الكربون

الماس، الفحم، البلاستيك، البترول، والإنسان. ما الذي يشتركون فيه كلهم؟ العامل المشترك هي البنية الكربونية. إن ثلثي وزنِ الإنسان المتبقي بعد استبعاد الماء يأتي من ذرات كربون، وإذا نظرنا حولنا، فسنجد أن الكربون هو البنية الأساسية لعدد لا يحصى من المواد. ما الذي يتميز به الكربون؟ سنبدأ كما نفعل في الكيمياء عادة بالنظر إلى الذرات. لذرة الكربون ست إلكترونات، أربع منها توجد في غلاف الإلكترونات الخارجي. ترغب أي ذرة في الحصول على ثمانية إلكترونات في غلافها الخارجي، لذلك تريد ذرة الكربون الحصول على أربعة إلكترونات من ذرات أخرى، وكأن للكربون أربع أذرع يمكنها التمسك بذرات أخرى. إمكانية عمل أربعة روابط و أكثر مما يمكن للعناصر المشهورة الأخرى الموجودة في الطبيعة، وهو الأمر الذي يجعل الكربون عنصرا تعدديا، فيمكنه تكوين الملايين من المركبات المختلفة. يتشكل الكربون لوحده بعدة أشكال، مثل الماس. يتكون الماس كليا من ذرات الكربون. كل ذرة كربون تكون مرتبطة بأربعة ذرات كربون أخرى. جميع الذرات تتمسك ببعضها. هذا ما يجعل من الماس مادة شديدة القوة والصلابة. إنه أقوى المواد في الطبيعة. جميع الإلكترونات الخارجية مقيضة في روابط كيميائية، ولا توجد إلكترونات حرة الحركة. لا يوصل الماس الكهرباء على الإطلاق. لكن ذرات الكربون لا ترتبط دائما بهذه القوة في كل الإتجاهات. هذا هو الجرافيت. إنه أيضا من أشكال الكربون النقي. تشكل ذرات الكربون هنا طبقات، كل منها بنمط سداسي مثل خلية النحل. كل ذرة كربون مرتبطة بثلاثة ذرات كربون أخرى فقط، بَقية إلكترونا حر الحركة في كل ذرة، لذلك فالجرافيت يوصل الكهرباء. كل طبقة من الذرات لها روابط قوية بداخلها فقط، لكن الطبقات المختلفة تتماسك ببعضها بواسطة قوى جذب ضعيفة، لذلك تنزلق الطبقات فوق بعضها بسهولة، وهو ما يجعل الجرافيت مادة سهلة وطَيِّعة. لجرافيت المخلوط بالصلصال هو المادة المستخدمة في أقلام الرصاص. عندما تكتب بقلم الرصاص، فإن الكتابة تكون عبارة عن طبقات من الجرافيت تنبشر على الورقة. إذا أمكننا تقشير طبقة جرافيت واحدة، فسنحصل على شريحة من الجرافين، وهو بسمك طبقة ذرية واحدة فقط، أي أنه خفيف الوزن جدا، لكنه أيضا قوي جدا. يحتمل أن يُستخدم الجرافين في شاشات اللمس أو مواد البناء في المستقبل. هناك شكل آخر للكربون النقي، تتكون جزيئاته من حوالي ستين ذرة كربون في شكل كرة. تسمى هذه الجزيئات المستديرة بالفلورينات. يمكن إيجادها في جزيئات السخام الناتج من احتراق الشمع مثلا. الماس والجرافيت والجرافين والفلورين جميعها أشكال من الكربون النقي. ما يميز الكربون هو أنه يستطيع تكوين ملايين المركبات مختلفة. السبب في إمكانية الكربون لعمل الكثير من التركيبات هو عدد الروابط الكبير لكل ذرة، وهو أربعة روابط.