کربن چیست؟ آشنایی با انواع کربن

در دنیای عظیم عناصر، یکی از آن‌ها به‌عنوان اساس زندگی شناخته می‌شود: عنصر کربن. این عنصر چندسویه نقش حیاتی در وجود تمام سازمان‌های زنده ایفا می‌کند. از مداد در دست شما تا هوایی که تنفس می‌کنید، همگی دارای کربن (carbon) هستند. برای آشنایی بیشتر درباره اینکه کربن چیست، در کجا یافت می‌شود، انواع این عنصر و کاربردهای آن تا پایان متن با فولادینو همراه باشید.

کربن چیست؟

کربن (carbon) یک عنصر شیمیایی است، مانند هیدروژن، اکسیژن، سرب یا هر یک از عناصر دیگر در جدول تناوبی. این ماده به اشکال خالص یا تقریبا خالص مانند الماس و گرافیت وجود دارد، اما می‌تواند با عناصر دیگر ترکیب شود و مولکول‌ها را تشکیل دهد. 

این مولکول‌های مبتنی بر کربن، بلوک‌های اساسی ساختمان انسان، حیوانات، گیاهان، درختان و خاک هستند. برخی از گازهای گلخانه‌ای مانند CO₂ و متان نیز از مولکول‌های مبتنی بر carbon تشکیل شده‌اند و سوخت‌های فسیلی که عمدتا از Hydrocarbon ها (مولکول‌های متشکل از هیدروژن و carbon) تشکیل می‌شود.

 تاریخچه استفاده از کربن

کربن، عنصری است که تاریخچه‌ای پر از تحولات و کاربردهای متعدد دارد. از ابتدای کشف این عنصر تا پیشرفت‌های فناورانه امروزی، کربن همواره نقش تکاملی مهمی را ایفا کرده است. عصر صنعتی‌شدن با ورود این ماده به‌عنوان یکی از عناصر کلیدی، موجب تغییرات بسیاری در راهبرد‌ها و فرایندهای تولید شده است. 

بنابراین، در این دوره تاریخی، از تجارت گسترده تا توسعه فناوری‌های پیشرفته، با نقش بارز این عنصر در صنعت، تحت تاثیر قرار گرفت. تبدیل کربن به یک منبع انرژی حیاتی در دوران صنعت اهمیت بسیاری پیدا کرد. این عنصر به‌عنوان منبع اصلی انرژی در تولید برق تا استفاده از گازهای کربن برای فرایندهای صنعتی، به ساختار صنعتی خدمت می‌کند.

حضور این ماده در سوخت‌های فسیلی و فرایندهای صنعتی، توسعه و تسریع پروژه‌های صنعتی را امکان‌پذیر کرد. تامین انرژی و مواد اولیه از منابع carbon، به توسعه صنعت و افزایش تولیدات کمک کرد. بااین‌وجود، استفاده بی‌رویه از عنصر کربن همراه با تولید انبوه گازهای گلخانه‌ای و افزایش انتشارات این عنصر به هوا، چالش‌های زیست‌محیطی را به‌وجود آورد. این افزایش گازهای گلخانه‌ای به گرم‌شدن زمین و تغییرات آب‌وهوایی منجر شد.

نام دیگر کربن چیست؟

این عنصر با نام زغال‌سنگ شناخته می‌شود. زغال‌سنگ یا کربن (carbon)، یکی از منابع اصلی انرژی جهان است که از عمق زمین استخراج می‌شود. این ماده سیاه و جامد اساسا از زمین‌های قدیمی به‌وجود می‌آید که از تجزیه‌وتحلیل گیاهان و جانوران زنده در شرایط خاصی مانند فشار بالا و حرارت زیاد، ایجاد شده‌اند.

آیا کربن فلز است؟

در پاسخ باید گفت، خیر یک عنصر غیرفلزی است. این عنصر برخلاف فلزها، ویژگی‌هایی چون عدم انجام هدایت الکتریکی و مذاب نشدن در دماهای عادی را ندارد. به‌عنوان یک عنصر غیرفلزی، این ماده در اشکال مختلف مانند الماس و گرافیت به وجود می‌آید و نقش بسیار مهمی در زندگی و شیمی زمین دارد.

کربن چه رنگی است؟

این عنصر به‌صورت طبیعی یا در شرایط استاندارد، رنگی ندارد و به شکل سیاه رنگ آن معروف است. این ویژگی باعث می‌شود که مواد حاوی کربن، مانند زغال‌سنگ یا الماس، به شکل سیاه یا شفاف (برای الماس) دیده شوند.

