Fapte Despre Carbon

{h1}

Carbonul este ingredientul cheie pentru majoritatea vieții de pe pământ; pigmentul care a făcut primele tatuaje; și baza minunărilor tehnologice precum grafenul.

Carbonul este un element incredibil. Aranjați atomii de carbon într-un fel și devin grafiti moi, flexibili. Re-jigger aranjamentul și - presto! - atomii formează diamantul, unul dintre cele mai grele materiale din lume.

Carbonul este, de asemenea, ingredientul cheie pentru majoritatea vieții de pe Pământ; pigmentul care a făcut primele tatuaje; și baza minunărilor tehnologice precum grafenul, care este un material mai puternic decât oțelul și mai flexibil decât cauciucul. [Vezi Tabelul periodic al elementelor]

Carbonul apare în mod natural sub formă de carbon-12, ceea ce constituie aproape 99 la sută din carbonul din univers; carbon-13, care reprezintă aproximativ 1 la sută; și carbon-14, care constituie o cantitate minusculă de carbon în general, dar este foarte important în întâlnirea cu obiecte organice.

Doar faptele

  • Numărul atomic (numărul protonilor din nucleu): 6
  • Simbolul atomic (pe tabelul periodic al elementelor): C
  • Greutatea atomică (masa medie a atomului): 12.0107
  • Densitate: 2,2670 grame pe centimetru cub
  • Faza la temperatura camerei: solid
  • Punctul de topire: 6.422 grade Fahrenheit (3.550 grade C)
  • Punctul de fierbere: 3.800 C (3.800 C) (sublimare)
  • Numărul izotopilor: 15 total; doi izotopi stabili, care sunt atomi de același element cu un număr diferit de neutroni.
  • Cele mai comune izotopi: carbon-12 (6 protoni, 6 neutroni și 6 electroni) și carbon-13 (6 protoni, 7 neutroni și 6 electroni)

Carbon: De la stele la viață

Ca cel de-al șaselea element din cele mai abundente din univers, carbonul se formează în burta stelelor într-o reacție numită proces triplu-alfa, potrivit Centrului Swinburne pentru Astrofizică și Supercomputare.

La stelele mai vechi care au ars cea mai mare parte a hidrogenului lor, heliul rămas se acumulează. Fiecare nucleu de heliu are doi protoni și doi neutroni. În condiții de temperatură foarte caldă - mai mare de 100.000.000 de Kelvin (179.999.540,6 F) - nucleele de heliu încep să fuzioneze, mai întâi ca perechi în nuclee instabile de 4 protoni de beriliu și, în cele din urmă, ca suficiente nuclee de berilie să clipească în un beriliu, plus un heliu. Rezultatul final: Atomi cu șase protoni și șase neutroni - carbon.

În timp ce oamenii de știință conceptualizează, uneori, electroni care se învârt în jurul nucleului unui atom într-o cochilie definită, ei zboară de fapt în jurul nucleului la distanțe diferite; această vedere a atomului de carbon poate fi văzută aici în două figuri de nor de electroni (partea de jos), care arată electronii într-un singur bloc (așa-numitul s-orbital) și într-un blob cu doi lobi sau un nor (orbital p).

În timp ce oamenii de știință conceptualizează, uneori, electroni care se învârt în jurul nucleului unui atom într-o cochilie definită, ei zboară de fapt în jurul nucleului la distanțe diferite; această vedere a atomului de carbon poate fi văzută aici în două figuri de nor de electroni (partea de jos), care arată electronii într-un singur bloc (așa-numitul s-orbital) și într-un blob cu doi lobi sau un nor (orbital p).

