Węgiel

Diamenty. Węgiel drzewny. Plastik. Ropa naftowa. Człowiek.

Co je łączy? Ich podstawowym budulcem jest węgiel. Pomijając wodę zawartą w naszych ciałach, dwie trzecie naszej wagi stanowią atomy węgla. A jeśli rozejrzymy się dookoła... ...zauważymy, że węgiel jest podstawowym budulcem niezliczonych substancji. Dlaczego węgiel jest taki wyjątkowy?

Zacznijmy jak zwykle od chemii, przyglądając się atomom. Atom węgla ma sześć elektronów. Cztery z nich znajdują się na powłoce walencyjnej. Atom zawsze chce mieć osiem elektronów na swojej powłoce walencyjnej. Węgiel chce uzyskać jeszcze cztery elektrony od innych atomów.

Tak jakby węgiel miał cztery ręce, którymi może złapać się innych atomów. Cztery możliwe wiązania to więcej, niż jakikolwiek inny pierwiastek w przyrodzie. Z tego powodu węgiel jest uniwersalny - może tworzyć miliony różnych związków. Węgiel może występować samodzielnie w różnych formach. Na przykład jako diament.

Diament składa się jedynie z atomów węgla. Każdy atom węgla powiązany jest z czterema innymi atomami węgla. Wszystkie atomy trzymają się razem. Dlatego diament jest niezwykle wytrzymałym i twardym materiałem. Najtrwalszym, jaki istnieje w przyrodzie.

Wszystkie jego zewnętrzne elektrony tworzą wiązania chemiczne. Żaden z nich nie może się przemieścić. Diamenty zupełnie nie przewodzą prądu elektrycznego. Ale atomy węgla nie zawsze są tak trwale powiązane jak w diamentach. Oto grafit. To także forma czystego węgla.

Atomy węgla tworzą w nim warstwy. Każda z nich tworzy sześciokątny wzór, jak w plastrze miodu. Każdy atom węgla połączony jest tylko z trzema innymi atomami węgla, pozostawiając jeden elektron w każdym atomie wolnym. Grafit przewodzi prąd elektryczny. Każda warstwa atomów tworzy silne wiązania w swoim obrębie, ale wiązania pomiędzy dwoma warstwami są słabe.

Warstwy przesuwają się po sobie z łatwością, co sprawia, że grafit jest miękkim i plastycznym materiałem. Grafit zmieszany z gliną jest materiałem używanym w ołówkach. Gdy piszemy ołówkiem, zapiski są tworzone przez warstwy grafitu, które rozmazywane są na powierzchni papieru. Gdybyśmy mogli oderwać pojedynczą warstę grafitu, otrzymalibyśmy grafen. Miałby grubość jedynie jednego atomu, co oznacza, że byłby bardzo lekki.

Ale także bardzo trwały. Grafen może być stosowany w przyszłości w produkcji dotykowych ekranów. Albo jako materiał budowlany. Istnieje jeszcze jedna forma czystego węgla. Ma on cząsteczki zbudowane z 60 atomów węgla, które tworzą kulę.

Te okrągłe cząsteczki to fulereny. Można je znaleźć w cząsteczkach sadzy, np. ze świec. Diament, grafit, grafen i fulereny to czyste formy węgla. To, co sprawia, że węgiel jest taki wyjątkowy, to jego zdolność do tworzenia milionów różnych związków.

Tak duża ilość kombinacji możliwa jest ze względu na dużą ilość wiązań, którą może utworzyć atom węgla, a jest ich aż cztery.