کربن در کجا یافت می‌شود؟

کربن یک عنصر شیمیایی است که در طبیعت به‌وفور یافت می‌شود و در انواع مختلفی قابل‌شناسایی خواهد بود:

• هوا و CO₂: این عنصر به‌صورت گاز در هوا حضور دارد و بخشی از ترکیبات هوای ما را ایجاد می‌کند. CO₂ نیز یک ترکیب شیمیایی حاوی carbon است که در هوا و جو زمین یافت می‌شود.
• گیاهان و حیوانات: گیاهان از هوا CO₂ را جذب می‌کنند و با استفاده از فرایند فتوسنتز، آن را به کربوهیدرات‌ها تبدیل خواهند کرد. حیوانات نیز این کربوهیدرات‌ها را به مصرف می‌رسانند و CO₂ را باز می‌گردانند.
• زمین و سنگ‌ها: این عنصر در برخی از سنگ‌ها، مانند سنگ آهک، دولومیت و گرافیت یافت می‌شود.

• مواد آلی: carbon در ترکیبات آلی مانند نفت، زغال‌سنگ، گاز طبیعی، پلاستیک و بسیاری از ترکیبات زنده مانند پروتئین‌ها، کربوهیدرات‌ها و اسیدها حضور دارد.
• جواهرات و الماس: الماس، یک‌شکل خاص carbon با ساختار بلوری، به‌عنوان یک جواهر گران‌بها شناخته می‌شود.

مشخصات و ویژگی‌های عنصر کربن

اتم کربن، در جدول تناوبی با نماد C و در گروه ۱۴ و دوره ۲ قرار دارد. این اتم یکی از اتم‌های خاص و چندگانه است که توانایی ایجاد اتصالات پیوندی پویا و متنوع را دارد. جرم اتمی کربن حدود 12.011 است. عدد جرمی 6 نیز نشان‌دهنده تعداد 6 هسته‌ پروتون و نوترون در اتم carbon خواهد بود. 

• ساختار الکترونی: در ساختار الکترونی این عنصر، 6 الکترون در لایه خارجی قرار دارد؛ 2 الکترون در لایه داخلی و 4 الکترون در لایه خارجی.
• توزیع الکترون‌ها: توزیع الکترون‌ها در لایه خارجی carbon به‌صورت 2-4 است؛ یعنی دو الکترون در زیرلایه s و چهار الکترون در زیرلایه p قرار دارد.
• خواص فیزیکی: کربن در دمای معمولی به‌صورت جامد و بسیار سخت یافت می‌شود.
• خواص شیمیایی: carbon یک عنصر غیرفلزی است و از عناصر مهم در شیمی آلی. این عنصر توانایی تشکیل تعداد زیادی ترکیب را دارد و مهم‌ترین ترکیبات آلکان‌ها، الکن‌ها، الکین‌ها و تعداد زیادی از داروها و مواد شیمیایی صنعتی را تشکیل می‌دهد.
• اسیدپذیری: این عنصر به‌طور عمده در تشکیل اسیدهای آمینه حضور دارد که نقش به‌سزایی در ساختار پروتئین‌ها و سایر بزرگ‌مولکول‌های زنده بازی می‌کند.
• خواص الکتروشیمیایی: carbon به‌خوبی با فلزات، یون‌های فلزی، یون‌های منفی، یون‌های مثبت و با مولکول‌های آلی واکنش می‌دهد.

انواع کربن

کربن در سه نوع مختلف در طبیعت یافت می‌شود:

۱) الماس

الماس یک‌شکل کریستالی از carbon است و به‌عنوان سخت‌ترین ماده طبیعی شناخته می‌شود. خصوصیات منحصربه‌فرد الماس شامل تحمل حرارت بسیار بالا، خواص نوری منحصربه‌فرد و زیبایی چشم‌نواز آن است. این جواهرات به علت خصوصیات خاص و ارزش زیادشان، در صنایع جواهرسازی و زیباسازی به‌کار می‌روند.

۲) گرافیت

گرافیت شکلی نرم، سیاه و مات از carbon است که رسانایی الکتریکی بسیار بالایی دارد. گرافیت در مدادها، روان‌کننده‌ها و باتری‌ها استفاده می‌شوند. خصوصیات رسانایی الکتریکی بالا و ساختار لایه‌ای گرافیت، آن را به یکی از مهم‌ترین مواد صنعتی تبدیل می‌کند.

۳) کربن آمورف

amorphous carbon شامل موادی مانند زغال‌سنگ و دوده است. این اشکال از carbon بی‌ساختار و بدون الگوی خاصی از اتم‌ها هستند، اغلب به‌عنوان سوخت مورد استفاده قرار می‌گیرند و در تولید استیل و صنایع متعدد دیگر کاربرد دارد.

کاربرد کربن

عنصر کربن با تنوع ویژگی‌های خود، در صنایع مختلف و زندگی روزمره کاربردهای فراوانی دارد. برخی از مهم‌ترین کاربردهای این عنصر شامل:

+) صنایع جواهرسازی

الماس، یک‌شکل کریستالی از کربن، به‌عنوان یکی از گران‌بها‌ترین و محبوب‌ترین سنگ‌های قیمتی در صنایع جواهرسازی به‌کار گرفته می‌شود.