Carbonul este un producător de modele. Se poate lega de sine, formând lanțuri lungi, rezistente, numite polimeri. De asemenea, se poate lega cu cel mult patru alți atomi din cauza dispunerii electronilor. Atomii sunt aranjați ca un nucleu înconjurat de un nor de electroni, cu electroni zinging la distanțe diferite de nucleu. Chimiștii concep aceste distanțe ca obuze și definesc proprietățile atomilor în funcție de ceea ce este în fiecare cochilie, în conformitate cu Universitatea din California, Davis. Carbonul are două cochilii de electroni, primul care ține doi electroni și al doilea care ține patru din opt spații posibile. Atunci când atomii se leagă, aceștia împart electroni în carcasa lor cea mai exterioară. Carbonul are patru spații goale în carcasa sa exterioară, ceea ce îi permite să se lege cu alți patru atomi. (De asemenea, se poate lega stabil la mai puțini atomi formând legături duble și triple.)

Cu alte cuvinte, carbonul are opțiuni. Și le folosește: Aproape 10 milioane de compuși de carbon au fost descoperiți, iar oamenii de știință estimează că carbonul este piatra cheie pentru 95 la sută din compușii cunoscuți, potrivit site-ului Chimie explicat. Capacitatea incredibilă a carbonului de a se lega cu multe alte elemente este un motiv major pentru care este crucial pentru aproape toată viața.

Descoperirea lui Carbon se pierde în istorie. Elementul a fost cunoscut oamenilor preistorici sub formă de cărbune. Carbonul ca cărbune este încă o sursă majoră de combustibil la nivel mondial, furnizând aproximativ 30 la sută din energie în întreaga lume, potrivit World Coal Association. Cărbunele este, de asemenea, o componentă cheie în producția de oțel, în timp ce grafitul, o altă formă de carbon, este un lubrifiant industrial comun.

Carbon-14 este un izotop radioactiv al carbonului folosit de arheologi pentru datarea obiectelor și a resturilor. Carbon-14 apare în mod natural în atmosferă. Plantele îl preiau în respirație, în care convertesc zaharurile făcute în timpul fotosintezei în energie pe care le folosesc pentru a crește și a menține alte procese, potrivit Universității de Stat din Colorado. Animalele încorporează carbonul 14 în corpul lor consumând plante sau alte animale care consumă plante. Carbon-14 are un timp de înjumătățire de 5.730 de ani, ceea ce înseamnă că, după aceea, jumătate din carbon-14 dintr-un eșantion se descompun, potrivit Universității din Arizona.

Deoarece organismele încetează să mai ia carbon-14 după moarte, oamenii de știință pot folosi timpul de înjumătățire a carbonului 14 ca un fel de ceas pentru a măsura cât timp a trecut de când a murit organismul. Această metodă funcționează pe organisme care trăiesc odată, inclusiv obiecte din lemn sau alte materiale vegetale.

Cine stia?

  • Carbon își ia numele de la cuvântul latin carbo, care înseamnă „cărbune”.
  • Diamantele și grafitul sunt printre cele mai dure și mai moi materiale naturale cunoscute. Singura diferență între cei doi este structura lor cristalină.
  • Carbonul reprezintă 0,032 la sută din litosfera Pământului (crustă și manta exterioară) în greutate, conform Enciclopediei Pământului. O estimare aproximativă a greutății litosferei de către geologul universității La Salle, David Smith, este de 300.000.000.000.000.000.000.000 (sau 3 * 10 ^ 23) lire sterline, ceea ce face ca greutatea aproximativă a carbonului din litosferă să fie de 10.560.000.000.000.000.000.000 (sau 1.056 * 10 ^ 22) lire.
  • Dioxidul de carbon (un atom de carbon plus doi atomi de oxigen) reprezintă aproximativ 0,04 la sută din atmosfera Pământului, conform Administrației Naționale Oceanice și Atmosferice (NOAA) - o creștere în timpurile preindustriale, din cauza arderii combustibililor fosili.
  • Monoxidul de carbon (un atom de carbon plus un atom de oxigen) este un gaz inodor, produs din arderea combustibililor fosili. Monoxidul de carbon ucide prin legarea la hemoglobină, compusul purtător de oxigen în sânge. Monoxidul de carbon se leagă de hemoglobină de 210 ori mai puternic decât oxigenul se leagă de hemoglobină, aglomerarea eficientă a oxigenului și sufocarea țesuturilor, potrivit unui document din 2001 din Journal of the Royal Society of Medicine.
  • Diamantul, cea mai strălucitoare versiune a carbonului, se formează sub presiune mare în adâncul scoarței terestre. Cel mai mare diamant de calitate de bijuterie găsit vreodată a fost diamantul Cullinan, care a fost descoperit în 1905, potrivit Royal Collection Trust. Diamantul netăiat a fost de 3,106,75 carate. Cea mai mare bijuterie tăiată din piatră, la 530,2 carate, este una dintre bijuteriile Coroanei din Marea Britanie și este cunoscută sub numele de Marea Steață a Africii.
  • Tatuajele lui Ötzi the Iceman, un cadavru în vârstă de 5.300 de ani găsit înghețat în Alpi, au fost cernute din carbon, potrivit unui studiu din 2009, publicat în Journal of Archaeological Science. Au fost făcute mici incizii la nivelul pielii și cărbunele s-au frecat, probabil ca parte a unui tratament de acupunctură.

