Άνθρακας: Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων

Περιεχόμενο που διαγράφηκε Περιεχόμενο που προστέθηκε
Andrikkos (συζήτηση | συνεισφορές)
Andrikkos (συζήτηση | συνεισφορές)
Γραμμή 180:
Η ισοτοπική συγκέντρωση του <sup>12</sup>C αυξάνεται σε βιολογικά υλικά, επειδή οι βιοχημικές αντιδράσεις είναι (σχετικά) εκλεκτικές εναντίον της χρήσης του <sup>13</sup>C. Το [[1961]], η IUPAC υιοθέτησε το ισότοπο <sup>12</sup>C ως πρότυπο για την [[ατομική μονάδα μάζας]], ορίζοντάς την στο 1/12 της ισοτοπικής μάζας του <sup>12</sup>C<ref>"Official SI Unit definitions". Retrieved 2007-12-21.</ref>. Η ταυτοποίηση του άνθρακα σε πειράματα, με χρήση [[φασματοσκοπία]]ς NMR, γίνεται χάρη στο ισότοπο <sup>13</sup>C<ref>Gannes, Leonard Z.; Del Rio, Carlos Martı́nez; Koch, Paul (1998). "Natural Abundance Variations in Stable Isotopes and their Potential Uses in Animal Physiological Ecology". Comparative Biochemistry and Physiology – Part A: Molecular & Integrative Physiology 119 (3): 725–737. doi:10.1016/S1095-6433(98)01016-2.</ref>.
 
Ο [[άνθρακας-14]] (<sup>14</sup>C) είναι ένα φυσικό [[ραδιενέργεια|ραδιοϊσότοπο]] του άνθρακα που υπάρχει σε ίχνη στη Γη, μέχρι το 1 ppt, ο περισσότερος περιορίζεται στην ατμόσφαιρα και σε επιφανειακά αποθέματα, κυρίως τύρφης και άλλων οργανικών υλικών<ref>Brown, Tom (March 1, 2006). "Carbon Goes Full Circle in the Amazon". Lawrence Livermore National Laboratory. Retrieved 2007-11-25.</ref>. Το ισότοπο αυτό διασπάται με εκπομπή β<sup>-</sup> ισχύος 158 keV. Εξαιτίας της σχετικά μικρής [[ημιζωή]]ς του, που ανέρχεται σε 5.730 έτη, ο <sup>14</sup>C ουσιαστικά απουσιάζει από αρχαία πετρώματα, αλλά σχηματίζεται μεταξύ άνω τροπόσφαιρας και κάτω στρατόσφαιρας με την επίδραση των κοσμικών ακτίνων στο ατμοσφαιρικό άζωτο<ref>Bowman, S. (1990). Interpreting the past: Radiocarbon dating. British Museum Press. ISBN 0-7141-2047-2.</ref>. Η (σχετική) αφθονία του <sup>14</sup>C είναι σχετικά σταθερή στην ατμόσφαιρα και στους ζωντανούς οργανισμούς, αλλά μειώνεται προβλέψημαπροβλέψιμα σε πτώματα. Αυτή η ιδιότητα αξιοποιείται από τη λεγόμενη [[ραδιοχρονολόγηση|ραδιοχρονολόγηση με άνθρακα-14]], που εφευρέθηκε το [[1949]], και που εφαρμόστηκε εκτενώς για τον καθορισμό της ηλικίας ανθρακούχων υλικών, μέχρι περίπου 40.000 έτη<ref>Libby, W. F. (1952). Radiocarbon dating. Chicago University Press and references therein.</ref><ref>Westgren, A. (1960). "The Nobel Prize in Chemistry 1960". Nobel Foundation. Retrieved 2007-11-25.</ref>.
 
