανθρακούχο πολυμερές που παράγεται από τα [[φυτά]], αν και συνήθως λαμβάνεται από το [[βαμβάκι]], το [[λινάρι]] και την [[κάνναβη]]. Η κυτταρίνη χρησιμοποιείται κυρίως για τη διατήριση της δομής των φυτών. Υπάρχουν και ζωικής προέλευσης οικονομικώς πολύτιμα φυσικά ανθρακούχα πολυμερή, όπως το [[μαλλί]], το [[κασμίρι]] και το [[μετάξι]]. Τα [[πλαστικά]] είναι από συνθετικά ανθρακούχα πολυμερή, που συχνά περιέχουν επίσης [[οξυγόνο]], [[άζωτο]] ή και [[αλογόνα]]. Οι πρώτες ύλες για πολλά από αυτά τα συνθετικά υλικά προέρχονται επίσης από το αργό πετρέλαιο.

 

== Ασφάλεια ==

Ο καθαρός άνθρακας έχει εξαιρετικά μικρή [[τοξικότητα]] για τους ανθρώπους και μπορεί να χρησιμοποιηθεί ακόμη και να καταπωθεί με ασφάλεια, στις μορφές του γραφίτη και του ξυλοκάρβουνου. Αντιστέκεται στη διάλυση ή σε χημικές προσβολές, ακόμη και στο [[οξύ|όξινο]] περιβάλλον του [[πεπτικό σύστημα|πεπτικού σωλήνα]]. Κατά συνέπεια αν και όταν εισέλθει στους [[Ιστός (βιολογία)|ιστούς]] του ανθρώπινου σώματος πιθανότατα παραμένει εκεί επ 'αόριστον. Η αιθάλη ήταν πιθανότα μια από τις πρώτες βαφές που χρησιμοποιήθηκαν για [[δερματοστιξία]] και ο [[παγάνθρωπος Ότζι]] (''Ötzi the Iceman'') βρέθηκε να έχει ανθρακούχα δερματοστιξία που έμειναν επάνω του για όλη του τη ζωή και άλλα 5.200 χρόνια μετά το θάνατό του<ref>Dorfer, Leopold; Moser, M; Spindler, K; Bahr, F; Egarter-Vigl, E; Dohr, G (1998). "5200-year old acupuncture in Central Europe?". Science 282 (5387): 242–243. Bibcode:1998Sci...282..239D. doi:10.1126/science.282.5387.239f. PMID 9841386.</ref>. Ωστόσο, η εισπνοή καρβουνόσκονης ή αιθάλης σε μεγάλες ποσότητες μπορεί να είναι επικίνδυνη, γιατί ερεθίζει τους ιστούς των [[πνεύμονας|πνευμόνων]] και προκαλεί συμφορητική πνευμονοπάθεια ή [[πνευμονοκονίαση των ανθρακωρύχων]]. Ομοίως, η διαμαντόσκονη, που χρησιμοποιείται ως λειαντικό, μπορεί να προκαλέσει βλάβες αν καταπωθεί ή εισπνευθεί. Μικροσωματίδια άνθρακα παράγονται από τις εξατμίσεις κινητήρων ντίζελ και μπορούν να συσσωρευτούν στους πνεύμονες<ref>Donaldson, K; Stone, V; Clouter, A; Renwick, L; MacNee, W (2001). "Ultrafine particles". Occupational and Environmental Medicine 58 (3): 211–216. doi:10.1136/oem.58.3.211. PMC 1740105. PMID 11171936.</ref>. Σε αυτά τα παραδείγματα, όμως, τα βλαβερά αποτελέσματα μπορεί να είναι αποτέλεσμα μόλυνσης των σωματιδίων άνθρακα με οργανικά χημικά ή και βαριά μέταλλα και όχι από τον ίδιο τον άνθρακα.

 

Η μεγάλη ποικιλία των ανθρακούχων ενώσεων περιλαμβάνουν θανατηφόρα δηλητήρια, όπως η [[τετροδοτοξίνη]], η [[λεκτίνες|λεκτίνη]] [[ρυζίνη]] από σπόρους της [[ρετσινολαδιά]]ς, τα [[υδροκυάνιο|κυανιούχα ιόντα]] (CN^-) και το [[μονοξείδιο του άνθρακα]], αλλά και ενώσεις ζωτικές για τους ζώντες οργανισμούς, όπως η [[γλυκόζη]] και οι [[πρωτεΐνες]].

 

{{Ενσωμάτωση κειμένου|en|Carbon}}