Cercetări în curs

Carbonul este un element îndelung studiat, dar asta nu înseamnă că nu există mai multe de descoperit. De fapt, același element pe care strămoșii noștri preistorici l-au ars ca cărbune poate fi cheia materialelor tehnologice de generație următoare.

În 1985, Rick Smalley și Robert Curl de la Universitatea Rice din Texas și colegii lor au descoperit o nouă formă de carbon. Prin vaporizarea grafitului cu lasere, oamenii de știință au creat o nouă moleculă misterioasă, formată din carbon pur, potrivit American Chemical Society. Această moleculă s-a dovedit a fi o sferă în formă de minge de fotbal formată din 60 de atomi de carbon. Echipa de cercetare a numit descoperirea lor buckminsterfullerene după un arhitect care a proiectat cupole geodezice. Molecula este acum mai frecvent cunoscută sub numele de "buckyball". Cercetătorii care au descoperit-o au câștigat un premiu Nobel în chimie în 1996. S-a descoperit că Buckyballs inhibă răspândirea HIV, potrivit unui studiu publicat în 2009 în Journal of Chemical Information and Modeling; cercetătorii medicali lucrează pentru a atașa medicamente, moleculă cu moleculă, la buckyball, pentru a livra medicamentul direct pe site-urile infecției sau tumorilor din organism; aceasta include cercetări ale Universității Columbia, Universității Rice și altele.

De atunci, au fost descoperite alte noi molecule pure de carbon - numite fullerene - incluzând „buckyeggs” în formă eliptică și nanotuburi de carbon cu proprietăți conductoare uimitoare. Chimia carbonului este încă destul de fierbinte pentru a capta premiile Nobel: în 2010, cercetătorii din Japonia și Statele Unite au câștigat unul pentru că au descoperit cum să conecteze atomii de carbon împreună folosind atomi de paladiu, o metodă care permite fabricarea de molecule mari de carbon complexe, potrivit la Fundația Nobel.

Oamenii de știință și inginerii lucrează cu aceste nanomateriale de carbon pentru a construi materiale direct din știința-ficțiune. O lucrare din 2010 din jurnalul Nano Letters raportează invenția textilelor flexibile, conductoare, cufundate într-o „cerneală” de nanotub de carbon, care ar putea fi utilizate pentru stocarea energiei, poate deschide calea pentru bateriile purtabile, celulele solare și alte electronice.

Poate că una dintre cele mai tari zone din cercetarea carbonului, astăzi, implică grafenul „material-minune”. Grafenul este o foaie de carbon cu un singur atom de grosime. Este cel mai puternic material cunoscut, în timp ce este încă ultraliger și flexibil. Și conduce electricitatea mai bine decât cuprul.