Ακόμη, υπάρχουν [[15 (αριθμός)|15]] γνωστά βραχύβια ισότοπα του άνθρακα, από τα οποία ο <sup>8</sup>C διασπάται μέσω εκπομπής πρωτονίου και α-διάσπασης με ημιζωή 1,98739·10<sup>−21</sup> [[δευτερόλεπτο|s]]<ref>Use query for carbon-8". barwinski.net. Retrieved 2007-12-21.</ref>. Ο «εξωτικός» <sup>19</sup>C εμφανίζει έναν πυρήνα [[αλογόνα|αλογόνου]], που σημαίνει ότι η ακτίνα του είναι σημαντικά μεγαλύτερη από αυτή που θα αναμενόταν, αν ο πυρήνας ήταν μια σφαίρα με σταθερή πυκνότητα<ref>Watson, A. (1999). "Beaming Into the Dark Corners of the Nuclear Kitchen". Science 286 (5437): 28–31. doi:10.1126/science.286.5437.28.</ref>.
Γραμμή 189:
{{Κύριο|Κύκλος CNO}}
 
Ο σχηματισμός του ατομικού πυρήνα του άνθρακα απαιτεί μια σχεδόν ταυτόχρονη σύγκρουση τριών (3) [[σωματίδιο άλφα|σωματιδίων α]] (δηλαδή πυρήνων [[ήλιο|ηλίου]]) μέσα στον πυρήνα ενός [[γίγαντας αστέρας|γιγάντιου]] ή [[Υπεργίγαντας|υπεργιγάντιου]] [[Αστέρας|άστρου]], μια διαδικασία που είναι γνωστή ως [[διεργασία 3α]] (''triple-alpha process''), καθώς τα προϊόντα επιπλέον [[Πυρηνική σύντηξη|αντιδράσεων πυρηνικής σύντηξης]] ήλιουηλίου με υδρογόνο ή δύο πυρήνων ηλίου παράγουν αντίστοιχα λίθιο-5 και βηρύλλιο-8, που και τα δυο είναι πολύ ασταθή και διασπώνται σχεδόν ακαριαία πίσω σε μικρότερους πυρήνες<ref>Audi, G; Bersillon, O.; Blachot, J.; Wapstra, A.H. (1997). "The Nubase evaluation of nuclear and decay properties". Nuclear Physics A 624: 1. Bibcode:1997NuPhA.624....1A. doi:10.1016/S0375-9474(97)00482-X.</ref>. Η τριπλή αυτή σύγκρουση συμβαίνει σε θερμοκρασίες πάνω από 100 εκατομμύρια Κέλβιν και (σχετικά υψηλή) συγκέντρωση πυρήνων ηλίου, δηλαδή συνθήκες που η ταχεία επέκταση και ψύξη του πρωτοσύμπαντος έκαναν απαγορευτικές. Γι' αυτό δεν σχηματίστηκε σημαντική ποσότητα άνθρακα κατά τη [[Μεγάλη Έκρηξη]]. Αντίθετα, τα εσωτερικά των άστρων επέτρεψαν σε οριζόντιο κλάδο τη μετατροπή τριών (3) πυρήνων ηλίου σε πυρήνα άνθρακα, με τη διεργασία 3α<ref>Ostlie, D.A. and Carroll, B.W. (2007). An Introduction to Modern Stellar Astrophysics. Addison Wesley, San Francisco. ISBN 0-8053-0348-0.</ref>. Για να είναι διαθέσιμος για το σχηματισμό της ζωής όπως την ξέρουμε, αυτός ο άνθρακας πρέπει στη συνέχεια να διασκορπίστηκε στο διάστημα, σε μορφή σκόνης, μάλλον σε εκρήξεις [[Υπερκαινοφανείς αστέρες|σουπερνόβα]], ως μέρος του υλικού που σχηματίζει αργότερα τη δεύτερη, ή και την τρίτη γενιά αστρικών συστημάτων, που έχουν πλανήτες που φτιάχτηκαν (και από αυτήν τη) σκόνη.
<ref>Whittet, D. C. B. (2003). Dust in the Galactic Environment. CRC Press. pp. 45–46. ISBN 0-7503-0624-6.</ref>. Το [[ηλιακό σύστημα]] είναι ένα τέτοιο τρίτης γενιάς αστρικό σύστημα. Άλλοι μηχανισμοί πυρηνικής σύντηξης που συμβαίνουν στα άστρα και σχετίζονται με τον άνθρακα είναι ο [[κύκλος CNO]], στον οποίο ο άνθρακας δρα ως ένας [[καταλύτης]] που επιτρέπει τονστον κύκλο να συνεχίζεται.
 
