تويت
الفرق بين الكربون و الالماس
في عالم الكيمياء، تؤثر العديد من العوامل المختلفة في المركبات والعناصر واتحادها وتشكيل أنوعٍ مختلفةٍ للمركب، كما تسبب تحول مكونات إلى أخرى. والأمر سيّانٌ بالنسبة للكربون. لذا سنتعرف سويًّا على الفرق بين الكربون و الالماس.
مقدمة عن العناصر الكيميائية
العناصر الكيميائية هي المواد التي لا يمكن لها أن تنقسم لتعطي مواد أصغر منها من خلال التفاعلات والعمليات الكيميائية، وهي البنية الأساسية التي تشكل تركيب كلّ شيءٍ.
في الوقت الحاضر يُعرف 118 عنصرًا كيميائيًّا فقط. نجد منها 20% تقريبًا متواجدًا بكمياتٍ ضئيلةٍ جدًا، وهي معروفةٌ فقط لأنها حُضّرت بشكلٍ صنعيٍّ في المخابر الكيميائية. ويمكن للعناصر أن تتحد مع بعضها لتشكل مركباتٍ أكثر تعقيدًا. ولتبسيط الأمور يمكن التفكير بتشكيل مركب الماء عندما يتحد عنصر الأوكسجين مع عنصر الهيدروجين.
قبل أن نبحث في الفرق بين الكربون و الالماس علينا بدايةً أن نتعرف على تركيب كل منهما وطريقة تشكله وتواجده في الطبيعة.
الكربون
يتواجد الكربون في الشمس وفي عدة نجومٍ أخرى نتيجةً لبقايا سوبرنوفا سابق (نوعٌ من النجوم المنتهية حياتها). أما بالنسبة للنجوم الكبيرة فينجم الكربون عن الاندماج النووي. كما نجده في الغلاف الجوي للعديد من الكواكب على شكل ثاني أوكسيد الكربون.
كان تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض منذ حوالي 150 عامًا يقارب 280 جزءًا من المليون، أما حسب دراسة نُشرت عام 2013 وصل تركيزه إلى 390 جزءًا من المليون كنتيجةٍ لحرق الوقود الأحفوري مع الأوكسجين.
يعتبر الكربون أحد أهم العناصر الرئيسية لتشكيل الحياة. حيث يحتل المرتبة الثانية بعد الأوكسجين من حيث تواجده في أجسامنا بنسبةٍ تبلغ 18.5% من كتلة الجسم البشري الكليّة، والمرتبة الرابعة من حيث تواجده في الكون. يُرمز للكربون بالحرف C ويحوي على 6 بروتوناتٍ و6 إلكتروناتٍ و6 نيوتروناتٍ.
ويكون الكربون بدرجة حرارة الغرفة في حالته الصلبة. يمكن لذراته أن ترتبط مع بعضها بأنماطٍ مختلفةٍ معطيةً بذلك أشكال مختلفة من الكربون، لكلّ منها خصائص معينة. وأشكال الكربون هي:
تتحد ذرات الكربون في الألماس مع بعضها بشكلٍ متطابقٍ تمامًا في جميع الاتجاهات مما يجعل بنيته متجانسة القياسات. تتكون بلورة الألماس من 99.95% كربون فقط أما النسبة المتبقية 0.05% فهي كميةٌ ضئيلةٌ جدًا من عنصرٍ أو عدة عناصرَ أخرى، يكون لها دورٌ في شكل الألماس البلوري ولونه وصقله. فهي عمليًّا لا تدخل في تركيب الألماس الكيميائي الأساسي. الأمر الذي يجعل من الألماس الجوهرة الوحيدة المصنوعة من عنصرٍ واحدٍ فقط وهو الكربون.
الفرق بين الكربون و الالماس
تشكل الألماس منذ أكثر من 3 مليار سنةٍ عميقًا في القشرة الأرضية حيث الظروف القاسية من الحرارة والضغط الشديدين، مما أدى إلى تبلور ذرات الكربون لتشكيل الألماس. نتحدث هنا عن عمقٍ يصل لـ 150-200 كيلومترًا تحت سطح الأرض، وحرارة بين 900-1300 درجة سلسيوس، وضغط بين 45-60 كيلوبار وهو تقريبًا 50,000 ضعف الضغط الجوي الموجود فوق سطح الأرض.
للألماس تاريخٌ طويلٌ جدًا بين أيدي البشر، فالبعض يقول أنه بدأ منذ القرن الأول بعد الميلاد بينما يقول البعض الآخر أنه قبل ذلك بقرونٍ عديدةٍ. كما يوصف بأنه المادة الأكثر قيمةً ليس فقط من بين الأحجار الثمينة الأخرى بل من بين جميع الأشياء الموجودة في العالم.
