معرفی کربن، ویژگی ها، کاربرد ها و خواص آن

ساده ترین پاسخی که به سوال کربن چیست می توان داد این است که کربن، عنصری ضروری با کاربردهای بسیار متنوع است. از سوخت گرفته تا داروسازی، جواهر سازی، تولید استیل، مداد، باتری، فیلتر و …. رد پای کربن دیده می شود. کربن در صنعت فولاد برای اضافه کردن درجه سختی، مستحکم تر کردن مقاطع فلزی و ایمن کردن آن ها در برابر خوردگی کاربرد دارد. ما در این مقاله درباره ویژگی ها، انواع و کاربرد کربن بیشتر توضیح خواهیم داد.

 کربن چیست؟

کربن چیه؟! کربن چهارمین عنصر فراوان در جهان و دومین عنصر فراوان در بدن انسان است که با نماد C و عدد اتمی 6 شناخته می شود. کربن برای حیات روی زمین ضروری است، زیرا این عنصر این توانایی را دارد تا انواع مختلفی از مولکول ها را از طریق ایجاد پیوند کووالانسی بسازد. بنابراین کربن قادر است مولکول های آلی که اجزای اصلی حیات به شمار می روند، هیدروکربن ها که اجزای اصلی سوخت های فسیلی هستند و دی اکسید کربن که عامل به دام انداختن گرما در جو زمین است را بسازد.

کربن در اشکال مختلفی وجود دارد که از آن جمله می توان به گرافیت و الماس اشاره کرد. الماس را سخت ترین ماده جهان می نامند، اما گرافیت نرم است و رسانا. همچنین کربن به شکل گاز CO2 نیز وجود دارد و ترکیبات کربنی نقش پر رنگی در فرآیندهای صنعتی نظیر تولید پلاستیک، مقاطع فلزی و تولید سوخت دارند.

کربن از چه چیزی ساخته شده است؟

کربن از چه چیزی ساخته شده؟ شاید این گونه به نظر برسد که کربن از فلز ساخته شده، اما واقعیت ندارد. کربن به اشکال مختلف در طبیعت یافت می شود و همان طور که پیشتر اشاره کردیم، کربن همان زغال سنگ است. با این وجود می توان کربن را به شکل گاز از گیاهان و حیوانات به دست آورد. این موجودات، اکسیژن را تنفس می کنند و گاز دی اکسید کربن پس می دهند.

همچنین مقداری از این گاز به صورت معمول در هوا وجود دارد و در جو زمین یافت می شود. این عنصر را می توان در دل معادن در زمین نیز پیدا کرد. کافی است سنگ آهک یا گرافیت را پیدا کنید. کربن در زغال سنگ، نفت، پلاستیک هم یافت می شود. الماس با ظاهر جذاب و صیقلی خود نیز نوعی کربن است و جالب تر اینکه کربن در ترکیبات زنده ای مانند کربوهیدرات ها، پروتئین ها و اسیدها هم وجود دارد. از آن‌ جایی که کربن عنصر اصلی در ترکیب پروفیل فولادی و خود فولاد است، مقدار و کیفیت کربن به‌ کار رفته در آن مستقیماً بر استحکام، کاربرد صنعتی و در نتیجه قیمت پروفیل در بازار تأثیر می‌ گذارد. مفهوم سنگ کربن چیست؟ به موادی مانند زغال‌ سنگ اشاره دارد که منبع انرژی هستند.

