استخدامات الكربون في الحياة العملية

ما هو الكربون

الكربون هو عنصر كيميائي مماثل للهيدروجين والأكسجين والرصاص وأي عنصر آخر في الجدول الدوري، ويوجد الكربون بكثرة ويمكن أن يتواجد في أشكال نقية مثل الماس والجرافيت، ويمكنه أيضا التفاعل مع عناصر أخرى لتشكيل الجزيئات. تكون هذه الجزيئات أساسا من الكربون وتشكل البنية الأساسية للكائنات الحية مثل البشر والحيوانات والنباتات والأشجار والتربة. بعض الغازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان تتكون أيضا من جزيئات تحتوي على الكربون، مثل الوقود الأحفوري الذي يتكون بشكل كبير من الهيدروكربونات (جزيئات تتكون من الهيدروجين والكربون).

ويعتبر المصدر الرئيسي للكربون هو رواسب الفحم المدفونة في أعماق الأرض، وهناك ثلاثة تآصلات للكربون وهي الجرافيت والماس والكربون غير المتبلور، ويعتبر الكربون عنصرًا مستقرًا ويمكن أن يتحد مع أي عنصر آخر لتكوين عدد من المركبات المفيدة، ولذلك تم تخصيص الكيمياء العضوية وهي فرع من فروع الكيمياء لدراسة خصائص واستخدامات الكربون كعنصر كيميائي وفي أشكاله المركبة.

استخدامات الكربون في الحياة اليومية

يستخدم الكربون في العديد من الأنشطة اليومية ، ومنأهم هذه الاستخدامات:

• الكربون يشكل 18٪ من جسم الإنسان من خلال السكر والجلوكوز والبروتينات، وهي جميعها عناصر مصنوعة من الكربون، إذ يحتوي الطعام الذي نتناوله على مصدر هام للطاقة وهو الكربوهيدرات، والكربوهيدرات تعتبر عناصر مشتقة من الكربون نفسه
• يتم استخدام الكربون في شكل الماس في المجوهرات، ولكن يتم استخدام الماس أيضًا في الأغراض الصناعية، وعلىالرغم من أنه مادة صلبة، إلا أنها تتمتع باستخدامات عديدة في عمليات التصنيع.
• يستخدم الكربون غير المتبلور في صناعة الأحبار والدهانات، كما يتم استخدامه فيالبطاريات.
• يستخدم الجرافيت كمادة رائدة في أقلام الرصاص، كما يستخدم في صناعة الصلب.
• يعد التأريخ بالكربون أحد أهم الاستخدامات حيث يمكننا استخدام الكربون لقياس عمر الأشياء،وقد استخدم العلماء شكلاً نادرًا من الكربون يسمى الكربون 14 لقياس عمر الحفريات والعظام، ويتم تسجيل إطلاق هذا الكربون -14 لتقدير عمر المادة العضوية المذكورة، ومن هذه الطريقة اكتشف العلماء عمر وفترة عظام و أحافير الديناصورات.

استخدامات أخرى للكربون 

نظرا لاعتماد الكربون بشكل واسع في الطبيعة، تم استخدامه في مجالات مختلفة لآلاف السنين من قبل الشركات الصناعية والشركات الطبية. بالإضافة إلى ذلك، يعتبر الكربون عنصرا أساسيا في جسم الإنسان والكائنات الحية الأخرى. فيما يلي سنتعرف على أهم استخدامات الكربون في الحياة العملية

• الكربون في الجسم

تحتوي جسم الإنسان على كميات كبيرة من الكربون، وهذا الكربون يستخدم في وظائف مختلفة. الكربون يعتبر إحدى المواد الغذائية الأساسية التي توجد في كل جزء من الجسم. يلعب ثاني أكسيد الكربون في الدم دورا هاما في الحفاظ على توازن حموضة الدم. بالإضافة إلى ذلك، يعتبر الكربون عنصرا أساسيا في العديد من الاستخدامات الصناعية ويشكل جزءا أساسيا في بنية جسم الإنسان. بدون الكربون، لن تكتمل الحياة

• الكربون كوقود

يستخدم البشر العديد من أشكال الكربون كوقود منذ آلاف السنين، ويستخدم الكربون كوقود على نطاق واسع لأنه يمكن الحصول على مكوناته بسهولة من الطبيعة، وهناك نوعان مختلفان من الوقود المعتمد على الكربون وهما الوقود الأحفوري والوقود الحيوي ويتم الحصول على الوقود الحيوي من المواد الحية العضوية بينما يتم استخلاص الوقود الأحفوري من بقايا الكائنات الحية في عصور ما قبل التاريخ.

كلا الأنواع من الوقود لها فوائدها الخاصة، فالوقود الحيوي قابل للتجديد ولكن يستغرق وقتًا أطول لجني الوقود الحيوي الذي يمكن أن يتجدد، بينما يمكن استخراج الوقود الأحفوري بسهولة من الطبيعة، ولكن التنقيب المفرط يمكن أن ينفد الموارد لأن الوقود الأحفوري غير متجدد.

