คาร์บอน

เพชร ถ่าน พลาสติก นำ้มันปิโตรเลียม มนุษย์ สิ่งเหล่านี้มีอะไรเหมือนกันนะ? พวกมันล้วนประกอบไปด้วยคาร์บอนทั้งนั้น ถ้าไม่รวมน้ำในร่างกาย สองในสามของน้ำหนักตัวเรา คือคาร์บอนอะตอม และถ้าเรามองไปรอบๆ เราจะพบว่าคาร์บอนเป็นพื้นฐานสำคัญ ของสสารต่างๆมากมาย แล้วคาร์บอนมีอะไรพิเศษล่ะ? มาเริ่มจากสิ่งที่เรามักจะทำในวิชา เคมีละกัน มาดูที่อะตอมกัน อะตอมของคาร์บอนมีอิเล็กตรอน หกตัว โดยสี่ตัวอยู่ในเปลือกชั้นนอกสุด ปกติแล้ว อะตอมต้องการอิเล็กตรอน ในเปลือกชั้นนอก แปดตัวเสมอ คาร์บอนเลย ต้องการอิเล็กตรอนเพิ่มอีก 4 ตัว จากอะตอมตัวอื่นๆ ราวกับว่าคาร์บอนมีแขนสี่แขน ที่สามารถยื่นออกไปจับกับอะตอม ตัวอื่นๆได้ การที่มันสามารถจับกับอะตอมตัวอื่นได้มาก ถึงสี่ตัวนี้ ถือเป็นการจับตัวที่มากกว่าธาตุบริสุทธิ์อื่นๆใน ธรรมชาติ จึงทำให้คาร์บอนจับกับอะตอมอื่นๆได้ง่าย มันสามารถสร้างธาตุใหม่ได้อีกเป็นล้านๆแบบ คาร์บอนมีหลายรูปแบบ เช่นเพชร เพชรนั้นประกอบไปด้วยอะตอมคาร์บอนล้วนๆ โดยอะตอมคาร์บอนแต่ละตัวจะจับกับ อะตอมคาร์บอนอีกสี่ตัว มันยึดจับกันและกันไว้ ทำให้เพชรมีความแข็งแรงมาก เป็นวัตถุที่แข็งแรงที่สุดในโลกเลยทีเดียว อิเล็กตรอนชั้นนอกทุกตัว ถูกล็อคไว้เป็นพันธะเคมี ไม่มีอิเล็กตรอนตัวไหน ขยับได้เลย ทำให้เพชรไม่สามารถ นำหรือสื่อไฟฟ้าได้ แต่อะตอมคาร์บอนไม่ได้จับตัวกันแน่นทุกทิศทาง เสมอไป นี่คือกราไฟท์หรือถ่านดำ ซึ่งเกิดจากคาร์บอกล้วนๆเช่นกัน ในกราไฟท์ อะตอมคาร์บอนจะจับตัวเป็นชั้นๆ แต่ละชั้นเป็นลักษณะหกเหลี่ยม เหมือนกับรังผึ้ง อะตอมคาร์บอนแต่ละตัวจะจับกับอะตอมคาร์บอน ได้แค่สามตัว ในทุกๆอะตอมมีอิเล็กตรอนอิสระตัวหนึ่ง ที่ยังขยับ ไปมาได้อยู่ ดังนั้น กราไฟท์จึงนำหรือสื่อไฟฟ้าได้ อะตอมแต่ละชั้นจับตัวกัน อย่างแข็งแรง แต่มีเพียงแรงดึงดูดเบาๆเท่านั้น ที่คอยยึดชั้นต่างๆไว้ด้วยกัน ทำให้แต่ละชั้นเลื่อนออกจากกันได้ง่าย กราไฟท์จึง มีความอ่อน และ ถูกบิดไปมาได้ ถ้าเอากราไฟท์ไปผสมกับดินเหนียว เราจะได้ไส้ดินสอ โดยเวลาที่เราเขียน ลายเส้นดินสอนั้น ก็คือชั้นของกราไฟท์ ที่ถูกขีดเขียนลงไปกับกระดาษนั่นเอง ถ้าเราสามารถดึงกราไฟท์ออกมาได้เพียง ชั้นหนึ่ง เราจะได้แผ่นกราฟีนออกมา มันมีความหนา แค่อะตอมชั้นเดียวเท่านั้น ซึ่งมันจะเบามาก แต่แข็งแรง ในอนาคต เราอาจจะใช้กราฟีนในการผลิต หน้าจอระบบสัมผัส หรือใช้สำหรับวัสดุก่อสร้าง คาร์บอนล้วน สามารถจับตัวกันได้อีกแบบ การจับตัวแบบนี้ จะมีโมเลกุลกลมๆ ที่มีอะตอมคาร์บอนประมาณหกสิบตัว โมเลกุลกลมๆเหล่านี้เรียกว่าฟูลเลอรีน ซึ่งอยู่ในอนุภาคเขม่า อย่างเช่นเทียน เพชร กราไฟท์ กราฟีน และ ฟูลเลอรีน มาจากคาร์บอนล้วนๆ คาร์บอนนี้ พิเศษตรงที่ มันสามารถประกอบกันได้มากมายในรูปของการเปลี่ยนแปลงทางเคมี เป็นล้านๆแบบทีเดียว และเหตุผลที่มันสามารถจับตัวกันได้ หลายแบบและเพิ่มจำนวนมากมายขนาดนี้ ก็คือการที่อะตอมหนึ่งตัว มีอิเล็กตรอนถึง สี่ตัว ที่สามารถไปจับกับอะตอมตัวอื่นๆได้นั่นเอง