نام دیگر کربن چیست؟

نام کربن از واژه لاتین Carbo گرفته شده است. کربن یعنی چه؟! این واژه به معنی زغال است. در واقع باید گفت رایج ترین شکل کربن در طبیعت همان زغال است. در پاسخ نهایی به این پرسش که نام دیگر کربن چیست، باید گفت رایج‌ ترین و شناخته‌ شده‌ ترین نام آن در طبیعت همان زغال یا زغال‌سنگ است که قرن‌ ها به‌ عنوان منبع انرژی استفاده شده است. عدد اتمی کربن چند است؟ عنصر کربن با عدد اتمی کربن برابر با ۶ و ساختار ویژه‌ اتم کربن، یکی از پایه‌ ای‌ ترین عناصر سازنده‌ جهان مادی به شمار می‌ رود و جایگاه مشخصی به‌ صورت کربن خالص در جدول تناوبی دارد. کربن خالص بسته به نوع آرایش اتمی می‌ تواند به شکل الماس یا گرافیت ظاهر شود که هر کدام ویژگی کربن و خواص فیزیکی متفاوتی دارند. کاربرد کربن بسیار گسترده است و از تولید سوخت، فولاد، پلاستیک و دارو گرفته تا صنایع پیشرفته را در بر می‌ گیرد. وجود کربن در فولاد حتی بر بازار فلزات و قیمت آهن آلات نیز تأثیر مستقیم دارد.

آیا کربن فلز است؟

کربن فلز نیست و در دسته عناصر نافلزی قرار می‌ گیرد، اما به دلیل تنوع بسیار زیاد در شکل کربن، گاهی این تصور اشتباه به‌ وجود می‌ آید. اگر بپرسیم کربن چیست و چه کاربردی دارد، باید گفت این عنصر پایه‌ اصلی زندگی و بسیاری از صنایع مدرن است. سنگ کربن در طبیعت به صورت‌ هایی مانند زغال، گرافیت و الماس دیده می‌ شود که هر کدام ویژگی‌ های کربن را به شکلی متفاوت نشان می‌ دهند. از نظر علمی، انواع کربن شامل آلوتروپ‌ هایی مانند الماس، گرافیت، فولرن و گرافن است. عنصر کربن با وجود اینکه گاهی به اشتباه با عنوان فلز کربن شناخته می‌ شود، در اصل رسانایی و رفتار شیمیایی یک نافلز را دارد. یون کربن در واکنش‌ های شیمیایی نقش مهمی ایفا می‌ کند و در پیوند با عناصر دیگر ساختار میلیون‌ ها ماده را می‌ سازد. خالص‌ ترین کربن در جدول تناوبی همان الماس و گرافیت هستند. در نهایت فولاد کربنی چیست؟ آلیاژی از آهن و کربن است که استحکام آن به مقدار کربن وابسته است.

 انواع مختلف کربن

در هر تحقیق در مورد کربن به‌ خوبی می‌ توان دید که عنصر کربن یکی از شگفت‌ انگیزترین عناصر طبیعت است که هم در ساختار موجودات زنده نقش دارد و هم در صنایع سنگین و پیشرفته کاربرد گسترده‌ ای پیدا کرده است. بسیاری می‌ پرسند کربن گاز است؟ پاسخ این است که خود کربن به‌ صورت جامد وجود دارد، اما ترکیبات گازی آن مانند دی‌ اکسید کربن در هوا دیده می‌ شوند. جنس کربن بسته به آرایش اتمی می‌ تواند بسیار سخت مانند الماس یا نرم مثل گرافیت باشد. خالص‌ ترین کربن در طبیعت به شکل الماس و گرافیت یافت می‌ شود. در صنعت، از کربن برای تولید فولاد استفاده می‌ شود و حتی فولاد کم کربن کاربرد زیادی در ساختمان‌ سازی دارد. کاربردهای کربن از سوخت و انرژی تا الکترونیک و پزشکی گسترده است و به همین دلیل نوسانات قیمت فلز کربن و مواد مرتبط با آن برای صنایع اهمیت زیادی دارد. اکنون می‌ توان سراغ انواع مختلف کربن در طبیعت رفت.

کربن را در طبیعت به سه شکل مختلف می توان پیدا کرد:

• الماس

پیشتر نیز گفته شد که الماس، سخت ترین ماده در جهان است که به سبب ساختار زیبا و درخشان خود کاربرد گسترده ای در جواهر سازی دارد. الماس می تواند حرارت بسیار بالا را تحمل کند و با عبور نور درخشندگی بی نظیری به نمایش می گذارد.