Περιοδικές εκπομπές διαφόρων ισοτοπικών μορφών του μονοξειδίου του άνθρακα (για παράδειγμα <sup>12</sup>CO, <sup>13</sup>CO και <sup>18</sup>CO) είναι ανιχνεύσιμες σε [[χιλιοστόμετρο|υποχιλιοστομετρικό]] εύρος [[μήκος κύματος|μηκών κύματος]], και χρησιμοποιείται στη μελέτη [[αστρονεογέννηση|νεογέννητων άστρων]] (''star formation'') σε [[μοριακό νεφέλωμα|μοριακά νεφελώματα]]<ref>Pikelʹner, Solomon Borisovich (1977). Star formation. Springer. pp. 38–. ISBN 978-90-277-0796-3. Retrieved 2011-06-06.</ref>.
Γραμμή 197:
 
{{Κύριο|Κύκλος του άνθρακα}}
[[Αρχείο:Carbon cycle-cute diagram.svg|thumb|300px||Διάγραμμα του «κύκλου του άνθρακα»: Οι μαύροι αριθμοί δείχνουν πόσος άνθρακας αποθηκεύτηκε σε διάφορες «δεξαμενές», σε δισεκατομμύρια τόννουςτόνους (το «GtC» αντιπροσωπεύει γιγατόνους άνθρακα, με υπολογισμούς γύρω στο [[2004]]). Οι πορφυροί αριθμοί δείχνουν πόσος άνθρακας μετακινήθηκε μεταξύ των δεξαμενών άνθρακα ανά έτος. Τα ιζήματα, όπως καθορίζονται στο διάγραμμα αυτό, δεν περιλαμβάνουν τους περίπου 70 τετράκις εκατομμύρια τόνους άνθρακα σε ανθρακούχα πετρώματα και [[κηροζίνη σχιστολίθων]] (''Kerogen in sedimentary rocks'').]]
 
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 σχηματίζεισχηματίζουν τοτον 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 παράξουνπαράγουν [[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) τρώγεταικαταναλώνεται 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 απελευθερώσουν 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>.
 
== Χημικές ενώσεις του άνθρακα ==
Γραμμή 210:
[[Αρχείο:Auto-and heterotrophs.png|thumb|300px|Σύνδεση μεταξύ του κύκλου του άνθρακα και του σχηματισμού οργανικών ενώσεων (στη φύση): Στα φυτά το διοξείδιο του άνθρακα ενώνεται με το νερό μέσω της [[φωτοσύνθεση]]ς, για να σχηματίσει οργανικές ενώσεις (αρχικά [[υδατάνθρακες|σάκχαρα]]), που χρησιμοποιούνται τόσο από τα ίδια τα φυτά, όσο και από τα ζώα που τα τρώνε.]]
 
Ο άνθρακας έχει την ικανότητα να σχηματίζει πολύ μακριές αλυσίδες με δεσμούς C-C. Αυτή η ιδιότητα ονομάζεται [[αλυσοποίηση]] (''catenation''). Οι δεσμοί C-C είναι ισχυροί και σταθεροί. Αυτή η ιδιότητα επιτρέπει τονστον 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.
 
Η απλούστερη μορφή οργανικών ενώσεων είναι οι [[υδρογονάνθρακες]], μια μεγάλη οικογένεια οργανικών ενώσεων που περιέχουν μόνο άνθρακα και υδρογόνο. Το μήκος της ανθρακικής αλυσίδας, η ύπαρξη διακλαδώσεων και [[χαρακτηριστικές ομάδες|λειτουργικών ομάδων]] επηρεάζουν τις ιδιότητες των οργανικών ενώσεων.