การต่อสู้ขององค์ประกอบ: อะไรทำให้คาร์บอนเป็นราชาแห่งองค์ประกอบ

อะไรเชื่อมโยงโลกและอากาศ? อะไรเป็นประกายเหมือนแสงดาวและแทบไม่สะท้อนอะไรเลย? อะไรเป็นรากฐานของเคมีของโมเลกุลชีวภาพ ซึ่งก็คือชีวิตนั่นเอง และได้เปิดตัวสาขาวัสดุศาสตร์ทั้งหมดในรูปแบบ 2 มิติ ไม่ต้องพูดถึงคุณสมบัติทางกล ไฟฟ้า และแสงของมัน ซึ่งมีมูลค่า (สำหรับผู้ให้ทุนอย่างน้อย) พันล้าน ? คาร์บอนและสารประกอบคาร์บอนในบางรูปแบบหรือรูปแบบอื่นๆ 

มีบทบาท

ในสาขาวิทยาศาสตร์เกือบทั้งหมด แล้วอะไรทำให้คาร์บอนแพร่หลายในหลายสาขา นักเคมีอาจคิดว่าจุดเริ่มต้นที่ดีคือการดูว่าคาร์บอนสร้างพันธะกับธาตุอื่นๆ อย่างไร ในฐานะนักฟิสิกส์โดยการฝึกอบรม ผมขอเสริมว่าตรงไหนที่น่าสนใจจริงๆ ก็อธิบายด้วยฟิสิกส์ อะตอมของคาร์บอนประกอบด้วยนิวเคลียส

ของนิวตรอนและโปรตอนหกตัวล้อมรอบด้วยอิเล็กตรอนหกตัว กลศาสตร์ควอนตัมกำหนดว่าอิเล็กตรอนสองตัวแรกครอบครองออร์บิทัลของอะตอมภายใน ในขณะที่อิเล็กตรอนที่เหลืออีกสี่ตัวมีฟังก์ชันคลื่นที่เติมเต็มออร์บิทัลมาตรฐานที่สองเพียงครึ่งเดียวและออร์บิทัลหลักที่สองสามตัว 

สิ่งนี้ทำให้อะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอมหิวเพื่อสร้างพันธะกับอะตอมอื่น นอกจากไฮโดรเจนแล้ว ยังมีสารประกอบของคาร์บอนมากกว่าธาตุอื่นๆ และสิ่งเหล่านี้รวมถึงเคมีอินทรีย์ทั้งหมดด้วย ความสำส่อนทางเคมีโมเลกุลอินทรีย์พื้นฐานที่สุดคือมีเทน  อะตอมของคาร์บอน 1 อะตอมสร้างพันธะ

กับไฮโดรเจน 4 อะตอม รูปทรง ที่เกิดจากไฮโดรเจนทั้งสี่ทำให้อิเล็กตรอนวงนอกของคาร์บอนแต่ละตัวมีระยะห่างจากตัวอื่นมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ เช่นเดียวกับพี่น้องบางคนที่มีความคล้ายคลึงกันมากเกินไปที่จะเพลิดเพลินไปกับการอยู่ร่วมกัน ลอกไฮโดรเจนออกแล้วรวมเข้าด้วยกันแล้วคุณจะได้อีเทน 

เพิ่มหมู่เมทิลอีกหมู่แล้วคุณจะได้โพรเพน และอื่น ๆ สิ่งที่ทำให้เคมีอินทรีย์มีความอุดมสมบูรณ์คือการแทนที่พันธะกับอะตอมไฮโดรเจนเพื่อสร้างพันธะกับอะตอมและโมเลกุลอื่น ๆ ตลอดจนพันธะคู่หรือสามพันธะ ตัวอย่างเช่น แทนที่ไฮโดรเจนด้วยออกซิเจนที่สร้างพันธะกับไฮโดรเจนในอีกด้านหนึ่ง 

แล้วคุณจะได้

แอลกอฮอล์ แอลกอฮอล์ของอีเทนคือเอทานอลที่พบในเบียร์ ไวน์ และสุรา (บางคนอาจโต้แย้งว่าคนเดียวทำให้คาร์บอนเป็นราชาแห่งธาตุ) หากคุณแทนที่ OH ในเอทานอลด้วยอะตอมของคลอรีน และร้อยหน่วยเหล่านั้นหลายๆ หน่วยเข้าด้วยกัน คุณจะได้โพลีไวนิลคลอรีน (PVC) ซึ่งเป็นตัวอย่างสาขาหนึ่ง

ของเคมีอินทรีย์โพลิเมอร์ คุณสมบัติที่หลากหลายที่สามารถทำได้ด้วยโพลิเมอร์ได้นำไปสู่อุตสาหกรรมพลาสติกทั้งหมด ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความเสถียร ราคาถูก และใช้งานได้หลากหลาย ซึ่งรัฐบาลทั่วโลกกำลังดิ้นรนเพื่อให้ทันกับมุมไบในการควบคุมการเพิ่มจำนวนและการกำจัด สตริงของคาร์บอนยังก่อตัว