+) صنعت فولاد

صنعت فولاد یکی از مهم‌ترین صنایع جهان، از کربن به‌عنوان یک عنصر اصلی در ترکیبات آلیاژی بهره می‌برد. این عنصر، با تنوع خود از نظر ویژگی‌ها، به فولاد افزونه می‌شود و خواص مکانیکی و فیزیکی آن را بهبود می‌بخشد. با افزودن کربن به آهن، فولاد به‌سختی و مقاومت بالاتری دست می‌یابد. 

فولادهایی با درصد کربن متفاوت، می‌توانند در کاربردهای متنوعی از ساخت سازه‌ها و ابزارهای صنعتی گرفته تا خودروسازی و صنایع نظامی استفاده شوند.

+) الکترونیک و صنایع برق

گرافیت، شکل دیگری از کربن، به‌عنوان یک ماده رسانا در اجزای الکترونیکی و سایر محصولات برقی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

+) صنعت خودروسازی

در صنعت خودروسازی، استفاده از کربن به‌عنوان یک عنصر کلیدی در تولید قطعات و فولادهای پیشرفته، نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کند. افزودن این عنصر به آلیاژها، این صنعت را به سمت تولید محصولات با خواص مکانیکی برتر و سختی برده است.

فولادهای حاوی کربن، به‌دلیل خصوصیات آن مانند سختی و مقاومت، در قطعات مهم خودروها مورد استفاده قرار می‌گیرند. این قطعات می‌توانند از قطعات موتور و جعبه‌دنده تا قطعات ساختاری مثل شاسی خودرو را شامل شوند.

+) تولید مواد شیمیایی

کربن به‌عنوان یک عنصر بنیادی و چندوجهی، نقش اساسی در تولید مواد شیمیایی و داروها ایفا می‌کند. وجود چندین اتم carbon در ساختارهای مولکولی این ترکیبات، تنوع و وسعت فراوانی از ترکیبات آلی را امکان‌پذیر کرده است.

ترکیبات آلی که حاوی carbon هستند، از گروه‌های متنوعی از مواد شیمیایی مانند هیدروکربن‌ها، الکل‌ها، آلدهیدها و کتون‌ها گرفته تا اسیدها و آمین‌ها را شامل می‌شوند. این ترکیبات بخش اعظم مواد شیمیایی و داروهای مورد استفاده در زندگی روزمره و صنایع مختلف را تشکیل می‌دهند.

با بهره‌گیری از توانایی کربن در ایجاد پیوندها و ساختارهای مختلف، محققان و صنعتگران توانسته‌اند ترکیباتی با خواص و کاربردهای متعدد تولید کنند. این ترکیبات مهم نه‌تنها در زمینه داروسازی بلکه در تولید پلاستیک، رنگ، مواد حفاظتی و صنایع دیگر نیز به‌عنوان مواد اصلی به‌کار می‌روند. به‌همین‌دلیل، نقش این عنصر در تولید مواد شیمیایی امروزه بی‌نظیر و بسیار حیاتی است.

+) تولید انرژی

کربن در اشکال مختلف مانند زغال‌سنگ و نفت، به‌عنوان منبع اصلی انرژی استفاده می‌شود.

+) تکنولوژی نانو

تحقیقات نانوتکنولوژی از خواص عنصر کربن به‌عنوان نانو برای ساخت مواد پیشرفته و نوآوری‌های فناورانه بهره می‌برد.

 قیمت کربن

قیمت هر کدام از انواع کربن در بازار متفاوت است. برای مثال قیمت الماس‌ها به‌شدت به ویژگی‌های خود هر الماس، مانند وزن، رنگ، کیفیت و سایر عوامل بستگی دارد. برای دریافت قیمت سنگ کربن، بهترین راه این است که به فروشندگان معتبر و دارای تجربه در این حوزه مراجعه کنید.

جمع‌بندی

کربن یکی از عناصر اساسی و چندوجهی جدول تناوبی است که در اشکال مختلفی از الماس گران‌بها گرفته تا گرافیت و amorphous carbon به‌وجود می‌آید. این عنصر به‌دلیل ویژگی‌های خود نظیر سختی، رسانایی الکتریکی و توانایی در ایجاد ترکیبات متنوع، در صنایع مختلف از جمله جواهرسازی، فولادسازی، الکترونیک و شیمی آلی کاربرد دارد. جهت مطالعه مقالات مشابه و همچنین قیمت روز انواع آهن‌آلات به وبسایت فولادینو مراجعه کنید و از بخش‌های مختلف سایت دیدن کنید.