الكربون: عنصر الحباة والطاقة

القاموس العلمي (9) سائد مدانات، العرب اليوم، 6 تشرين الثاني / نوفمبر، 2012 تحدثنا في زاويتنا هذه عن عناصر متنوعة: الذهب، الحديد، الألماس (وهو كربون متبلور)، لكن الكربون يبقى أحد أهم العناصر على كوكبنا الأرضي، فهو اساس الحياة، وأهم مصادر الطاقة لدينا حاليا. فهل يمكننا في هذه العجالة أن نعطي الكربون حقه؟ فلنحاول! التسمية والتاريخ لعله يجدر بنا أن نقول "الفحم" بدلا من الكربون، الكلمة اللاتينية التي تعني الفحم. وبالطبع فإن الإنسان قد عرف الفحم منذ آلاف السنين، ربما عن طريق الصدفة. لكن فلاحينا ما زالوا يستخدمون طريقة قديمة لصنع الفحم من الخشب، بحرقه ببطء بمعزل عن الهواء؛ وهذا هو الفحم النباتي. ونعلم بوجود فحم من نوع آخر هو الفحم الحجري، الذي تشكل منذ ملايين السنين من بقايا النباتات. ونجده مطمورا تحت الأرض. اشكال الكربون ذكرنا أن الكربون هو المكون الأساسي للفحم النباتي والفحم الحجري. وكذلك الأمر في النفط أو البترول ومختلف المواد المشتقة منه. ويكون عندئذ متحدا مه الهيدروجين وعناصر أخرى فيما يسمى الهيدروكربونات يتكون الفحم العادي من كربون غير متبلور. ويتبلور الكربون بأشكال متنوعة: فالبلورات السداسية الشكل تعطي الغرافيت، الذي نصنع منه مادة الكتابة في أقلام الرصاص. وقد يتبلور على شكل الماس (أنظر العدد 43 من صفحة علوم وتكنولوجيا (24/7/2012) فبلورات الألماس مكعبة، وهو كما نعلم يتميز بخصائص تختلف اختلافا كبيرا عن خصائص الفحم؛ لكن جوهرهما واحد، وهو ذرات الكربون. ومن الأشكال المتبلورة الآخرى التي اكتشفت حديثا نسبيا، نجد الفلرين، وهو بلورات كربون كروية الشكل، تشبه كرة القدم، والأنابيب النانوية (أنظر العدد 21 من صفحتنا هذه، بتاريخ 13/4/2012) كيمياء الكربون العدد الذري للكربون يساوي 6، وهذا يمثل عدد الشحنات الموجبة في نواته، أي البروتونات، كذلك عدد الالكترونات السالبة الشحنة التي تدور حول النواة في ذرة متعادلة الشحنة. أما وزنه الذري فيتراوح بين 12 ، 13، أو 14. أي أن له ثلاثة نظائر طبيعية. والوزن الذري 12 يعني أن ذرة الكربون هذه أثقل من ذرة الهيدروجين 12 مرة. يتميز النظير 14 بأنه غير مستقر، ولأننا نعرف معدل نشاطه الاشعاعي، فقد استخدمناه في تقدير أعمار المواد العضوية الأحفورية، أي بقايا الكائنات الحية القديمة. مركباته يحترق الكربون ليعطي ثاني أكسيد الكربون الذي نحمّله وزر ظاهرة الدفيئة، أي ارتفاع درجة حرارة كوكبنا الأرضي، لأنه يشكل ما يشبه الغطاء أو البيت الزجاجي الذي يحافظ على حرارة الأرض. لكن هذا الغاز أساسي لعملية التركيب الضوئي في النبات. وإذا لم يتوفر أكسجين كاف أثناء احتراق الكربون أو مركباته، ينتج أول أكسيد الكربون، وهو غاز سام. وتبقى أهم ميزة للكربون، وهي قدرته على تكوين سلاسل طويلة عند اتحاده مع عناصر أخرى كالهيدروجين والأكسجين والنيتروجين. وهكذا تنتج ملايين المركبات العضوية الطبيعية أو الاصطناعية التي أساسها الكربون.