Άνθρακας: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων
Περιεχόμενο που διαγράφηκε Περιεχόμενο που προστέθηκε
Χωρίς σύνοψη επεξεργασίας |
|||
Γραμμή 57:
}}
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 [[Χημικά στοιχεία της 2ης περιόδου|δεύτερης περιόδου]] και της [[ομάδα του άνθρακα|ομάδας 14]] (πρώην IV<sub>A</sub>) 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 (συνήθως) [[ομοιοπολικός δεσμός|ομοιοπολικών]] [[χημικός δεσμός|χημικών δεσμών]]. Υπάρχουν [[3 (αριθμός)|τρία (3)]] φυσικά [[ισότοπο|ισοτοπα]] άνθρακα, από τα οποία o [[άνθρακας-12|<sup>12</sup>C]] και ο [[άνθρακας-13|<sup>13</sup>C]] είναι σταθερά, ενώ ο [[άνθρακας-14|<sup>14</sup>C]] 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>.
Ο άνθρακας είναι το 15<sup>ο</sup> σε [[Αφθονία των χημικών στοχείων στο γήινο φλοιό|αφθονία χημικό στοιχείο]] (κατά [[μάζα]]) στο
Υπάρχουν αρκετές [[αλλότροπα του άνθρακα|αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα]], από τις οποίες οι πιο γνωστές είναι ο [[γραφίτης]], το [[διαμάντι]] και ο [[άμορφος άνθρακας]]<ref name="therm prop">"World of Carbon – Interactive Nano-visulisation in Science & Engineering Education (IN-VSEE)". Retrieved 2008-10-09.</ref>. Οι φυσικές ιδιότητες των διαφόρων αλλοτροπικών μορφών του άνθρακα διαφέρουν πολύ. Για παράδειγμα, το διαμάντι είναι πολύ [[διαφάνεια|διαφανές]], το πιο σκληρό φυσικό υλικό που είναι γνωστό και με πολύ μικρή [[ηλεκτρική αγωγιμότητα]], ενώ ο [[γραφίτης]] (του οποίου η ονομασία προέρχεται από την [[ελληνική γλώσσα|ελληνική λέξη]] «γράφω») είναι [[αδιαφάνεια (οπτική)|αδιαφανής]], αρκετά μαλακός για να σχηματίζει μια γραμμή πάνω σε [[χαρτί]] και ένας πολύ καλός [[αγωγός]] του [[ηλεκτρισμός|ηλεκτρισμού]]. Υπό [[κανονικές συνθήκες]], το διαμάντι, ο [[νανοσωλήνας άνθρακα]] και το [[γραφένιο]] έχουν τις υψηλότερες [[θερμική αγωγιμότητα|θερμικές αγωγιμότητες]] από [[Λίστα των θερμικών αγωγιμοτήτων|όλα τα γνωστά υλικά]].▼
▲Υπάρχουν αρκετές [[αλλότροπα του άνθρακα|αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα]], από τις οποίες οι πιο γνωστές είναι ο [[γραφίτης]], το [[διαμάντι]] και ο [[άμορφος άνθρακας]]<ref name="therm prop">"World of Carbon – Interactive Nano-visulisation in Science & Engineering Education (IN-VSEE)". Retrieved 2008-10-09.</ref>. Οι φυσικές ιδιότητες των διαφόρων αλλοτροπικών μορφών του άνθρακα διαφέρουν πολύ. Για παράδειγμα, το διαμάντι είναι πολύ [[διαφάνεια|διαφανές]], το πιο σκληρό φυσικό υλικό που είναι γνωστό και με πολύ μικρή [[ηλεκτρική αγωγιμότητα]], ενώ ο [[γραφίτης]] (του οποίου η ονομασία προέρχεται από την [[ελληνική γλώσσα|ελληνική λέξη]] «γράφω») είναι [[αδιαφάνεια (οπτική)|αδιαφανής]], αρκετά μαλακός για να σχηματίζει μια γραμμή πάνω σε [[χαρτί]] και ένας πολύ καλός [[αγωγός]] του [[ηλεκτρισμός|ηλεκτρισμού]]. Υπό [[Κανονικές συνθήκες|κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος]], το διαμάντι, ο [[νανοσωλήνας άνθρακα]] και το [[γραφένιο]] έχουν τις υψηλότερες [[θερμική αγωγιμότητα|θερμικές αγωγιμότητες]] από [[Λίστα των θερμικών αγωγιμοτήτων|όλα τα γνωστά υλικά]].