• گرافیت

گرافیت را همه ما در نوک مدادهای مدرسه دیده ایم. گرافیت رسانا، سیاه و مات است و به سبب ساختار لایه ای خود در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

• آمورف

کربن آمورف به شکل دوده و زغال سنگ وجود دارد و به سبب بدون الگو بودن اتم ها به عنوان سوخت مورد استفاده قرار می گیرد.

نوع کربن	رنگ و ظاهر	میزان سختی	رسانایی الکتریکی	ساختار اتمی	کاربرد اصلی
الماس	شفاف و درخشان	بسیار سخت (سخت ترین ماده طبیعی)	نارسانا	شبکه سه بعدی منظم	جواهرسازی، ابزارهای برش، صنایع دقیق
گرافیت	سیاه و مات	نرم	رسانای خوب	ساختار لایه ای	مداد، باتری، صنایع الکترونیک
کربن آمورف	سیاه	متوسط	رسانایی کم	بدون نظم مشخص	سوخت، زغال سنگ، فیلترها، دوده

کاربرد کربن چیست؟

کاربرد کربن چیست؟ کاربرد کربن در صنعت بسیار متنوع و فراوان است و نقشی اساسی در صنایع مختلف بازی می کند. از صنایع فولاد و آهن گرفته تا تولید برق و از صنعت شیمیایی تا خودرو سازی و جواهرسازی، همه و همه به نوعی به کربن وابسته‌ اند. در صنعت فولاد، کربن یکی از عناصر اصلی در آلیاژهای فولادی است که بر میزان سختی، استحکام و شکل ‌پذیری فولاد تاثیر می گذارد. همچنین کربن نقش اساسی در فرایند کاهش اکسید شدن آهن دارد.

در صنایع مرتبط با برق، گرافیت به عنوان شکلی از کربن که قابلیت رسانا دارد، در قطعات الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد. در صنایع شیمیایی و داروسازی، کربن در تولید ترکیبات آلی از جمله پلیمرها، حلال‌ ها و داروها نقش اساسی دارد. با توجه به اینکه کربن می تواند پیوندهای مختلفی ایجاد کند و ترکیب های جدیدی به وجود بیاورد، برای ساخت مواد شیمیایی و داروها مورد استفاده قرار می گیرد. از پودر کربن خوراکی برای ساخت داروهای ضد اسید و کاهش‌ دهنده سطح کلسترول نیز استفاده می شود.

 ویژگی‌ های کربن چیست؟

پیش از آن‌ که وارد بررسی دقیق ویژگی‌ ها شویم، لازم است درک درستی از جایگاه کربن در علم و صنعت داشته باشیم. بسیاری می‌ پرسند کربن خالص است یا ناخالص؛ پاسخ این است که کربن می‌ تواند هم به‌ صورت خالص مانند الماس و گرافیت وجود داشته باشد و هم در ترکیب با عناصر دیگر. وقتی صحبت از آلیاژها می‌ شود، پرسش مهمی مطرح می‌ شود که فروکروم پر کربن چیست؟ این ماده ترکیبی آلیاژی است که در فولادسازی برای افزایش سختی و مقاومت به کار می‌ رود. اگر بپرسیم از کربن چه استفاده‌ هایی می‌ شود، با طیف گسترده‌ ای از کاربردها از سوخت و انرژی تا داروسازی و الکترونیک رو به‌ رو می‌ شویم. خصوصیات کربن مانند استحکام، تنوع ساختاری و پیوندپذیری بالا آن را منحصر به‌ فرد کرده است. نماد علمی کربن حرف C است و نکته جالب این‌ که خیلی‌ ها می‌ پرسند آیا کربن رسانایی گرمایی دارد؟ که پاسخ آن به نوع ساختار کربن بستگی دارد.