เป็นวงแหวน เช่นเบนซินซึ่งเป็นวงแหวนของคาร์บอนหกตัวที่คาร์บอนแต่ละตัวถูกสร้างพันธะกับคาร์บอนอีกสองตัวที่ด้านใดด้านหนึ่งและไฮโดรเจน ต้องใช้เวลาสักครู่กว่าที่ผู้คนจะรู้ว่าเกิดอะไรขึ้นกับอิเล็กตรอนวงนอกตัวที่สี่จนกระทั่งมีการสร้างแบบจำลองสำหรับการโคจรของอิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันหรือ “แยกส่วน” 

รอบคาร์บอนของวงแหวน (ออร์บิทัล π แบบแยกส่วนเหล่านี้ประกอบขึ้นในโครงสร้างคาร์บอนอีกแบบหนึ่งซึ่งได้รับการศึกษาด้านวัสดุศาสตร์อย่างหนัก) วงแหวนเหล่านี้และอนุพันธ์ของพวกมัน สารประกอบอะโรมาติกหลังจากมีกลิ่นหอมแรงของเบนซีน  เพิ่มคุณค่าให้กับไลบรารีของสารประกอบอินทรีย์

วงจรสำหรับชีวิตแหล่งไฮโดรคาร์บอนที่อุดมสมบูรณ์ซึ่งถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลหรือสารตั้งต้นสำหรับสารเคมีอุตสาหกรรมอื่นๆ คือ น้ำมันดิบ ซึ่งก่อตัวขึ้นเมื่อพืชและสัตว์ที่อุดมด้วยคาร์บอนย่อยสลายภายใต้เงื่อนไขบางอย่างในส่วนลึกของลำไส้ของโลก น้ำมันที่เผาไหม้และเชื้อเพลิงฟอสซิลอื่นๆ 

ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เช่นเดียวกับการหายใจและการย่อยสลายของสัตว์ที่มีชีวิตในอัตราปานกลางจากนั้นพืชจะใช้ CO 2จากอากาศในการสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อการเจริญเติบโต ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรของคาร์บอนจากอากาศสู่พืชสู่สิ่งมีชีวิตอื่นๆ ที่รักษาสมดุลระหว่างสารเคมีต่างๆ 

ในชั้นบรรยากาศ 

ปริมาณ CO 2 จำนวนมาก ในปัจจุบันที่ปล่อยออกมาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลกำลังทำให้ความสมดุลนี้หมดไปกระตุ้นให้เกิดความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับเทคโนโลยีการผลิตพลังงานทางเลือกและการจัดเก็บ และอุปกรณ์ประหยัดพลังงาน ทั้งหมดที่ไม่แวววาว… แม้จะมีเคมีอินทรีย์ทั้งหมด

ท่ามกลางสารประกอบคาร์บอน แต่วัสดุศาสตร์ที่น่าสนใจที่สุดบางส่วน – และแรงบันดาลใจสำหรับเทคโนโลยีที่มีการประยุกต์ใช้ตั้งแต่การแพทย์และวิทยาการคอมพิวเตอร์ไปจนถึงการสร้างและกักเก็บพลังงานทางเลือก – คือเมื่อคาร์บอนสร้างพันธะกับตัวมันเองเท่านั้น ในเพชร อะตอมของคาร์บอน

จะจับกันเป็นโครงตาข่ายสี่เหลี่ยมจตุรัส โครงสร้างที่มีพันธะโควาเลนต์ขนาดยักษ์นี้ทำให้เพชรมีความแข็งและคงตัวสูงจนถึงอุณหภูมิสูง เช่นเดียวกับการสัมผัสกับสารเคมีอื่นๆ โครงตาข่ายยังทำให้เพชรมีประกายแวววาว แม้ว่าการขัดจังหวะของโครงผลึกจะไม่ได้เลวร้ายไปเสียทั้งหมด

ฉันจำได้ว่าฉันผิดหวังเมื่อตัวอย่างมาถึงเพื่อนของฉันบางคนที่เรียนเพชรสำหรับปริญญาเอกของพวกเขา พวกมันเป็นเพียงสี่เหลี่ยมสีน้ำตาลเล็ก ๆ ที่ไม่มีประกายไฟเลย เนื่องจากข้อบกพร่องในคริสตัลที่ทำให้นักวิจัยตื่นตาในรูปแบบต่าง ๆ ตัวอย่างเช่น ความบกพร่องของตำแหน่งว่างของไนโตรเจน

โดยที่ไนโตรเจนเข้ามาแทนที่อะตอมของคาร์บอนที่อยู่ติดกับตำแหน่งขัดแตะที่ว่างเปล่า  ก่อให้เกิดพฤติกรรมการหมุนของอิเล็กตรอนที่นักวิจัยต้องการใช้ประโยชน์ในการใช้งานต่างๆ ตั้งแต่การใช้กล้องจุลทรรศน์และการคำนวณควอนตัมไปจนถึงการสร้างภาพทางชีวภาพ ชั้นที่น่าสนใจ คาร์บอนรูปแบบอื่นกำลังนำไฟฟ้าซึ่งแตกต่างจากเพชร ย้อนกลับไปในศตวรรษที่ 17 ผู้คนใช้รูปแบบการนำไฟฟ้า

Credit : เว็บสล็อตแท้ / สล็อตเว็บตรงไม่ผ่านเอเย่นต์