Όλες οι (γνωστές) αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα, υπό κανονικές συνθήκες, είναι [[στερεό|στερεές]], με το γραφίτη να έχει την πιο [[Θερμοδυναμική ισορροπία|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 [[Αριθμός οξείδωσης|βαθμίδα οξείδωσης]] του άνθρακα στις [[Ανόργανη ένωση|ανόργανες ενώσεις]] είναι +4, ενώ η βαθμίδα +2 βρίσκεται (για παράδειγμα) στο [[μονοξείδιο του άνθρακα]] και στα [[καρβονύλιο μετάλλου|καρβονυλικά σύμπλοκα]] των [[Στοιχεία μετάπτωσης|μεταβατικών μετάλλων]]. Οι μεγαλύτερες πηγές «ανόργανου άνθρακα» (στη [[Γη]]) είναι ο [[ασβεστόλιθος]], οι [[δολομίτης|δολομίτες]] και το [[διοξείδιο του άνθρακα]], αλλά υπάρχουν και σημαντικές ποσότητες οργανικής προέλευσης αποθεμάτων [[γαιάνθρακας|κάρβουνου]], [[τύρφη]]ς, [[πετρέλαιο|πετρελαίου]], [[φυσικό αέριο|φυσικού αερίου]] καθώς και [[μεθανυδρίτης|μεθανυδρίτες]]. Ο άνθρακας σχηματίζει το μεγαλύτερο αριθμό [[χημική ένωση|χημικών ενώσεων]] από κάθε άλλο χημικό στοιχείο, εφόσον σχεδόν 10.000.000 καθαρές [[οργανική ένωση|οργανικές ενώσεις]] έχουν περιγραφεί προς το παρόν, που αποτελούν (όμως) ένα πολύ μικρό κλάσμα των θεωρητικά πιθανών οργανικών ενώσεων που μπορούν να υπάρξουν, υπό κανονικές συνθήκες<ref name=lanl>Chemistry Operations (December 15, 2003). "Carbon". Los Alamos National Laboratory. Archived from the original on 2008-09-13. Retrieved 2008-10-09.</ref>.▼
▲Όλες οι (γνωστές) αλλοτροπικές μορφές του άνθρακα, υπό κανονικές συνθήκες περιβάλλοντος, είναι [[στερεό|στερεές]], με το γραφίτη να έχει την πιο [[Θερμοδυναμική|θερμοδυναμικά]] [[Θερμοδυναμική ισορροπία|σταθερή
▲Ο άνθρακας είναι το 15<sup>ο</sup> σε [[Αφθονία των χημικών στοχείων στο γήινο φλοιό|αφθονία χημικό στοιχείο]] (κατά [[μάζα]]) στο φλοιό [[Γήινος φλοιός|φλοιό]] της Γης και το 4<sup>ο</sup> (κατά μάζα) πιο [[αφθονία χημικών στοιχείων|άφθονο χημικό στοιχείο]] στο [[σύμπαν]], μετά από το υδρογόνο, το [[ήλιο]] και το οξυγόνο. Είναι παρόν σε όλες τις γνωστές μορφές [[ζωή]]ς, ενώ στο [[ανθρώπινο σώμα]] ο άνθρακας είναι το δεύτερο (κατά μάζα) πιο άφθονο χημικό στοιχείο, περίπου 18,5%, μετά το οξυγόνο<ref>"Biological Abundance of Elements". The Internet Encyclopedia of Science. Retrieved 2008-10-09.</ref>. 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 [[Πολυμερές|πολυμερίζονται]], σε σχετικά συνηθισμένες, για τη [[Γη]] μας, συνθήκες, έκαναν αυτό το χημικό στοιχείο τη βάση κάθε γνωστής μορφής ζωής.
== Χαρακτηριστικά ==
Γραμμή 125:
[[Αρχείο:Eight Allotropes of Carbon.png|μικρογραφία|300px|Αλλοτροπικές μορφές 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 τις [[μπακιμπάλες]] (''buckyballs'')<ref name="buckyballs"/><ref>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 [[νανομπαντς 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>
Ο άμορφος άνθρακας είναι μια αλλοτροπική μορφή στα οποία τα άτομα άνθρακα έχουν μια διευθέτηση σε μια μη κρυσταλλική, ακανόνιστη, υαλώδη κατάσταση, που είναι ουσιαστικά γραφίτης, αλλά χωρίς να έχει μια κρυσταλλική μακροδομή. Βρίσκεται ως μια (πιθανώς συγγκολημένη) σκόνη, και είναι το κύριο συστατικό ουσιών όπως το [[ξυλοκάρβουνο]], η [[αιθάλη]] και ο [[ενεργός άνθρακας]]. Σε κανονικές πιέσεις ο άνθρακας παίρνει τη μορφή γραφίτη, στον οποίο κάθε άτομο σχηματίζει (ομοιοπολικούς) δεσμούς [[τρίγωνο|τριγωνικά]] με τρία (3) άλλα άτομα άνθρακα, σε ένα [[επίπεδο]], που αποτελείται από «συμπυκνωμένους»<ref>Δηλαδή με τουλάχιστον μία κοινή πλευρά.</ref> [[εξάγωνο|εξαγωνικούς]] δακτυλίους, ακριβώς σαν κι αυτούς στους [[αρωματικοί υδρογονάνθρακες|αρωματικούς υδρογονάνθρακες]]<ref>Jenkins, Edgar (1973). The polymorphism of elements and compounds. Taylor & Francis. p. 30. ISBN 0-423-87500-0. Retrieved 2011-05-01.</ref>. Το αποτέλεσμα αυτής της σύνδεσης είναι ένα δισδιάστατο δίκτυο από επίπεδα φύλλα που στοιβάζονται (το ένα πάνω στο άλλο) και ενώνονται χαλαρά με αδύναμους δεσμούς μέσω [[δυνάμεις van der Waals|δυνάμεων van der Waals]]. Αυτή η δομή δίνει στο γραφίτη τη μαλακότητά του και τις διασπαστικές του ιδιότητες (τα χαλαρά συνδεμένα φύλλα εύκολα γλυστρούν το ένα πάνω από το άλλο). Επίσης, εξαιτίας της διάχυσης του ενός από τα τέσσερα (4) ηλεκτρόνια της εξωτερικής στοιβάδας κάθε ατόμου άνθρακα σε ένα σχηματισμό [[νέφος π|(διάχυτου δεσμικού) νέφους π]], ο γραφίτης άγει το ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά μόνο κατά το επίπεδο κάθε σχηματιζόμενου «φύλλου» του δικτύου ομοιοπολικών δεσμών. Αυτό καταλήγει σε ένα χαμηλότερο επίπεδο ηλεκτρικής αγωγιμότας για το γραφίτη σε σύγκριση με τα περισσότερα μέταλλα. Η διάχυση των ηλεκτρονίων επίσης συνεισφέρει στην ενεργειακή σταθεροποίηση του γραφίτη, σε σύγκριση με το διαμάντι, σε θερμοκρασία δωματίου.
| |||