คาร์บอน

คาร์บอน (Carbon) คือ ธาตุที่มีเลขอะตอม 6 เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ C

สถานะ คาร์บอนมักพบในรูปอมอฟัสที่อุณหภูมิห้องความดันบรรยากาศ ความหนาแน่น 1.8-2.1 g/cm³ในอมอฟัส 2.3 g/cm³ในกราไฟต์ 3.5 g/cm³ในเพชร จุดระเหิด 3825°C ที่ความดันบรรยากาศ

คาร์บอนมีผลึกได้ 2 แบบที่อุณหภูมิห้องความดันบรรยากาศ คือ ผลึกหกเหลี่ยมเรียกว่ากราไฟต์ กับ ผลึกทรงสี่หน้าเรียกว่าเพชร

• ผลึกกราไฟต์ ได้จากการผ่านอุณหภูมิที่ 2000-3000°C เป็นเวลาหลายสัปดาห์ ผลึกของกราไฟต์เป็นแผ่นของกราฟีนที่แต่ละอะตอมของคาร์บอนมีอะตอมใกล้สุด 3 ตัวที่ระยะ 246 pm และมีระยะห่างระหว่างแผ่น 671 pm
• ผลึกเพชร ได้จากการผ่านความดันสูงกว่า 12 GPa และสามารถคงเป็นผลึกเพชรได้ที่อุณหภูมิห้องความดันบรรยากาศ แม้ว่าผลึกกราไฟต์จะเสถียรกว่าเพียง 30 meV แต่การเปลี่ยนจากเพชรเป็นกราไฟต์เกิดขึ้นช้า เนื่องจากต้องใช้ 3.8 eV ในการเปลี่ยนผลึก โดยเริ่มมีการเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆที่ราว 700°C

แหล่ง คาร์บอนมีเพียง 200 ในล้านส่วนในเปลือกโลก 28 ในล้านส่วนในทะเล คาร์บอนไดออกไซด์มี 370 ในล้านส่วนโดยปริมาตรในบรรยากาศเมื่อปี 2000 และเพิ่มเป็น 414 ในล้านส่วนในปี 2020

ไอโซโทปของคาร์บอนมี 3 ชนิด ได้แก่ 98.93% เป็นคาร์บอน-12 กับ 1.07% เป็นคาร์บอน-13 น้อยกว่า 1 ในล้านล้านส่วนเป็นคาร์บอน-14 ซึ่งเกิดจากนิวตรอนจากดวงอาทิตย์ทำปฏิกิริยานิวเคลียร์กับไนโตรเจนในบรรยากาศชั้นสตราโทสเฟียร์ และสลายตัวเป็นไนโตรเจนด้วยค่าครึ่งชีวิต 5700 ปี

การค้นพบ รู้จักในรูปของถ่านไม้จากการเผาเกินหมื่นปีก่อน ต่อมาในยุคเหล็กราวปี -1000 จึงมีการบันทึกถึงเพชรที่ค้นพบในอินเดียและจีน ต่อมาทั้งถ่านและเพชรถูกแสดงว่าเป็นคาร์บอนเหมือนกันโดยแอนทอน ลาโวสิเยเมื่อปี 1772

สารประกอบ

คาร์บอนกับไฮโดรเจนรวมกันได้หลายแบบ เรียกสารกลุ่มนี้เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ซึ่งเป็นกลุ่มใหญ่ของสารในสิ่งมีชีวิต และเรียกสารที่มีคาร์บอนและไฮโดรเจนว่าสารอินทรีย์

คาร์บอนกับออกซิเจนรวมกันได้สองแบบหลัก คือ คาร์บอนมอนออกไซด์ CO และคาร์บอนไดออกไซด์ CO₂

คาร์บอนกับไนโตรเจนรวมกันได้เป็นไอออนไซยาไนด์ CN^- สามารถอยู่ในสาร เช่น HCN, NaCN, KCN, Fe₄[Fe(CN)₆]₃