الكربون ومركباته

يلعب الكربون دوراً مهماً جدًا في حياة جميع الكائنات الحية.

تبلغ نسبة الكربون في القشرة الأرضية 0.02٪ فقط ، وهو متوفر في شكل معادن مثل الكربونات وكربونات الهيدروجين والفحم والنفط.

نسبة وجود الكربون في الغلاف الجوي للأرض 0.03٪ ،ويكون على شكل ثاني أكسيد الكربون.

مركبات الكربون

جميع مركبات الكربون تقريبًا (باستثناء القليل منها) هي موصِلات رديئة للكهرباء.

يتكون الالماس والجرافيت من ذرات الكربون. ومع ذلك ، يكمن الاختلاف بينهما في الطريقة التي ترتبط بها ذرات الكربون ببعضها البعض.

في الالماس ، ترتبط كل ذرة من الكربون بأربع ذرات كربون أخرى وتشكل بنية صلبة ثلاثية الأبعاد (انظر الصورة أدناه).

في الجرافيت ، كل ذرة من الكربون مرتبطة بثلاث ذرات كربون أخرى في نفس المستوى ، مما يعطي شكل مصفوفة سداسية (انظر الصورة أدناه) :

هناك أيضًا اختلاف في بعض البنيات الفيزيائية للألماس والجرافيت.

الالماس هو أقسى مادة معروفة بينما الجرافيت مادة ناعمة وزلقة.

الجرافيت موصِل جيد للكهرباء بينما الالماس ليس كذلك.

يوضح الجدول التالي بنيات مركبات الكربون والهيدروجين

اسم المركب	صيغة المركب	البنية
Methane ميثان	CH4
Ethane ايثان	C2H6
Propane بروبان	C3H8
Butane بوتان	C4H10
Pentane بنتان	C5H12
Hexane هكسان	C6H14

تُعرف المركبات ، التي لها تركيبة جزيئية متطابقة ، ولكن لها بنية مختلفة ، باسم أيزومرات هيكلية (انظر بنية البيوتان الواردة أدناه).

تُعرف الهيدروكربونات المشبعة بالألكانات.

تُعرف الهيدروكربونات غير المشبعة ، التي تتكون من رابطة مزدوجة واحدة أو أكثر ، بالألكينات.

تُعرف الهيدروكربونات غير المشبعة ، والتي تتكون من واحد أو أكثر من الروابط الثلاثية ، باسم الألكينات.

استخدام الكحوليات كوقود

تعمل نباتات قصب السكر بكفاءة عالية على تحويل ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية ويمكن استخدام عصيره في تحضير دبس السكر.

عندما يتخمر دبس السكر ، فإنه ينتج الكحول (الإيثانول).

تستخدم بعض الدول الآن الكحول كمادة مضافة للبنزين ، حيث أنه وقود أنظف.

هذه الكحول ، عند احتراقها في هواء كافٍ (أكسجين) ، ينتج عنها ثاني أكسيد الكربون والماء فقط.

الاسترات

الإسترات هي مواد ذات رائحة حلوة ، والتي تتشكل بشكل غالباً عن طريق تفاعل حمض وكحول (انظر الصورة أدناه - توضح تكوين الإسترات).

عندما تتفاعل الإسترات في وجود حمض أو اساس، فإنها ترجع الكحول وحمض الكربوكسيل.

يُعرف تفاعل الإسترات مع حمض أو قاعدة بعملية التصبن لأنه يستخدم في تحضير الصابون.

عادةً ما تكون جزيئات الصابون عبارة عن أملاح الصوديوم أو البوتاسيوم من الأحماض الكربوكسيلية طويلة السلسلة.

ومن المثير للاهتمام أن الطرف الأيوني للصابون يذوب في الماء بينما تذوب سلسلة الكربون في الزيت. تشكل هذه الميزات النموذجية لجزيئات الصابون بنى تعرف باسم المذيلات (انظر الصورة أدناه)

في الأيون الغروي micelles ، يكون أحد طرفي الجزيئات باتجاه قطرة الزيت بينما تظل النهاية الأيونية في الخارج.

يساعد الأيون الغروي micelles الصابون في إذابة الأوساخ في الماء ؛ وبالمثل ، يتم تنظيف الملابس.

من ناحية أخرى ، المنظفات عادة ما تكون أملاح الأمونيوم أو السلفونات من الأحماض الكربوكسيلية طويلة السلسلة ، والتي تظل فعالة حتى في الماء العسر.

تُستخدم المنظفات عادةً في صنع الشامبو وبعض المنتجات الأخرى لتنظيف الملابس.