• الكربون في صناعة النسيج

يستخدم صناع النسيج ألياف الكربون والبوليمرات المحتوية على الكربون لإنتاج منتجاتهم، نظرا لقوتها ومقاومتها للتفاعلات الكيميائية ودرجات الحرارة المختلفة. ويعد السليلوز أو (C 6 H 10 O 5 ) n عنصرا أساسيا في صناعة الملابس، حيث يتم إنتاج الألياف النباتية مثل القطن والكتان من خلال هذا المركب العضوي. ويمكن أيضا تحويل السليلوز إلى رايون، وهو نوع من السليلوز المنقى مجددا صناعيا

تستخدم العديد من شركات صناعة الملابس والمفروشات النسيج الصناعي في الحياة اليومية ، بالإضافة إلى ألياف الكربون النباتية ، وتنتج الحيوانات أيضا أليافا من الحرير والصوف وشعر الخيل ، وتصنع صناعات الأزياء الفاخرة مجموعة متنوعة من الملابس من هذه الألياف الحيوانية بسبب جودتها وأصالتها الممتازة

• استخدامات الجرافيت

الجرافيت هو نوع من الكربون البلوري، ويتم استخدامه بطرق مختلفة في حياتنا اليومية، حيث يستخدم بعض المصانع الجرافيت لإنتاج الحرارة في صناعة الزجاج، لأنه يمكنه إصدار كمية كبيرة من الحرارة أثناء التشكيل، كما يستخدم في صناعة البطاريات كقطب كهربائي، لأنه يمكنه توصيل الكهرباء داخل طبقات الكربون الخاصة به، ويستخدم أيضا الجرافيت كوسيط للنيوترونات في المفاعلات النووية، نظرا لقدرته على تباطؤ سرعة النيوترونات السريعة

• الكربون والماس

قد لا يكون معروفا لدى معظم الناس أن الماس عادة ما يحتوي على 99.5 في المائة من الكربون، ويرتبط الماس في أذهان الناس بالجمال والكمال، وهناك أيضا العديد من التطبيقات الصناعية للماس. فعلى سبيل المثال، يستخدم الماس في النوافذ الليزرية وغرف التفريغ بسبب قوتها وقدرتها على تحمل الحرارة، ويستخدم الماس أيضا من قبل المصنعين المرموقين لتحسين منتجاتهم، حيث يمكن للماس أن يجعل الصوت يهتز بسرعة دون التأثير على الجودة. كما يستخدم الماس في المشتتات الحرارية والأجهزة الميكانيكية الصغيرة.

• فوائد الكربون الأسود

يتم إنتاج أسود الكربون من جزيئات الكربون الأولي التي تنتج عن الاحتراق غير الكامل للهيدروكربونات، ويتكون من 97٪ من عناصر الكربون، ويمكن العثور عليه في الإطارات والمنتجات البلاستيكية، كما يتم استخدام أسود الكربون في صناعات الطباعة والفن كأصباغ سوداء في الحبر وحبر الطابعة الليزرية والطلاء الزيتي والألوان المائية، كما يتم استخدام أسود الكربون كموصل كهربائي في أجهزة الشركات الإلكترونية

• الكربون في الطب

طور خبراء الصحة الكربون لتطوير علاجاتهم الطبية لأمراض معينة، حيث يمتص الكربون المواد الخطرة مثل السموم والغازات السامة في الجهاز الهضمي، على الرغم من أن الكربون يشكل 18٪ فقط من كتلة الجسم إلا أنه مهم في تكوين البروتينات والكربوهيدرات والدهون، والكربون ضروري في التنفس الخلوي لإنتاج الطاقة اللازمة للأنشطة البشرية، كما يمكن للفحم المنشط إنقاذ حياة شخص ما، حيث يستخدمه الأطباء لعلاج حالات التسمم الكيميائي وتناول جرعات زائدة من الأدوية

الأنابيب النانوية الكربونية لها دور مهم في الصناعات الطبية والبصرية بسبب تمتعها بتوصيل حراري استثنائي وخصائص كيميائية وفيزيائية فريدة. يسعى العلماء لاستخدام الأنابيب النانوية الكربونية في رصد الصحة وطرق علاج الأمراض المختلفة. فالأنابيب النانوية الكربونية يمكن استخدامها لنقل الأدوية داخل جسم الإنسان، ومن المتوقع أن تعزز فعالية نقل الأدوية في حالات الأورام والسرطان.

العدد الذري للكربون 

عدد الكربون الذري هو 6 ويمثل عدد الإلكترونات، ويعبر عنه بالرمز C. الكربون غير معدني ويحتوي على 6 بروتونات و 6 نيوترونات و 6 إلكترونات. تعد ذرة الكربون فريدة من نوعها؛ حيث يمكن أن تتشكل روابط غير محدودة مع ذرات كربون أخرى بسبب صغر حجمها، ويمكن أن تكون جزءا من جزيئات أكبر. تحتوي كل ذرة على أربعة إلكترونات في الغلاف الخارجي وتسمى إلكترونات التكافؤ، ويمكنها تشكيل روابط كيميائية مع ذرات وجزيئات أخرى

الخصائص الفيزيائية للكربون

• تختلف الخصائص الفيزيائية للكربون باختلاف خصائصه: الماس والجرافيت هما التآصلان الرئيسيان ولديهما خصائص فيزيائية متعارضة.
• بينما الماس شفاف وغير ملون، الجرافيت مظلم وأسود
• الماس هو أصعب مادة يعرفها الإنسان، بينما الجرافيت يشعر بالنعومة والاسفنجية عند اللمس
• الماس غير قادر على توصيل الكهرباء، بينما يُعد الجرافيت موصلًا جيدًا للكهرباء
• كلاهما صلب وغير غازي
• كما أن كلاهما غير قابل للذوبان في الماء
• عندما يتم تسخينه، فإنه لا يذوب بل يتحول إلى شكل غازي ويتسمى بذلك.