اگر برایتان این پرسش پیش آمده است که ویژگی های کربن چیست، می توانید اطلاعات تکمیلی را در جدول زیر مشاهده کنید:

ویژگی ها	توضیحات
تعداد اتمی	دارای عدد اتمی 6، به معنی دارا بودن 6 پروتون و نوترون در هسته
جرم اتمی	جرم اتمی کربن حدوداً 12.01 واحد ماسه است
ساختار الکترونی	دارای 6 الکترون در لایه خارجی، 2 الکترون در لایه داخلی و 4 الکترون در لایه خارجی.
نحوه توزیع الکترون‌ها	توزیع الکترون‌ها در لایه خارجی 2-4 است؛ به این معنی که دو الکترون در زیرلایه s و چهار الکترون در زیرلایه p قرار می گیرند
خواص فیزیکی	در دمای معمولی به ‌صورت جامد و بسیار سخت
خواص الکتروشیمیایی	این عنصر قادر است به‌ خوبی با فلزات، یون‌ های فلزی، یون‌ های منفی، یون‌ های مثبت و با مولکول‌ های آلی واکنش دهد
خواص شیمیایی	یک عنصر غیر فلزی در شیمی آلی. با قابلیت ایجاد تعداد زیادی ترکیب. مهم ‌ترین ترکیبات آلکان‌ ها، آلکن ‌ها، الکین‌ ها و تعداد زیادی از داروها و مواد شیمیایی صنعتی را تشکیل می‌ دهد.
اسید پذیری	در تشکیل اسیدهای آمینه نقش دارد
نقطه ذوب	دارای بالاترین نقطه ذوب در بین عناصر. نقطه ذوب کربن در حدود ۳۵۰۰ درجه سانتی گراد است

 کربن خالص چیست و چه ویژگی‌ هایی دارد؟

کربن خالص چیست؟ به کربن با درجه خلوص و عیار بالا کربن بلک گفته می شود که مقدار بسیار کمی از ناخالصی هایی نظیر گوگرد، خاکستر و … را با خود به همراه دارد. کربن خالص فقط اتم کربن دارد، اما بقیه انواع کربن در ترکیب با سایر اتم ها هستند و همواره مقداری هر چند اندک ناخالصی در ساختار آنها وجود دارد.

از طریق سوزاندن هیدروکربن ها در شرایط کنترل شده می توان برای تولید پودر کربن خالص اقدام کرد. این پودر در لاستیک سازی، جوهر سازی و پلاستیک سازی بسیار کاربردی است. اما منبع تامین این نوع کربن چیست؟ در فرایند پالایش نفت، هیدروکربن هایی حاصل می شوند که قابلیت تبدیل شدن به سوخت را ندارند.

در عین حال دارای خواصی مانند رسانایی حرارتی بالا و خواص مکانیکی برتر هستند. این عنصر به دلیل خواصی که دارد مورد بهره برداری های مختلفی در صنایع، قرار می گیرد. اضافه کردن کربن خالص به محصولاتی مانند تایر، پلاستیک، جوهر، پوشش و قطعات الکترونیکی باعث استحکام و دوام بالاتر و رسانایی بیشتر می شود.

کربن چه رنگی است؟

وقتی می پرسیم کربن چه رنگیه، پاسخ آن وابسته به شکل و ساختار این ماده است، نه خود عنصر کربن به صورت مجرد. کربن در طبیعت می تواند بی رنگ، سیاه، خاکستری یا حتی شفاف دیده شود. برای مثال الماس که یکی از خالص ترین شکل های کربن است، کاملا شفاف و بی رنگ است، در حالی که گرافیت که در نوک مداد وجود دارد، کاملا سیاه و مات دیده می شود. این تفاوت رنگ به نحوه قرارگیری تعداد الکترون های کربن در مدارهای اتمی و نوع پیوندها ارتباط دارد. عنصر کربن به دلیل تنوع ساختاری، رنگ ثابتی ندارد و همین ویژگی باعث شده کاربردهای بسیار گسترده ای پیدا کند. جالب است بدانید همین عنصر ساده نقش کربن در بدن انسان را نیز بر عهده دارد و ساختمان اصلی سلول ها بر پایه آن شکل می گیرد.

