פחמן

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

חנקן - פחמן - בורון   C Si       הטבלה המחזורית
כללי
מספר אטומי	6
סמל כימי	C
סדרה כימית	אל-מתכת
צפיפות	2267 kg/m3
מראה	שחור (גרפיט) חסר צבע (יהלום)
תכונות אטומיות
משקל אטומי	12.0107 amu
רדיוס ואן דר ואלס	170 pm
סידור אלקטרונים ברמות אנרגיה	2, 4
תכונות פיזיקליות
מצב צבירה בטמפ' החדר	מוצק
טמפרטורת התכה	3823K (3550°C)
טמפרטורת רתיחה	5,100K (4827°C)
לחץ אדים	0Pa ב __K
מהירות הקול	18350 מטר לשנייה ב__K
שונות
אלקטרושליליות	2.55
קיבול חום סגולי	710 J/(kg·K)
מוליכות חשמלית	0.061 × 106/m·Ω
מוליכות תרמית	129 W/(m·K)
אנרגיית יינון ראשונה	1086.5 kJ/mol

פחמן (Carbon) הוא יסוד כימי אל-מתכתי שסימנו C ומספרו האטומי 6. בעל מספר ערכיות 4, והוא מופיע בכמות רבה בטבע. הפחמן הוא אחד ממרכיבי היסוד של כל החומרים האורגניים בגוף החי.

תוכן עניינים 1 ייחודו של אטום הפחמן 2 יישומים 3 איזוטופים של פחמן 4 היסטוריה ואטימולוגיה 5 הערות שוליים 6 קישורים חיצוניים

[עריכה] ייחודו של אטום הפחמן

פחמן טהור מופיע בשתי צורות נפוצות בטבע :

• יהלום - המינרל הטבעי הקשה ביותר המוכר לאדם, מסודר במבנה ארבעוני (טטרההדרלי) - כל פחמן יוצר 4 משולשים תלת ממדים זהים המקושרים בקשרים קוולנטיים.
• גרפיט - אחד מהחומרים הרכים ביותר, מסודר במבנה מישורי דו-ממדי, כל פחמן מקושר ל-3 פחמנים נוספים בקשר קוולנטי במבנים משושים (דבר היוצר את שכבות הגרפיט). גרפיט, אף על היותו אל-מתכת, מסוגל להוליך חשמל במבנה זה.

ובמספר מופעים פחות שכיחים הניתנים לייצור במעבדה:

• פולרן - (fullerene) הידוע גם בשם C60. בעל מבנה מולקולרי של כדור-רגל המורכב מ60 אטומי פחמן המקושרים זה אל זה בקשרים קוולנטיים.
• ננו שפופרת פחמנית - (carbon nanotube) צינורות בעלי קוטר זעיר של ננומטרים בודדים הנוצרים כתוצאה מסגירה של משטחי גרפיט. חומר זה הוא בעל חוזק וגמישות מהחזקים הקיימים בטבע ובעל תכונות של הולכת חשמל.

לפחמן כאמור, יש מספר ערכיות 4 - דבר זה מבטא את מספר האלקטרונים הפנויים ליצירת קשר עם מולקולה אחרת. אלקטרונים אלו אינם זהים ברמתם האנרגטית - שניים מצויים באורביטל s ושנים אחרים באורביטל p (שניהם בקליפה האלקטרונית השנייה L). פחמן מסוגל ליצור ארבעה קשרים יחידים, שני קשרים כפולים ואף קשר משולש אחד. בנוסף לכך אטום הפחמן קטן יחסית ובעל זיקה חזקה לאטומים קטנים. בגלל תכונות אלה ישנן יותר מ-10 מיליון תרכובות פחמן מוכרות לאדם, אלפים מתוכן הכרחיות לקיום חיים (פחמן מהווה יסוד עיקרי בחלבונים ובDNA). הוא במיוחד נפוץ בטבע בתרכובת פחמן דו-חמצני, המופיעה בשתי צורות: כגז באטמוספירה, ומומסת במקווי מים. תרכובת פחות נפוצה של פחמן וחמצן היא פחמן חד-חמצני. בנוסף לכך מופיע הפחמן גם בתרכובות המצויות בסלעים ובמעמקי האדמה (בצורת פחם, נפט וגז טבעי).

חשיבותו של הפחמן כמרכיב יסוד בחי ובצומח באה לידי ביטוי בתחום הכימיה האורגנית, שהיא ענף מיוחד של הכימיה העוסק בחקר תרכובות אורגניות, שהן תרכובות המכילות פחמן. כן, מצוי הפחמן באטמוספירה בצורת פחמן דו-חמצני.

[עריכה] יישומים

• גילויו של איזוטופ הפחמן - ב־27 בפברואר 1940 עזר לפתח את שיטת תיארוך הפחמן.
• בעבר היו משלבים פחמן בצורת גרפיט עם חימר לשימוש בעפרונות.
• מייצרים פלדה על ידי הוספת פחמן לברזל.
• בכורים גרעיניים נעזרים במוטות פחמן לשליטה בראקצייה הגרעינית.
• משתמשים בגרפיט בצורת אבקה קרושה בבישול, אמנות ועוד.
• גלולות או אבקת פחם מנוצלות ברפואה על-מנת לספוג רעלים וארס ממערכת העיכול.
• פחמן-12 משמש כייחוס, על-פיו מחושבות המסות האטומיות של כל גרעיני האטומים.

