كربون C

الاكتشاف

عُرف الكربون منذ ما قبل التاريخ في صورة السخام والفحم النباتي، اللذين استخدمهما الإنسان الأول في رسوم الكهوف وصهر المعادن. وكان الماس ثمينًا في الهند القديمة. أما ما لم يعرفه أحد فهو أن هذه المواد المختلفة جدًا عنصر واحد.

في سبعينيات القرن الثامن عشر أثبت أنطوان لافوازييه أن الماس يحترق فيكوّن «الهواء الثابت»، أي الغاز الذي نسميه ثاني أكسيد الكربون، تمامًا كما يفعل الفحم. وفي عام 1796 أثبت سميثسون تينانت أن كتلتين متساويتين من الماس والفحم تنتجان المقدار نفسه من ثاني أكسيد الكربون، فبرهن على أن الماس كربون نقي. أما الغرافيت، الذي ظُن طويلًا أنه صورة من الرصاص، فقد تعرّف عليه كارل فيلهلم شيله بوصفه كربونًا عام 1779.

وكشف القرن العشرون عن أشكال جديدة. فقد اكتُشف البكمنسترفوليرين، وهو جزيء C60 على هيئة كرة القدم، عام 1985 ونال مكتشفوه جائزة نوبل عام 1996. ووُصفت أنابيب الكربون النانوية بالتفصيل عام 1991، وفي عام 2004 عزل أندريه غايم وكونستانتين نوفوسيلوف الغرافين، وهو طبقة ذرية واحدة من الغرافيت، ففازا بجائزة نوبل في الفيزياء عام 2010.

أصل التسمية

يأتي الاسم من الكلمة اللاتينية carbo ومعناها الفحم النباتي أو الفحم. وقد أدرج لافوازييه carbone في قائمة العناصر التي نشرها عام 1789. والرمز C. أما الاسم العربي «كربون» فهو تعريب للاسم الأوروبي.

أهم الاستخدامات

• الطاقة: الفحم والنفط والغاز الطبيعي، وكلها أنواع وقود كربونية، لا تزال توفر معظم طاقة العالم.
• الفولاذ: كميات صغيرة من الكربون تحوّل الحديد إلى فولاذ، ويُستخدم فحم الكوك لاختزال خام الحديد.
• المواد: يُستخدم الغرافيت في أقلام الرصاص ومواد التزليق وأقطاب البطاريات السالبة، وتصنع ألياف الكربون أدوات رياضية وقطع طائرات خفيفة وقوية.
• الصناعة: يقطع الماس المواد الصلبة ويصقلها، وينقّي الكربون المنشط الماء والهواء.
• الكيمياء: البلاستيك والأدوية والأصباغ والمذيبات كلها مركبات عضوية قوامها الكربون.

النظائر

للكربون نظيران مستقران: الكربون-12 بنحو 98.9 في المئة، والكربون-13 بنحو 1.1 في المئة. ويُعرَّف بالكربون-12 وحدةُ الكتلة الذرية. ويُستخدم الكربون-13 في مطيافية الرنين المغناطيسي النووي وفي اختبارات النَّفَس لكشف التهابات المعدة.

أما الكربون-14 فمشع، وعمر النصف له نحو 5,730 سنة. وهو يتكون باستمرار في طبقات الجو العليا ويدخل الكائنات الحية، وبعد الموت تتناقص كميته باطّراد، ما يتيح للعلماء تأريخ البقايا العضوية حتى نحو 50,000 سنة. وقد طوّر ويلارد ليبي طريقة الكربون المشع هذه ونال جائزة نوبل في الكيمياء عام 1960.

في الحياة اليومية

يشكّل الكربون نحو 18 في المئة من كتلة جسم الإنسان. وتلتقط النباتات ثاني أكسيد الكربون بالتمثيل الضوئي، وتطلقه الحيوانات بالتنفس. وقد رفع حرق الوقود الأحفوري تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي إلى ما يفوق مستويات ما قبل الثورة الصناعية بكثير، ما يدفع تغيّر المناخ.

وأول أكسيد الكربون، الناتج عن الاحتراق غير الكامل، سمٌّ عديم اللون والرائحة، ولهذا تستفيد المنازل التي فيها أجهزة تحرق الوقود من أجهزة إنذار أول أكسيد الكربون.