Grafinul producător de masă este o provocare, deși cercetătorii din aprilie 2014 au raportat că ar putea face cantități mari folosind altceva decât un blender de bucătărie. Dacă oamenii de știință își pot da seama cum să facă ușor mult grafen, materialul ar putea deveni imens în tehnologie. Imaginați-vă gadgeturi flexibile, de rupere, care se întâmplă să fie și subțiri de hârtie. Carbonul a mers mult la cărbune și diamante, într-adevăr.

Nanotuburi de carbon

Un nanotub de carbon (CNT) este o structură minusculă, de tip paie, formată din atomi de carbon. Aceste tuburi sunt extrem de utile într-o mare varietate de tehnologii electronice, magnetice și mecanice. Diametrele acestor tuburi sunt atât de mici încât sunt măsurate în nanometre. Un nanometru este de o miliardime de metru - de aproximativ 10.000 de ori mai mic decât un păr uman.

Nanotuburile de carbon sunt de cel puțin 100 de ori mai puternice decât oțelul, dar doar o șesime la fel de grele, astfel încât acestea pot adăuga rezistență la aproape orice material, conform nanoScience Instruments. De asemenea, sunt mai buni decât cupru la producerea energiei electrice și a căldurii.

Nanotehnologia este aplicată la încercarea de a transforma apa de mare în apă potabilă. Într-un nou studiu, oamenii de știință de la Laboratorul Național Lawrence Livermore (LLNL) au dezvoltat un proces de nanotub de carbon care poate scoate sarea din apa de mare mult mai eficient decât tehnologiile tradiționale.

De exemplu, procesele tradiționale de desalinizare pompează în apa de mare sub presiune înaltă, trimițându-l prin membrane cu osmoză inversă. Aceste membrane resping apoi toate particulele mari, inclusiv sărurile, permițând să treacă doar apa curată. Cu toate acestea, aceste uzine de desalinizare sunt foarte scumpe și pot prelucra doar aproximativ 10 la sută din nevoile de apă ale unui județ, conform LLNL.

În studiul nanotuburilor, oamenii de știință au imitat modul în care sunt structurate membranele biologice: în esență o matrice cu pori în interiorul membranei. Au folosit nanotuburi care erau deosebit de mici - de 50.000 de ori mai subțiri decât părul uman. Aceste nanotuburi minuscule permit un flux foarte mare de apă, dar sunt atât de înguste încât o singură moleculă de apă poate trece prin tub. Și cel mai important, ionii de sare sunt prea mari pentru a se încadra prin tub.

Cercetătorii consideră că noua descoperire are implicații importante pentru următoarea generație de procese de purificare a apei și tehnologii cu membrană cu flux mare.

Raportări suplimentare realizate de Traci Pedersen, colaborator de științe vii.

Urmați Stephanie Pappas pe Stare de nervozitate și . Urmează-ne @wordssidekick, Facebook.

Aflați mai multe despre carbon:

  • Jefferson Lab: The Element Carbon
  • Observatorul Pământului NASA: ciclul carbonului
  • Smithsonian Institution: Totul despre carbon și diamante






Descoperiri Științifice

Cercetare


Science News


Fapte Despre Castor
Fapte Despre Castor

5 Proiecte De Reciclare Distractivă Pentru Întreaga Familie
5 Proiecte De Reciclare Distractivă Pentru Întreaga Familie

De Ce Ai Putea Avea Nevoie De Un Vaccin Pentru A Merge La Kentucky Derby
De Ce Ai Putea Avea Nevoie De Un Vaccin Pentru A Merge La Kentucky Derby

Iată Ce A Ucis 13 Vulturi Calve... Și Cina Lor De Rahion
Iată Ce A Ucis 13 Vulturi Calve... Și Cina Lor De Rahion

Cei Mai Carismatici Lideri Nu Sunt Cei Mai Eficienți
Cei Mai Carismatici Lideri Nu Sunt Cei Mai Eficienți


RO.WordsSideKick.com
Toate Drepturile Rezervate!
Reproducerea Oricăror Materiale Permise Prostanovkoy Doar Link-Ul Activ La Site-Ul RO.WordsSideKick.com

© 2005–2020 RO.WordsSideKick.com