بدأ حب الناس للألماس من الهند التي كانت تعتبر مصدرًا هامًّا للألماس، وكان يُجمع من الأنهار والمجاري لتصبح بعدها البرازيل في أوائل العام 1700 المصدر الأول لتسويق الألماس لأكثر من 150 عام. وهو لا يصل لهذه القيمة بسهولةٍ حيث على الألماس أن يمر بمراحلَ عديدةٍ قبل أن يصل إلى حقيبة المجوهرات. فبعد أن تتشكل البلورة تُقذف بقوةٍ من الطبيعة حتى تصل لمسافةٍ قريبةٍ من سطح الأرض، وتصبح في متناول الأيدي التي ترتبها بشكلها الجميل وتصقلها لتبدأ بعدها بالّلمعان.
أما بالنسبة للبنية البلورية فالألماس عبارةٌ عن مجموعةٍ غير متناهيةٍ ثلاثية الأبعاد من ذرات الكربون، ترتبط كلّ واحدةٍ منها مع مجاوراتها مشكلةً زوايا متساوية في كل الاتجاهات. يمكن للألماس أن يكون على شكل هيكلٍ رباعيٍّ كالهرم، بحيث يتألف من ثلاثة جوانبَ وأربعة أسطحٍ بما فيها القاعدة في حال اتصلت نهايتي الروابط مع بعضها البعض. وتتميز بنية الألماس بكونها قويةً جدًا بحيث لا يمكن تدميرها إلا من خلال تحطيم روابطها القوية.
أما الكربون فهو عبارةٌ عن ذراتٍ يحيط بنواة كل منها سُحُب إلكترونية تدور حول النواة في مسافاتٍ متفاوتةٍ، تسمى المدارات وتتألف ذرة الكربون من مدارين يطوفان حول النواة. نجد إلكترونين اثنين على المدار الأول، وأربعة إلكتروناتٍ وقد تصل إلى ثمانية على المدار الثاني في حال ارتباطها مع ذراتٍ أخرى.
عندما ترتبط ذرة كربون مع أخرى فإن كلًّا منها تتشارك في إلكترونات المدار الخارجي. ولأن ذرة الكربون لديها أربعة شواغرَ إلكترونيةٍ فإنها تستطيع الارتباط مع أربع ذراتٍ، أو مع عددٍ أقل من الذرات بحيث تكون الروابط ثنائيةً أو حتى ثلاثيةً.
مقدمة عن العناصر الكيميائية
العناصر الكيميائية هي المواد التي لا يمكن لها أن تنقسم لتعطي مواد أصغر منها من خلال التفاعلات والعمليات الكيميائية، وهي البنية الأساسية التي تشكل تركيب كلّ شيءٍ.
في الوقت الحاضر يُعرف 118 عنصرًا كيميائيًّا فقط. نجد منها 20% تقريبًا متواجدًا بكمياتٍ ضئيلةٍ جدًا، وهي معروفةٌ فقط لأنها حُضّرت بشكلٍ صنعيٍّ في المخابر الكيميائية. ويمكن للعناصر أن تتحد مع بعضها لتشكل مركباتٍ أكثر تعقيدًا. ولتبسيط الأمور يمكن التفكير بتشكيل مركب الماء عندما يتحد عنصر الأوكسجين مع عنصر الهيدروجين.
قبل أن نبحث في الفرق بين الكربون و الالماس علينا بدايةً أن نتعرف على تركيب كل منهما وطريقة تشكله وتواجده في الطبيعة.
الكربون
يتواجد الكربون في الشمس وفي عدة نجومٍ أخرى نتيجةً لبقايا سوبرنوفا سابق (نوعٌ من النجوم المنتهية حياتها). أما بالنسبة للنجوم الكبيرة فينجم الكربون عن الاندماج النووي. كما نجده في الغلاف الجوي للعديد من الكواكب على شكل ثاني أوكسيد الكربون.
كان تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للأرض منذ حوالي 150 عامًا يقارب 280 جزءًا من المليون، أما حسب دراسة نُشرت عام 2013 وصل تركيزه إلى 390 جزءًا من المليون كنتيجةٍ لحرق الوقود الأحفوري مع الأوكسجين.
يعتبر الكربون أحد أهم العناصر الرئيسية لتشكيل الحياة. حيث يحتل المرتبة الثانية بعد الأوكسجين من حيث تواجده في أجسامنا بنسبةٍ تبلغ 18.5% من كتلة الجسم البشري الكليّة، والمرتبة الرابعة من حيث تواجده في الكون. يُرمز للكربون بالحرف C ويحوي على 6 بروتوناتٍ و6 إلكتروناتٍ و6 نيوتروناتٍ.
ويكون الكربون بدرجة حرارة الغرفة في حالته الصلبة. يمكن لذراته أن ترتبط مع بعضها بأنماطٍ مختلفةٍ معطيةً بذلك أشكال مختلفة من الكربون، لكلّ منها خصائص معينة. وأشكال الكربون هي:
- الفولرين Fullerence: المعروف بكرة بوكي. له الصيغة C60 أي أنه يتألف من ارتباط 60 ذرة كربون مع بعضها على شكل كرةٍ مجوّفةٍ أو شكلٍ إهليلجيٍّ أو أنبوبٍ.
