عند درجة الحرارة والضغط القياسيين (STP)، يوجد الكربون في صورة مادة صلبة، تسمى عادة الجرافيت. ومع ذلك، عند درجات الحرارة والضغوط العالية جدًا، يمكن أن يتواجد الكربون في حالة سائلة أو غازية، على سبيل المثال في صورة حمم منصهرة أو ثاني أكسيد الكربون.
حسنًا، كانت تلك مجرد إجابة بسيطة. ولكن هناك بعض الأشياء الإضافية التي يجب معرفتها حول هذا الموضوع والتي ستجعل مفهومك واضحًا للغاية.
لذلك دعونا ننتقل مباشرة إلى ذلك.
الوجبات السريعة الرئيسية: هل الكربون صلب أم سائل أم غاز؟
- يوجد الكربون في صورة صلبة في درجة حرارة الغرفة بسبب خصائص الترابط التساهمي القوية والتركيب الذري في الجرافيت والماس.
- يمكن أن يوجد الكربون في حالة سائلة عند درجات حرارة وضغوط عالية جدًا، كما هو الحال في سبائك الحديد والكربون المنصهرة أو في ثاني أكسيد الكربون السائل.
- يتمتع الكربون الصلب على شكل ألماس أو جرافيت بنقطة انصهار عالية وبنية صلبة بسبب الروابط التساهمية القوية، بينما يتمتع الكربون السائل بنقطة انصهار أقل وبنية أقل صلابة.
لماذا يوجد الكربون في صورة صلبة في درجة حرارة الغرفة؟
يوجد الكربون في صورة صلبة في درجة حرارة الغرفة بسبب تركيبه الذري الفريد وخصائص الترابط. في درجة حرارة الغرفة والضغط الجوي الطبيعي، تترابط ذرات الكربون معًا في بنية بلورية تسمى الجرافيت، تتكون من صفائح متداخلة من حلقات سداسية.
ترتبط كل ذرة كربون في الجرافيت بثلاث ذرات كربون مجاورة بواسطة روابط تساهمية قوية، مما يؤدي إلى بنية مستقرة وقوية للغاية. تتطلب هذه الروابط القوية كمية كبيرة من الطاقة لكسرها، ولهذا السبب لا يتغير الكربون بسهولة من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة أو الغازية في درجة حرارة الغرفة.
شكل آخر من الكربون هو الماس، وهو أيضًا صلب في درجة حرارة الغرفة. الماس أصعب وأكثر متانة من الجرافيت بسبب هيكله الفريد من نوعه رباعي السطوح، حيث ترتبط كل ذرة كربون بأربع ذرات كربون مجاورة. وينتج عن هذا النوع من الروابط شبكة كثيفة ثلاثية الأبعاد من الذرات تكون أكثر استقرارًا من الجرافيت.
باختصار، يوجد الكربون كمادة صلبة في درجة حرارة الغرفة بسبب خصائص الترابط التساهمي القوية والتركيبات الذرية الفريدة لشكليه الأكثر شيوعًا: الجرافيت والماس.
هل يوجد الكربون في الحالة السائلة؟
نعم، يمكن أن يتواجد الكربون في الحالة السائلة، ولكنه يحتاج إلى درجات حرارة وضغوط عالية جدًا.
مثال على الكربون السائل يحدث في شكل سبائك الحديد والكربون المنصهرة، المستخدمة في إنتاج الصلب. وفي هذه العملية، يضاف الكربون إلى الحديد عند درجات حرارة عالية، وينتج عن ذلك خليط سائل من الحديد والكربون. ومع ذلك، فإن كمية الكربون في هذه السبائك تكون عمومًا أقل من 6.67% من حيث الوزن، ولا تزال نقطة الانصهار مرتفعة جدًا، عادةً حوالي 1150 إلى 1300 درجة مئوية.
مثال آخر هو ثاني أكسيد الكربون السائل (CO 2 )، وهو مذيب شائع في الصناعة والمختبرات. عند الضغط الجوي القياسي، يكون لثاني أكسيد الكربون السائل نقطة غليان تبلغ -78.5 درجة مئوية ونقطة انصهار تبلغ -56.6 درجة مئوية. ومع ذلك، للوصول إلى الحالة السائلة، يجب الاحتفاظ بثاني أكسيد الكربون تحت ضغط مرتفع، عادة ما يكون أعلى من 5.1 ضغط جوي.
بشكل عام، لا يوجد الكربون عادة في حالة سائلة في الظروف العادية، وعادة ما يتطلب درجات حرارة و/أو ضغوطًا شديدة للوصول إلى الطور السائل.
كيف يختلف الكربون الصلب عن الكربون السائل؟
يختلف الكربون الصلب والكربون السائل من حيث الحالة الفيزيائية والترتيب الجزيئي.
الكربون الصلب
يوجد الكربون الصلب في شكلين شائعين: الماس والجرافيت.
يتكون الماس من مجموعة ثلاثية الأبعاد من ذرات الكربون مرتبة في هيكل رباعي السطوح، بينما يتكون الجرافيت من طبقات من ذرات الكربون مرتبة في مجموعة سداسية.
في كلا الشكلين، يتم ربط ذرات الكربون ببعضها البعض بواسطة روابط تساهمية قوية، مما ينتج عنه مادة صلبة ذات نقطة انصهار عالية وبنية صلبة.
الكربون السائل
ومن جانبه، يمكن للكربون السائل أن يتواجد في عدة أشكال حسب الظروف التي يتشكل فيها.
على سبيل المثال، سبائك الحديد والكربون المنصهرة هي نوع من الكربون السائل حيث يتم خلط الكربون مع الحديد عند درجات حرارة عالية.
يمكن أن يوجد الكربون السائل أيضًا في صورة ثاني أكسيد الكربون السائل (CO2)، وهو مذيب شائع في الصناعة والمختبرات. في الحالة السائلة، لا ترتبط ذرات الكربون معًا بروابط تساهمية صلبة، ولكنها تكون حرة في الحركة والتفاعل مع الذرات الأخرى، مما يؤدي إلى مادة سائلة ذات نقطة انصهار أقل وبنية أقل صلابة.
باختصار، يختلف الكربون الصلب والكربون السائل من حيث حالتهما الفيزيائية، وترتيبهما الجزيئي، وخصائصهما مثل نقطة الانصهار، والصلابة، والسيولة.
قراءة متعمقة
هل البورون مادة صلبة أم سائلة أم غازية؟
هل الهيدروجين مادة صلبة أم سائلة أم غازية؟
هل الزئبق صلب أم سائل أم غازي؟
هل الفوسفور مادة صلبة أم سائلة أم غازية؟
هل الصوديوم مادة صلبة أم سائلة أم غازية؟