Carbonul

I. ISTORIC SI ETIMOLOGIE

Carbonul a fost descoperit in preistorie si era cunoscut anticilor, care il preparau prin arderea materialului organic in spatii fara mult oxigen, creand carbune. Diamantele au fost considerate intotdeauna rare si frumoase. Unul din ultimii alotropi ai carbonului, fulerenul, a fost descoperit ca produs secundar in experimente in anii 1980.

Numele sau vine din fantuzescul charbone, care, la randul sau, vine din latinescul carbo, insemnand carbune. In germana si olandeza, numele carbonului sunt Kohlenstoff si, respectiv, koolstof ambele insemnand literal „materia carbunelui”.

II. CIRCUITUL CARBONULUI IN NATURA

Viata se bazeaza pe carbon. Acesta este elementul chimic care constituie cea mai mare parte a compusilor organici, de la combustibilii fosili la cele mai complexe molecule care controleaza genetica reproducerii organismelor. Prin greutate, carbonul nu este cel mai predominant element care face parte din crusta planetei Pamant. De fapt, in litosfera exista doar 0,032 % carbon ca si greutate. In comparatie, oxigenul si siliciul compun 45,2 % si 29,4 % din masa solida a Pamantului.

Ecosistemele obtin majoritatea dioxidului de carbon din atmosfera. Un număr important de organisme autotrofe au mecanisme specializate care permit absobtia acestui gaz in celulele proprii. Cu adaugarea apei si a energiei din radiatiile solare, aceste organisme utilizeaza fotosinteza pentru a face transformarea chimica a dioxidului de carbon in molecule de zahar cu continut de carbon.

Aceste molecule pot fi modificate chimic de catre aceste organisme prin aportul metabolic al altor elemente care produc compusi mult mai complecsi cum sunt proteinele, celuloza si aminoacizii. Cateva dintre aceste materii organice produse in plante sunt apoi modificate prin consum de cstre animale heterotrofice.

Dioxidul de carbon intra in apa marilor si oceanelor printr-un mecanism simplu de difuzie. Odata dizolvate in apa de mare, dioxidul de carbon ramane asa cum e sau se poate modifica in carbonati (CO3-2) sau bicarbonati (HCO3-). Diverse forme de animale marine fixeaza bicarbonatii cu calciu (Ca+2) pentru a produce carbonat de calciu (CaCO3). Aceasta substanta este folosita pentru repoducerea scoicilor sau a altor parti ale vietuitoarelor marine cum ar fi: coralii, racii, stridiile, cateva protozoare, si cateva alge. Cand aceste organisme mor, invelisul scoicilor si diverse parti ale corpului se scufunda pe fundul marilor si oceanelor acumulsndu-se in depozite bogate in carbonati. Dupa lungi perioade de timp, aceste depozite sunt considerate din punct de vedere fizico-chimic roci sedimentare. Depozitele din mari si oceane constituie de departe cele mai mari rezervoare de carbon ale planetei.

Carbonul este eliberat in ecosistem ca si gaz de dioxid de carbon prin procesul de respiratie. Acest proces are loc atat la plante cat si la animale implicand descompunerea moleculelor organice pe baza de carbon in dioxid de carbon si alti compusi. Circuitul alimentar primar contine o multime de organisme al caror prim rol ecologic este de a descompune materia organica in produsi anorganici.

De-a lungul a miliarde de ani, cantitatea de dioxid de carbon care se gaseste in atmosfera a fost tot timpul in descrestere. Oamenii de stiinta au format ipoteza ca aceasta schimbare este un raspuns la cresterea puterii solare in aceeasi perioada de timp. Valorile ridicate ale dioxidului de carbon au ajutat reglarea temperaturii Pamantului la valori usor ridicate fata de cele care se intampla azi. Aceste temperaturi moderate au permis inflorirea vietii plantelor contrar efectului de radiatie solara. Marirea efectului de sera, datorat unei concentratii mai mari de dioxid de carbon in atmosfera, a suplimentat productia de energie solara prin niveluri mai ridicate ale radiatiilor. Cu cat soarele era mai intens, diverse mecanisme biologice au stocat in mod gradat dioxidul de carbon din atmosfera in carburantii fosili si rocile sedimetare. Pe scurt, acest proces de reglare a mentinut temperatura constanta pe Pamant.

Carbonul este inmagazinat in litosfera atat in forma organica cat si anorganica. Depozitele anorganice din litosfera includ carburantii fosili ca petrolul, carbunele, gazul natural, sisturi si carbonati de baza in depozite de roci calcaroase. Formele organice ale carbonului in litosfera includ litiera, materii organice, si substante humice din soluri. Dioxidul de carbon este eliberat din interiorul litosferei si prin vulcani.

III. CARACTERIZARE GENERALA

Carbonul face parte din grupa a IV – a A a sistemului periodic alaturi de care se afla si urmatoarele elemente cu configuratia electronica generala ns2np2 si starea de oxidare maxima +4:

C [He] 2s2 2p2

Si [Ne] 3s2 3p2

Ge [Ar] 3d10 4s2 4p2

Sn [Kr] 4d10 5s2 5p2

Pb [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2

Fiind asezate la distante egale intre doua gaze rare, elementele acestei grupe nu manifesta electroafinitate neta.

Ca si in cazul celorlalte grupe primul element din grupa, carbonul, prin comportarea sa si a compusilor sai se deosebeste mult de celelalte elemente, si celelalte elemente ale grupei se deosebesc intre ele fata de elementele din cadrul altor grupe.

Astfel, in timp ce carbonul este nemetal tipic, staniu şi plumbul sunt metale tipice, iar germaniu şi siliciu sunt semimetale (semiconductori).

Acceptarea de electroni pentru a forma configuratia de gaz rar este practic imposibila din punct de vedere energetic, exceptie facand doar doua combinatii: Be2C si Al4C3. Nu se cunoaste nici o combinatie in care sa apara ioni de C4+ sau Si4+; formarea de astfel de ioni cu configuratia heliului este imposibila deoarece sarcina foarte mare, +4 , intr-un volum mic duce la instabilitate.

Electronegativitatea scade în grupa cu cresterea lui Z, astfel ca tot în acest sens creste electropozitivitatea si deci tendinta de a forma legaturi ionice.