יסוד כימי · דף עיון

פחמן

פחמן הוא יסוד כימי שמספרו האטומי 6 וסמלו C. הוא נמצא במחזור 2, קבוצה 14 ובבלוק p. מצבו הייחוסי בטמפרטורת החדר הוא מוצק, ותצורת האלקטרונים שלו היא [He] 2s2 2p2.

מספר אטומי6

משקל אטומי תקני[12.0096, 12.0116]

קבוצה14

מחזור2

בלוקp

תצורת אלקטרונים[He] 2s2 2p2

מבנה אלקטרוני

מה קובע את הכימיה שלו?

תצורת האלקטרונים של פחמן היא [He] 2s2 2p2. חלוקת האלקטרונים בקליפות ובתת-הרמות החיצוניות קובעת במידה רבה כיצד האטום יוצר קשרים ומהם מצבי החמצון הסבירים שלו.

כדי להבין את התגובתיות של פחמן צריך לקרוא את התצורה האלקטרונית יחד עם מיקומו בטבלה המחזורית. יחד הן מסבירות אלקטרוני ערכיות, סיכוך, גודל אטומי והנטייה לאבד, לקלוט או לשתף אלקטרונים.

צורות כימיות

תרכובות, יונים וחומרים

פחמן יוצר חומרים מסוגים שונים בהתאם למבנה האלקטרוני ולסביבה הכימית. תחמוצות, הלידים, הידרידים, סגסוגות או תרכובות קוולנטיות עשויים להיות חשובים, ומצב החמצון קובע את המבנה, סוג הקשרים והתגובתיות.

התנהגות פיזיקלית

מצב ושינויי פאזה

המצב הפיזיקלי הייחוסי בטמפרטורת החדר הוא מוצק. הצפיפות המופיעה היא 1.821 g/cm³. לחץ, טוהר, מבנה גבישי ואלוטרופים יכולים לשנות ערכים נמדדים, ולכן תנאי המדידה הם חלק חשוב מקריאת הנתונים הפיזיקליים.

הימצאות ושימושים

איפה נמצא פחמן וכיצד משתמשים בו?

בפועל, פחמן מופיע ביישומים כגון מולקולות ביולוגיות, גרפיט, יהלום וחומרים מרוכבים. התכונה המנוצלת יכולה להגיע מן היסוד הטהור, מסגסוגת, מתרכובת או מאיזוטופ מסוים, ולכן חשוב תמיד להבחין בין היסוד לבין הצורה הכימית שמשמשת בפועל.

בפועל

דוגמאות לשימושים ממשיים

מולקולות ביולוגיות

בהקשר של מולקולות ביולוגיות, התפקיד של פחמן תלוי בצורה הכימית, בכמות ובאופן שבו הוא משתתף במבנים ביולוגיים, במטבוליזם או בטכניקות רפואיות.

גרפיט

גרפיט, צורה אלוטרופית של פחמן, משמש כאשר נדרשים הולכה חשמלית, סיכה או עמידות בחום.

יהלום

יהלום משמש כחומר שוחק וכחומר חיתוך משום שרשת הקשרים הקוולנטיים התלת-ממדית שלו קשה במיוחד.

חומרים מרוכבים

בתחום חומרים מרוכבים, פחמן או תרכובות שלו משמשים כדי להתאים חוזק, עמידות, תגובה לחום, קורוזיה או תכונות פני שטח של החומר.

מיקום מחזורי

מה מספרים היסודות השכנים?

פחמן נמצא במחזור 2 ובקבוצה 14. היסודות הסמוכים המוצגים כאן הם: בור; חנקן; אלומיניום; צורן; זרחן. המיקום הזה מאפשר להשוות ישירות גודל אטומי, אנרגיית יינון, מצבי חמצון ומגמות בקשרים כימיים עם יסודות קרובים בטבלה המחזורית.

נתוני ייחוס

תכונות פיזיקליות ואטומיות

סיווגאל-מתכת רב-אטומית

מצב בטמפרטורת החדרמוצק

קליפות אלקטרונים2 · 4

צפיפות1.821 g/cm³

נקודת התכה—

נקודת רתיחה—

אלקטרושליליות לפי פאולינג2.55

אנרגיית יינון ראשונה1 086 kJ/mol

זיקה אלקטרונית121.8 kJ/mol

הערכים מתארים את היסוד או את האטום הנייטרלי כאשר הדבר רלוונטי. נתונים פיזיקליים עשויים להשתנות עם האלוטרופ, הלחץ, הטוהר ותנאי המדידה.

היסטוריה

גילוי וזיהוי

פחמן או חומרים המכילים אותו היו מוכרים כבר בעת העתיקה. השימוש בהם קדם למושג המודרני של יסוד כימי, ולכן אי אפשר לתאר את ההיסטוריה שלו כרגע גילוי יחיד.

איזוטופים ומשקל אטומי

כיצד הרכב האיזוטופים משנה את המספרים?

המשקל האטומי התקני של פחמן ניתן כתחום [12.0096, 12.0116]. היחסים בין האיזוטופים יכולים להשתנות מעט בין דגימות טבעיות, ולכן מספר עשרוני יחיד היה מסתיר שונות אמיתית בין חומרים.

לפחמן יש לפחות איזוטופ יציב אחד. לכל האיזוטופים אותו מספר פרוטונים ולכן אותה זהות כימית, אך מספר שונה של נייטרונים ומסה אטומית שונה.

בטיחות

טיפול וחשיפה

הסכנות הקשורות לפחמן תלויות בצורה הכימית, במינון ובדרך החשיפה. היסוד החופשי, היונים והתרכובות שלו יכולים להיות שונים מאוד בהשפעתם הביולוגית והסביבתית, ולכן יש לבדוק נתוני בטיחות לחומר שבו מטפלים בפועל.