حالت فیزیکی کربن چیست؟

برای پاسخ علمی به این پرسش که آیا کربن جامد است یا خیر، باید گفت عنصر کربن در شرایط عادی دما و فشار به صورت جامد وجود دارد و یکی از پایدارترین عناصر جامد به شمار می رود. ساختار جامد کربن می تواند اشکال مختلفی داشته باشد که همین موضوع باعث شده کربن در طبیعت به چند صورت وجود دارد. از الماس فوق سخت گرفته تا گرافیت نرم و لایه ای، همگی حالت جامد دارند اما رفتار فیزیکی یکسانی از خود نشان نمی دهند. این تفاوت ها به تعداد الکترون های کربن و نوع پیوند بین اتم ها وابسته است. کربن برخلاف بسیاری از عناصر، در دمای بسیار بالا ذوب می شود و همین ویژگی باعث کاربرد گسترده آن در صنایع سنگین شده است. نقش کربن در بدن انسان نیز نشان می دهد این عنصر جامد تا چه اندازه برای حیات ضروری است.

کربن جامد است یا گاز؟

پاسخ دقیق این است که خود عنصر کربن در طبیعت به صورت جامد دیده می شود، اما ترکیبات آن می توانند گازی باشند. بسیاری از مردم به اشتباه تصور می کنند کربن یک گاز است، چون با گاز دی اکسید کربن اشتباه گرفته می شود. وقتی می پرسیم آیا کربن جامد است، پاسخ علمی کاملا مثبت است. کربن در دمای محیط هرگز به صورت گاز مشاهده نمی شود و تنها در فشارها و دماهای بسیار خاص می توان رفتارهای متفاوتی از آن دید. کربن در طبیعت به چند صورت وجود دارد که همگی جامد هستند. ساختار الکترونی و تعداد الکترون های کربن باعث شده این عنصر بتواند پیوندهای بسیار پایداری بسازد. این ویژگی هم در صنایع اهمیت دارد و هم در نقش کربن در بدن انسان که اساس مولکول های زیستی بر پایه آن بنا شده است.

کربن در کجا یافت می شود؟

عنصر کربن یکی از فراوان ترین عناصر در طبیعت است و در بخش های مختلف زمین و بدن موجودات زنده یافت می شود. اگر بپرسیم کربن در طبیعت به چند صورت وجود دارد، پاسخ آن شامل کربن معدنی مانند زغال سنگ، الماس و گرافیت و کربن آلی در گیاهان و جانوران است. این عنصر هم در هوا به صورت ترکیبات گازی دیده می شود و هم در اعماق زمین به صورت سنگ های کربنی وجود دارد. تعداد الکترون های کربن و توانایی بالای پیونددهی آن باعث شده در میلیون ها ترکیب طبیعی و صنعتی حضور داشته باشد. نقش کربن در بدن انسان بسیار اساسی است، چون پروتئین ها، چربی ها و قندها همگی بر پایه آن ساخته شده اند. به همین دلیل می توان گفت کربن هم در طبیعت بی جان و هم در دنیای زنده حضوری حیاتی دارد.

در مجموع کربن عنصری نافلزی با ساختارهای گوناگون مانند الماس، گرافیت و زغال است که در طبیعت به شکل های معدنی و آلی یافت می شود. این عنصر در شرایط عادی جامد است، رنگ ثابتی ندارد و به دلیل توانایی بالای پیوند دهی، پایه اصلی ساختار موجودات زنده و بسیاری از مواد صنعتی به شمار می رود. نقش حیاتی کربن در بدن انسان، صنایع، انرژی و فناوری نشان می دهد که این عنصر یکی از بنیادی ترین عناصر جهان ماده است.

سوالات متداول