- الغرافيت Graphite: تكون ذرات الكربون هنا على شكل طبقاتٍ تنزلق فوق بعضها البعض، مما يجعل الغرافيت لزجًا وزلّاقًا، وهو العنصر غير المعدني الوحيد الذي ينقل الكهرباء. يُستعمل أحيانًا كبديلٍ عن الزيوت في تشحيم الأقفال.
- الغرافين Graphene: يتكون من طبقةٍ وحيدةٍ من الكربون على عكس الغرافيت. من صفاته أنه أقسى من الألماس وأقوى من الحديد بحوالي 300 مرةٍ. ما زالت استخداماته غير مثبتةٍ حتى الآن لكونه من المواد المكتشفة حديثًا، ولكن العلماء يأملون باستخدامه مستقبلًا في صنع قفازاتٍ وألبسةٍ رياضيةٍ أقوى وربما أجهزة طبية.
- الألماس Diamond: شفافٌ، شديد القساوة مما يجعله مناسبًا للحفر والزخرفة، كما يستخدم بكثرةٍ في المجوهرات.
تتحد ذرات الكربون في الألماس مع بعضها بشكلٍ متطابقٍ تمامًا في جميع الاتجاهات مما يجعل بنيته متجانسة القياسات. تتكون بلورة الألماس من 99.95% كربون فقط أما النسبة المتبقية 0.05% فهي كميةٌ ضئيلةٌ جدًا من عنصرٍ أو عدة عناصرَ أخرى، يكون لها دورٌ في شكل الألماس البلوري ولونه وصقله. فهي عمليًّا لا تدخل في تركيب الألماس الكيميائي الأساسي. الأمر الذي يجعل من الألماس الجوهرة الوحيدة المصنوعة من عنصرٍ واحدٍ فقط وهو الكربون.
الفرق بين الكربون و الالماس
تشكل الألماس منذ أكثر من 3 مليار سنةٍ عميقًا في القشرة الأرضية حيث الظروف القاسية من الحرارة والضغط الشديدين، مما أدى إلى تبلور ذرات الكربون لتشكيل الألماس. نتحدث هنا عن عمقٍ يصل لـ 150-200 كيلومترًا تحت سطح الأرض، وحرارة بين 900-1300 درجة سلسيوس، وضغط بين 45-60 كيلوبار وهو تقريبًا 50,000 ضعف الضغط الجوي الموجود فوق سطح الأرض.
للألماس تاريخٌ طويلٌ جدًا بين أيدي البشر، فالبعض يقول أنه بدأ منذ القرن الأول بعد الميلاد بينما يقول البعض الآخر أنه قبل ذلك بقرونٍ عديدةٍ. كما يوصف بأنه المادة الأكثر قيمةً ليس فقط من بين الأحجار الثمينة الأخرى بل من بين جميع الأشياء الموجودة في العالم.
بدأ حب الناس للألماس من الهند التي كانت تعتبر مصدرًا هامًّا للألماس، وكان يُجمع من الأنهار والمجاري لتصبح بعدها البرازيل في أوائل العام 1700 المصدر الأول لتسويق الألماس لأكثر من 150 عام. وهو لا يصل لهذه القيمة بسهولةٍ حيث على الألماس أن يمر بمراحلَ عديدةٍ قبل أن يصل إلى حقيبة المجوهرات. فبعد أن تتشكل البلورة تُقذف بقوةٍ من الطبيعة حتى تصل لمسافةٍ قريبةٍ من سطح الأرض، وتصبح في متناول الأيدي التي ترتبها بشكلها الجميل وتصقلها لتبدأ بعدها بالّلمعان.
أما بالنسبة للبنية البلورية فالألماس عبارةٌ عن مجموعةٍ غير متناهيةٍ ثلاثية الأبعاد من ذرات الكربون، ترتبط كلّ واحدةٍ منها مع مجاوراتها مشكلةً زوايا متساوية في كل الاتجاهات. يمكن للألماس أن يكون على شكل هيكلٍ رباعيٍّ كالهرم، بحيث يتألف من ثلاثة جوانبَ وأربعة أسطحٍ بما فيها القاعدة في حال اتصلت نهايتي الروابط مع بعضها البعض. وتتميز بنية الألماس بكونها قويةً جدًا بحيث لا يمكن تدميرها إلا من خلال تحطيم روابطها القوية.
أما الكربون فهو عبارةٌ عن ذراتٍ يحيط بنواة كل منها سُحُب إلكترونية تدور حول النواة في مسافاتٍ متفاوتةٍ، تسمى المدارات وتتألف ذرة الكربون من مدارين يطوفان حول النواة. نجد إلكترونين اثنين على المدار الأول، وأربعة إلكتروناتٍ وقد تصل إلى ثمانية على المدار الثاني في حال ارتباطها مع ذراتٍ أخرى.
عندما ترتبط ذرة كربون مع أخرى فإن كلًّا منها تتشارك في إلكترونات المدار الخارجي. ولأن ذرة الكربون لديها أربعة شواغرَ إلكترونيةٍ فإنها تستطيع الارتباط مع أربع ذراتٍ، أو مع عددٍ أقل من الذرات بحيث تكون الروابط ثنائيةً أو حتى ثلاثيةً.