[עריכה] איזוטופים של פחמן

סמל	Z(p)	N(n)	מסה איזוטופית (u)	זמן מחצית חיים	ספין גרעיני	שכיחות האיזוטופ (כשבר מולרי מהיסוד)	טווח השינוי הטבעי (כשבר מולרי מהיסוד)
	התרגשות אנרגטית
8C	6	2	8.037675(25)	2.0(4)E-21 s [230(50) keV]	0+
9C	6	3	9.0310367(23)	126.5(9) ms	(3/2-)
10C	6	4	10.0168532(4)	19.290(12) s	0+
11C	6	5	11.0114336(10)	20.334(24) min	3/2-
12C	6	6	12 לפי הגדרה	יציב	0+	0.9893(8)	0.98853-0.99037
13C	6	7	13.0033548378(10)	יציב	1/2-	0.0107(8)	0.00963-0.01147
14C	6	8	14.003241989(4)	5.70(3)E+3 a	0+
15C	6	9	15.0105993(9)	2.449(5) s	1/2+
16C	6	10	16.014701(4)	0.747(8) s	0+
17C	6	11	17.022586(19)	193(5) ms	(3/2+)
18C	6	12	18.02676(3)	92(2) ms	0+
19C	6	13	19.03481(11)	46.2(23) ms	(1/2+)
20C	6	14	20.04032(26)	16(3) ms [14(+6-5) ms]	0+
21C	6	15	21.04934(54)#	<30 ns	(1/2+)#
22C	6	16	22.05720(97)#	6.2(13) ms [6.1(+14-12) ms]	0+

[עריכה] היסטוריה ואטימולוגיה

מקור השם האנגלי של הפחמן - carbon בא מהמילה הלטינית carbo, שפירושה פחם ופחם עץ.‏‏^[1]. מכאן גם בא המקור לשם הצרפתי של הפחמן - charbon, שפירושו פחם עץ. בגרמנית, הולנדית ודנית, הפחמן נקרא koolstof, Kohlenstoff ו kulstof בהתאמה, כולן בעלות משמעויות דומות המתפרשות כחומר-פחם.

הפחמן התגלה בתקופה הפרהיסטורית והיה ידוע לציוויליזציה האנושית בצורות של פיח ופחם עץ. קרוב לוודאי שיהלומים התגלו לראשונה בשנת 2,500 לפני הספירה בערך בסין, כשהפחמן בצורות פחם העץ נוצר בתקופת הרומאים על ידי חימום עץ בפירמידה המכוסה בחרסית כדי למנוע כניסה של אוויר.‏‏^[2][3]

בשנת 1722, רנה אנטואן פרשו דה ראומיר הראה כי ברזל הופך לפלדה באמצעות קליטת חומרים מסויימים, הידועים כיום כפחמנים.‏‏^[4] בשנת 1772, אנטואן לבואזיה הראה כי יהלומים הם צורה של פחמן בכך ששרף דוגמיות של פחמן ויהלום והראה כי אף אחד מהחומרים לא הפיק מים וששניהם משחררים את אותה הכמות לגרם אחד של פחמן דו-חמצני. קרל וילהלם שלה גילה שגרפיט, שהיה ידוע כצורה של עופרת, הוא בעצם סוג של פחמן.‏‏^[5] בשנת 1786, המדענים הצרפתים קלוד לואי ברטולה, גספאר מונז' וא. ונדרמונד הוכיחו כי חומר זה הוא פחמן.‏‏^[6] בפרסומם הם הציעו את השם carbone (בלטינית: carbonum) ליסוד זה. אנטואן לבואזיה רשם את הפחמן כיסוד בספר הלימוד שכתב בשנת 1789.^[7]

[עריכה] הערות שוליים

1. ^ ‏המילון האנגלי המקוצר של אוקספורד.‏
2. ^ ‏הסינים היו הראשונים שעשו שימוש ביהלום‏, חדשות BBC, 17 במאי 2005.
3. ^ ואן דר קרוגט, פיטר. פחמן באלמנטימולוגיה.
4. ^ ‏Ferchault de Réaumur, R-A (1722). L'art de convertir le fer forgé en acier, et l'art d'adoucir le fer fondu, ou de faire des ouvrages de fer fondu aussi finis que le fer forgé (English translation from 1956).‏
5. ^ ‏Senese, Fred. "Who discovered carbon?". Frostburg State University.‏
6. ^ ‏Federico Giolitti (1914). The Cementation of Iron and Steel. McGraw-Hill Book Company, inc..‏
7. ^ ‏Senese, Fred. "Who discovered carbon?". Frostburg State University.‏

[עריכה] קישורים חיצוניים

מיזמי קרן ויקימדיה
תמונות ומדיה בוויקישיתוף: פחמן

• יסוד הפחמן (באנגלית)
• חומר רב ומקיף על פחמן, כולל מצגות תלת ממדיות (באנגלית)
• פחמן - הצורה השלישית