פחמן (ג)הוא אלמנט כימי עם תכונות וצורות ייחודיות שונות. תלוי באלוטרופים השונים שלה (כמו גרפיט, יהלום, פולרן, צינורות פחמן וכו '), תכונות הפחמן יכולות להשתנות. להלן התכונות העיקריות של פחמן:
1. תכונות כימיות
יציבות כימית: לפחמן יציבות כימית טובה ואינה מגיבה בקלות עם אלמנטים אחרים, במיוחד בטמפרטורת החדר. זה מגיב בעיקר עם חמצן, מימן, חנקן ואלמנטים אחרים ליצירת תרכובות שונות.
יכולת חמצון: בטמפרטורות גבוהות, פחמן מגיב בקלות עם חמצן ליצירת פחמן דו חמצני (CO₂) או פחמן חד חמצני (CO).
תגובה עם מימן: פחמן יכול לשלב עם מימן ליצירת פחמימנים, כמו מתאן (CH₄).
2. תכונות פיזיות
קַשִׁיוּת: קשיות הפחמן תלויה בצורתו. לדוגמה, Diamond, אחד החומרים הטבעיים הקשים ביותר, הוא קשה ביותר, ואילו הגרפיט רך מאוד ויכול לשמש כחומר סיכה.
נקודת התכה: ליהלום יש נקודת התכה גבוהה במיוחד, בסביבות 3550 מעלות, ואילו לגרפיט נקודת התכה נמוכה יותר של כ- 3650 מעלות, אם כי היא עדיין מציגה יציבות בטמפרטורה גבוהה.
מוליכות חשמלית: גרפיט ופולרן הם בעלי מוליכות חשמלית טובה ומשמשים בסוללות, חומרים מוליכים וכו 'לעומת זאת, היהלום אינו מוליך.
מוליכות תרמית: ליהלום יש את המוליכות התרמית הגבוהה ביותר של כל חומר ידוע, ואילו לגרפיט יש גם מוליכות תרמית טובה, מה שהופך אותו מתאים ליישומי פיזור חום.
צְפִיפוּת: ליהלום צפיפות של כ- 3.5 גרם\/ס"מ, ואילו לגרפיט צפיפות נמוכה יותר של 2.2 גרם\/ס"מ.
3. Allotropes
יַהֲלוֹם: יהלום הוא אלוטרופ של פחמן עם מבנה אטומי תלת ממדי רגיל מאוד, ומעניק לו קשיות קיצונית, שקיפות ומוליכות תרמית.
גרָפִיט: בגרפיט, אטומי פחמן מסודרים בשכבות, כאשר כוחות חלשים של ואן דר וואלס מחזיקים את השכבות זה לזה. זה נותן גרפיט מוליכות חשמלית טובה, תכונות סיכה וקשיות נמוכה.
פולרן: פולרן היא צורה מולקולרית של פחמן עם מבנים כדוריים או בצורת טבעת. יש לו תכונות כימיות ייחודיות ויישומים פוטנציאליים, כמו למשל בננו -טכנולוגיה.
צינורות פחמן: צינורות פחמן בעלי חוזק גבוה מאוד, מוליכות חשמלית מעולה ויישומים פוטנציאליים נרחבים בננו -טכנולוגיה, אלקטרוניקה ומדעי חומרים.
4. תכונות מכניות
כּוֹחַ: Diamond הוא חומר קשה במיוחד, הנמצא בשימוש נרחב בחיתוך כלי חיתוך, חתיכות קידוח וכו '. גרפיט, לעומת זאת, שביר יותר ומשמש בחומרי סיכה ויישומים חשמליים.
גְמִישׁוּת: לגרפיט יש פלסטיות טובה ויכול להתעוות בגבולות מסוימים, מה שהופך אותו לשימושי בחומרי סיכה ובחומרי סוללה.
5. יציבות תרמית
התנגדות לטמפרטורה גבוהה: ליהלום יציבות תרמית גבוהה מאוד ויכול לשמור על המבנה שלו אפילו בסביבות בטמפרטורה גבוהה. גרפיט נשאר יציב בטמפרטורות גבוהות ונמצא בשימוש נרחב בציוד בטמפרטורה גבוהה, כמו תנורי קשת חשמלית.
הרחבה תרמית: לגרפיט יש מקדם נמוך של התרחבות תרמית, המעניק לו יציבות ממדית טובה בסביבות בטמפרטורה גבוהה.
6. תאימות ביולוגית
אי רעילות: פחמן הוא מרכיב חיוני באורגניזמים חיים, המעורבים בכל תהליכי החיים (כמו בפחמימות, שומנים וחלבונים).
התדרדרות ביולוגית: חומרים מבוססי פחמן הם בדרך כלל מתכלים, במיוחד כאשר הם קיימים בצורות אורגניות.
7. יישומים
שדה אנרגיה: פחמן משמש כדלק (כמו פחם ונפט) ובסוללות (למשל, גרפיט בסוללות ליתיום-יון).
מדעי חומרים: יהלום וגרפיט נמצאים בשימוש נרחב בכלי חיתוך, מכשירים אלקטרוניים ויישומי ניהול חום.
תרופות וביוטכנולוגיה: צינורות פולרן ופחמן יש יישומים במתן תרופות, ננו -טכנולוגיה וסמנים ביולוגיים.
אֶלֶקטרוֹנִיקָה: גרפיט משמש בסוללות, אלקטרודות, חומרים מוליכים וכו ', ואילו צינורות פחמן משמשים לייצור חומרים מורכבים בעלי חוזק גבוה ומוליך חשמלי.
לסיכום, תכונות הפחמן משתנות בהתאם לאלוטרופים שלו, מה שהופך אותו לאלמנט רב -תכליתי עם יישומים רחבים בתחומים שונים.
